3D打印柔性印版方法研究

孙倩

实验

1.实验设备

主要利用软件及设备：Pro-Engineer制图软件、3D打印机MakerBot Replicator 2 Desktop 3D Printer、柔性印刷适性仪IGT-F1 AIC2-5T2000、半自动电子标签封装机。

2.实验过程

本文利用3D打印进行制版的方法，先利用三维软件设计出预印刷的版，包括版基的长、宽、高及版面上的各种凸起或凹下的图文，设置版材的大小及天线图文的厚度，使用3D打印机，喷出PLA聚乳酸版材，喷出版面上的图文。

①带有凸起的天线印版的IGTF1 AIC2-5T2000的印版滚筒尺寸为内径35mm，外径64mm，高50mm的圆柱体，天线印版厚2mm（由此计算传统印版的天线柔版变形率为4.97%）。

②3D打印机可以在附带的3D打印软件MakerBot MakerWare中预览打印效果图，用CAD和Pro-Engineer等画图软件设计出来的图形，预先在打印机直连电脑中显示、调整方向等。

③3D打印具体流程如下：

拆封→安装材料管道→连接USB和电源→调准打印平台→装配PLA材料→加热挤出机→观察材料挤出情况→插入SD卡→选择打印文件→自动打印→得到打印结果

④3D快速打印成型的天线印版到这里就得到了成品，在柔印印刷适性仪上，把网纹辊取下，换上天线印版凸起的3D打印网纹辊，开始进行RFID电子标签天线的柔性印刷实验。

最后，把柔印出来的天线用鼓风干燥机干燥，温度160℃，干燥时间20分钟。然后对电子标签进行封装以及性能测试。

对比分析

一直以来，柔性版印刷过程中印刷图文总存在偏差问题，不同印版的变形需要进行印前预补偿处理。柔性印版由于自身的特点对印刷质量有一定的影响：

①柔性印版主要是由感光树脂版、橡胶版等材料制成的凸版，这就赋予它弹性大、版材厚的特点；

②即使是一个制作得十分完美的柔性印版，它被安装在圆柱形滚筒上后，在印刷压力的作用下，印版上圆周方向的图文尺寸会被拉长，图文轴向尺寸也必然产生偏差；另外，印版的变形量随印版的厚度变化而变化，又随印刷机滚筒半径的大小而变化。

③国内柔印行业目前还是以有机溶剂制版为主，其中仍在普遍使用的混合溶剂四氯乙烯和正丁烷毒性较强，不利于环保和可持续发展。

④象征柔性版领域最高端技术之一的无缝套筒技术，也往往采用溶剂制版的方式，制版效率较低，严重影响整个生产流程。柔印设备经常需要更换印版，费事耗力，操作性和安全性较差。

本文利用柔印工艺的优势：节约导电油墨，印刷压力小，对印版造成的累积损伤小，工艺简单等，印制完成RFID电子标签天线，印刷后的天线附着力强、电阻率低、导电性能稳定。其中，3D打印柔性印版，是一种印版与滚筒一体化的柔性版直接制版方法，改善了现有技术中存在的问题：

①直接在3D设计图中将印版以及图文设计为圆筒形，省去安装步骤，提高操作性和安全性，不发生安装引起的弯曲变形。

②将天线图文包络在印版上，使图文与印版一体化、印版与滚筒一体化、印版上的图文内容固定，减小了印前变形量的补偿步骤，提高图文复制的准确度。本文采用滚筒式的制版方法，图文部分包裹在圆柱形的印版滚筒上，能够解决网点扩大和图像伸长等图文变形问题。

③3D打印制版过程中能真正实现材料的零污染、零浪费，有利于环保和可持续发展。

④3D快速打印成型的方式使印版和滚筒一体化后，改变了传统的单张柔性版制版方法，也能超过无缝套筒技术的精度和要求。

3D打印缩短制版周期，实现柔性印版的定制化和个性化，但是由于材料的限制，3D打印柔性版弹性差、硬度高，上机印刷时面临着承受压力不能过大的问题；3D打印也不能打印出精细度高的天线线型，且每打印一个样品时会预先打印一个支撑，使得凸出的天线印版部分在PLA聚乳酸没来得及固化时受重力的影响产生轻度的变形。分析也说明，3D打印柔性版需要更多的改进，同时也存在更大的进步空间。

宏观来看，3D打印材料包括金属材料（黑色金属中的不锈钢、高温合金，有色金属中的钛、镁铝合金、镓、镓铟合金，稀贵金属中的金、纯银、黄铜等），因此通过3D打印实现的柔性印版，可选材料丰富，且满足一定的强度、刚度、耐潮湿性等要求。3D快速打印拥有设计灵活、复制精确、创造快速的优点，通过省去曝光、显影等中间过程，提高了制版效率，从而缩短整个生产流程。更重要的是，该方法能实现柔版印刷绿色化，并进一步拓展应用领域。

作者单位：天津科技大学包装与印刷工程学院