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我国模切烫印设备与技术的发展
发布者:翔宇机械   发表日期:2018-01-18  浏览次数:354

随着人们生活水平的提升,各类品质上乘、包装精美的商品逐渐走入人们的生活。包装是产品留给消费者的第一印象,正被越来越多的商家高度重视。特别是纸品包装,凭借环保、卫生以及丰富的展示效果,正被香烟、日化、酒类、食品、药品、服装等消费品所广泛采用。随着需求的变化,作为纸品包装最重要的整饰工艺,模切烫印设备和技术得到了快速发展。在国内印刷包装行业,甚至有些模切烫印设备、技术已超越欧美发达国家和地区,成为国际领先技术。

  从落后到领先,我们经历了手动到自动、单一功能到多样功能、模仿到创新的过程,直到今天朝着自动化、智能化、数字化的方向继续快速发展。在这个发展历程中,关于模切烫印的设备与技术层出不穷:按照加工对象大体可分为单张纸加工和卷筒纸加工;按照加工形式大体可分为圆压平、平压平、圆压圆,直到激光模切的出现打破了行业对传统模切工艺的认知;在一些特殊行业还出现了相关专用设备与技术,例如水松纸烫印、不干胶模切烫印、瓦楞纸板专用生产线等。笔者在此仅针对应用最广泛的单张纸平压平热烫印与单张纸平压平模切设备与技术,总结过去20年间走过的路,探讨未来的发展方向与出路。

  手动到自动的进步

  20年前,包装产品仅限于实现包装成型这样的基本功能。对于整饰工艺而言,覆膜、上光是较为常用的手段,鲜有烫印、凹凸工艺。那时的模切烫印工艺要求较低,多数使用手动平压平模切烫金机(俗称“老虎嘴”)完成。事实上,也有一种欧洲进口的具有自动放料、取料的手动模切烫金机,但性价比极低,致使其没能得到发展。手动模切烫金机大多以人工上料、人工放纸定位、人工取料的全手动加工为主,具有成本低廉、技术要求低、运用灵活的特点,可以模切,也可以烫印,能够长单生产,也能够短单打样,同时具有多种幅面可以选择,设备投入成本低廉,是当时印刷包装企业的必备之选。然而,手动模切烫金机也有诸多缺点:劳动强度大,需要人工搬纸、上纸、续纸、收纸,所有的物料输送、定位工作均需人工完成;安全性低,操作危险,特别是操作人员容易疲劳,易引发安全事故;效率低下,常见对开机效率仅为800~1000张/时;功能单一,仅能实现模切烫印的基本功能。

  随着市场需求的不断增加,手动模切烫金机已经远远不能满足印刷包装企业对工艺、效率方面的需求。自动模切烫金机逐渐走进了规模印刷包装企业。这里所说的“自动”模切烫金机,是指可由设备自动将堆叠好的待加工纸张由输纸机自动输纸、定位、模切直到整张收集堆叠成垛的模切烫金机。20世纪90年代初期,自动模切烫金机主要有欧洲进口设备、日本进口设备、台湾设备和刚刚起步的国产设备,代表品牌有BOBST(瑞士博斯特)、Gietz(瑞士吉士)、Sanwa(日本三和)、台湾财顺、唐山玉印、上海亚华、台湾有恒(天津有恒)等。

  模切生产效率方面,欧洲进口设备最高生产速度可以达到7500张/时,日本进口设备最高生产速度达6000~7500张/时,台湾设备和刚刚起步的国产设备最高生产速度大多在5000~6000张/时之间。精度方面,欧洲和日本进口设备均能达到±0.12mm左右,台湾和国产设备虽然大多也可达到±0.15mm左右,但稳定性相对较差。

  欧洲进口设备以技术先进、效率高、精度高、稳定性高等优势占领了几乎所有的高端市场,但设备造价与维护成本非常高昂。日本进口设备结构相对简单、运行稳定、故障率低,效率和精度也有比较好的保障,但相对设备成本与维护成本也很高,在高端市场也占有一席之地。而台湾设备相对国产设备起步稍早,与国产设备一样走模仿的路线,虽然故障率相对稍高,但设备投入成本及维护成本相对较低,在效率和精度方面可以满足一般包装产品需求。当时唐山玉印、上海亚华在国内率先推出国产自动模切烫金机,较雄厚的技术实力、较好的售后服务和极高的性价比,使其在中低端市场有较为广泛的应用。

  在手动向自动设备转变的过程中,行业中一度出现了一种由人工放纸代替输纸机的“半自动”模切机型。半自动机型相对手动机型,有相对较高的生产效率,但是安全性和劳动强度仍是非常突出的问题。因此其应用并不广泛,在低端市场手动向自动转变的过程中,充当了过渡的角色,很多企业在较短暂的过渡后,便放弃半自动设备,转而引进自动化设备。到20世纪90年代末期,中等规模以上的印刷包装企业,大多实现了模切烫印设备由手动转向自动的技术转型。

  功能多样化的演变

  烫印:全息定位烫印和镭射避版缝烫印技术的应用

  为了突显产品的品质和高端定位,包装产品的装饰要求和效果很快发生了巨大变化。高端日化、烟酒包装大量采用了烫印工艺进行美化装饰,甚至使用了技术先进的全息定位烫印、镭射避版缝烫印、凹凸烫印等领先技术。进入21世纪,烟包大量采用全息定位烫印和凹凸烫印工艺,进行美化装饰。这对烫印设备、工艺提出了新的要求和考验。全息定位烫印技术,是将镭射全息图文制作在电化铝中,烫印时,由烫金机的定位电眼和控制系统对铝箔实现精确送箔控制,将指定的图文烫印在印张的指定位置。镭射避版缝烫印技术是通过烫印定位电眼检测和控制系统的计算,在送箔过程中自动避开镭射制造接缝的一项技术。

  在设备方面,能够实现高精度全息定位烫印的设备,前期仅有欧洲进口高端设备,以BOBST烫金机、Gietz烫金机为主。由于市场需求的强烈和较好的利润空间,一时间,价格高昂的进口烫印设备炙手可热。各大企业不惜花费每台上千万元的资金,也一定要采购这样的设备,以满足其新的生产需求。由于各国家和地区需求的不同,全息定位烫印和镭射避版缝烫印技术仅在中国得到火热发展,日本、台湾设备制造企业并未对其足够重视。彼时高端烫金机市场形成了欧洲进口设备垄断的局面。但中国印后设备制造企业很快看到了市场机会,纷纷尝试提升设备的功能和品质,以满足这一市场需求,为国人提供性价比更高的设备与技术,以上海亚华、唐山玉印以及天津有恒等为主要代表。20世纪90年代中期,上海亚华率先通过复制、消化欧洲技术,推出了具有全息烫印功能的TYM780型高性价比自动模切烫金机。

  近10年间,BOBST、Gietz几乎是高端印刷包装企业的不二之选,而唐山玉印、上海亚华的设备以较为完善和稳定的功能和较高的性价比在中低端市场有着非常广泛的应用。2004年,有恒集团——天津长荣印刷设备股份有限公司(以下简称“长荣股份”),联合台湾技术力量,攻克重重技术难题,将全息定位烫印、镭射避版缝烫印技术加持到其全新设计的MK920YMI型烫金机上,并以媲美欧洲产品的先进技术、稳定性能和卓越的生产效率,近乎同等的品质受到了市场的广泛好评。

模切:自动模切清废技术、全清废技术的应用

  由于社会的进步,综合生产效率和工人的劳动强度越来越受到人们的重视。因此,可以减少人力开支、提升生产效率的自动模切清废功能,开始被行业所重视。带有自动清废功能的模切机,可以在生产过程中在线实现印张中局部废料或者边废的清除,但最终的半成品仍需一部分人工清废才能得到成品盒片。由于自动清废功能可以降低后期清废工人的劳动强度,提升生产效率,开始被更多的印刷包装企业采用。由于技术难度相对较低,很快,无论进口设备还是国产设备,均具备了较为稳定的清废功能。相对普通单模切机而言,实现清废功能的模切机在生产成本和生产准备时间方面均稍有增加,因此更适合于有一定批量的订单或重复订单。在清废功能方面,无论进口设备还是国产设备,后期均增加了清叼口功能的清废模切机型,力求进一步提升效率。

  在传统模切工艺中,模切所需的整垛印张必须经过繁重的人工堆码;其模切的半成品印张即使完成了部分连线清废也必须经过人工周转,进行劳动强度极高的人工清废,才能进入到下一工序进行加工。在这一系列环节中,单一机台即需要4~6人经过大量的高强度人工劳动才能完成,产成品质量也会在一定程度上受到人为因素的影响。

  全清废模切技术,可以在全清废模切机上一次走纸,完成模切或凹凸模切+清废+分盒+成品计数堆码和物料输出的一系列功能。完成的产品,完全没有任何废料,实现盒片与盒片的完全分离,可以直接进入下一工序。事实上,国外先进印后设备制造商很早就已经推出了具有全清废功能的模切设备,并且在发达国家得到了较为广泛的应用。但是在中国,由于进口设备价格、相关工具成本高昂以及国内工艺技术不成熟,这一技术在国人眼中一直是可望而不可即的,导致全清废技术在中国一直得不到推广,基本处于空白状态。该项技术也一直处于由欧洲完全垄断的形势。但随着人工成本的不断高企,国人对全清废技术的需求越来越迫切。以上海亚华、长荣股份为代表的中国印机品牌,纷纷投入资金与人力,研发中国自己的全清废模切机。

  目前主要的全清废模切机品牌有BOBST、长荣股份、旭恒等。BOBST从最早推出全清废产品至今,已有多种幅面、多种功能的几代产品问世。其中最先进的产品,最高生产速度可达12000张/时或9000张/时,可配置电子套准系统和自动物流系统,但价格较高,后期保养和维护成本也不低,在国内乃至亚洲地区应用较少。为了满足中国印刷包装行业的需求,BOBST在中国公司制造推出了价位相对较低的针对中国市场的全清废模切机,速度可达7000张/时,可满足全清废模切的基本需要。BOBST旗下的旭恒也基于其母公司的全清废技术,在原有设备的基础上进行加装,发布了全清废模切机,可满足一般全清废模切生产需求,具有较高的性价比。日本三和也在其原有设备的基础上,开发了具有全清废功能的模切机,其结构仍然传承了简单实用的特色,可以在全清废与收全张模式间快速切换,实现基本的全清废功能,速度可达8000张/时,稳定性也很出色,并可选配简易的不停机取样功能。其设备价格介于进口高端BOBST和国产设备之间,但应用者较少。而国内市场占有率最高的长荣股份,至今为止已推出MK1060ER、MK1060ERs、MK1060ERsl及1120、1450幅面的多款全清废模切机,由于市场的普遍认可,其设备在中国市场占有率较高。其新一代产品针对中国包装印后工艺特点开发了不停机取样功能、伺服自动退压功能以及烟包专用型号设备,具有非常好的产品适应性。其在与海德堡建立深入合作以后,推出的Promatrix系列、Powermatrix系列产品具有8000张/时的生产速度,更是添加了电子套准、自动物流等先进技术,全面与国际先进设备看齐。据了解,目前长荣股份全清废模切机在国内烟包、药包、酒包等领域得到应用,保有量超过200台(套)。

  功能多样化、多工位组合化技术的应用

  随着产品包装对消费者产品认知的影响越来越大,以及市场竞争激烈,包装产品整饰工艺涌现出了许多新的工艺技术,例如先烫后印技术、大面积烫印和凹凸技术、深压纹技术以及与网印、上光等多种整饰工艺组合的装饰技术等。这些技术的诞生,使包装产品更为精美,也成为了印刷包装企业增强市场竞争力的强大助力。但是,为了实现这些精美的效果,这些复杂的印后整饰工艺给印刷包装企业带来了非常大的麻烦,即多工序反复加工。要实现这样的整饰效果,一个精致的高端产品包装可能要经过上光、网印、多次烫印、凹凸直到模切成型的加工工序。有的产品烫印和凹凸工序就要经过两次、三次、四次加工甚至更多。这使得印后加工的人工成本、设备成本、材料成本大幅增加,效率受到严重制约,多次加工导致的产品变形和废品率也成倍增加。行业中,急需一种能将这些多样化的功能、工序进行组合化加工的设备。

  2004年,长荣股份在模切烫印行业率先推出多工位模切烫金机,一举解决了这一难题。该项设备率先在高端烟包行业投入使用,经过一年多的改善和提升,多工位模切烫印设备逐渐成熟起来,获得了很好的市场口碑。其代表产品,双机组模切烫金机采用模块化设计思路,具有两个主加工工位,生产速度可达5000~6000张/时,相当于单机组设备10000~12000张/时的效率,套印精度可达到与单机组设备相同的±0.075mm。后期产品还可定制选配清废、全清废分盒功能,可以实现一次走纸完成两次烫印,或烫印+凹凸+模切+清废+分盒+计数分层堆码+物料输出的一系列功能。从前需要两次不同工艺烫印加工的产品,在双机组模切烫金机上一次就可完成,效率提升至少1倍。由于变多工序为单工序,人工成本也减少了1倍,纸张变形得到有效控制,产品质量和成品率也得到了大幅提升。多工位组合化模切烫印技术成为高端印刷包装行业划时代的一项新技术。

高效自动化、智能化的发展

  当前,企业人工成本逐年提升,国内自动化、智能化技术在各行各业发展迅速,成为制造业新的标杆和方向。

  在欧美、日本等发达国家和地区,一些先进的印刷包装企业已经采用了高效先进的智能化自动物流系统,实现了智慧印厂。从订单确认、工单下发到原材料入库、出库生产再到自动报工等,实现了全面的自动化与智能化,减少了大量人力开支,提高效率,减少出错。其印后配套设备方面,如同其他高新技术一样,BOBST早在2000年就首先在全球推出了具有电子套准系统、自动物流系统的自动模切烫金机。

  事实上,中国印刷设备制造企业也不甘落后,纷纷投入了大量人力、财力研发相应技术。但国内整体起步较晚,技术不成熟,虽然几经努力,也未能有成熟稳定的高效自动化、智能化产品投放市场。而长荣股份在与海德堡建立深入合作、全资收购海德堡包装印后资产以后,获得了海德堡高端模切机的成熟技术和知识产权,成为第一个在国内推出具有成熟、先进电子套准系统的高端自动模切机的企业。其产品和技术水平已经与BOBST全新一代电子套准系统持平,具有较好的稳定性和应用价值。在drupa2016展会上,其首次向全球发布,产品以更高的性价比已经开始投入市场,并开始在国内外应用。搭配其推出的自动物流系统、智能飞达系统,该产品可实现高自动化、智能化印后加工生产,可与其智能化工厂解决方案完美配套,打造高性价比的新式智慧印厂。相信在不久的将来,将有越来越多的中国印刷包装企业,圆梦自己的智慧印厂。

  数字化整饰技术的发展

  在drupa2012展会上,数字印刷、数字模切、数字烫印等数字化技术、设备开始真正走入人们的视线。4年前,这些技术仍大多停留在理论和概念机上,由于其加工效果和效率不能与传统工艺相比,未能引起人们的足够兴趣。4年后的drupa2016展会上,数字技术可谓大放异彩,从数字印刷到激光模切、数字烫印,多家知名公司推出了具有一定应用价值的设备,并取得了不错的推广。例如,以Highcon(海科)公司为代表推出的激光模切机,有的机型已经可以实现高达5000张/时的激光模切与连线压痕。仅用一个电子文件即可实现快速的激光模切、压痕工作,可为小批量、个性化包装产品提供前所未有的便利。但该激光模切技术,因为其激光切割的特性,模切切口仍然有明显烧灼痕迹和切缝损失,无法与传统模切实现相同效果;其压痕工位,采用3D打印固化技术,只能完成简单的压痕工艺,压痕不够平直,压痕力不够,折痕力也得不到很好的控制,且精度较低。在实际应用中,仍仅限于要求不高的个性化印刷品、打样等工作,无法生产要求极高的高端包装产品,仍不能替代传统模切机。

  Scodix(视高迪)、MGI推出的数字烫金机,因其更具实际意义的加工速度、更出色的烫印效果,成为数字烫金机的代表产品,像激光模切机一样,仅需通过电子文件就能实现数字化的烫印加工。其产品通过数字印刷、上光涂布、转移、固化的方式,可实现较为立体的烫印效果,特别是大面积烫印时,其展现的效果非常漂亮。该技术可应用于一些大型纸品烫印工艺中,如杂志封面、招贴画、广告等。其与传统平压平热烫印相比,所呈现的效果有所不同,但在烫印精细化、成本方面,仍不及传统平压平热烫印,暂时也不能实现完全的替代。

  数字化印刷及印后整饰技术,由于其灵活、高效的特性,正越来越多地受到印刷包装行业的关注。其技术发展之快,也令业界震惊,但若要对传统工艺实现完全替代,或实现更有意义的应用价值,仍有很长一段路要走。应该说,其与传统印刷、印品整饰技术可实现非常好的技术互补,适应更多的市场需求。实际上,除了上面提到的两个代表产品以外,很多国内印刷设备制造企业也看到了数字技术的未来,正在研发相应的技术与设备。笔者认为,数字印刷、印品整饰技术将会有非常好的发展空间和潜力,未来还将带给我们更多惊喜,让我们拭目以待。

  回首过去20年,国内印品整饰技术、设备实现了高速的发展,本文仅针对应用最为广泛的单张纸平压平模切烫印技术的发展进行了总结与展望。事实上,镭射转移、卷筒纸烫印、卷筒纸模切、圆压圆模切烫印技术以及耗材和工具制造方面等也不断有高新技术涌现,实现了我国印品整饰技术全面的发展和进步。特别是卷筒纸平压平模切烫印、圆压圆模切烫印技术应用在特定的包装加工领域,与单张纸平压平模切烫印技术形成互补,满足了不同包装行业的生产需求。未来,让我们共同展望,并为之奋斗。

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