瞿擁軍

（深圳市嘉年印務(wù)有限公司，廣東 深圳 518109）

產(chǎn)品的流通離不開包裝，包裝具有保護產(chǎn)品、便于運輸與存貯、利于售賣等功能，直接影響著產(chǎn)品的市場競爭力和銷售。近些年來，消費主義盛行，包裝的設(shè)計成為了產(chǎn)品附加價值的一部分，優(yōu)秀的產(chǎn)品包裝可以推動產(chǎn)品的銷售，幾乎不存在無包裝的產(chǎn)品與無印刷的包裝。包裝直接接觸產(chǎn)品，而包裝上的圖案和文字必須通過印刷等技術(shù)來表現(xiàn)，以吸引顧客的眼球。為了保護產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)和防止假冒偽劣產(chǎn)品的流通，國家制定了一系列針對商標和標識的法規(guī)與標準，并要求企業(yè)必須通過印刷等技術(shù)，為其產(chǎn)品印上相應(yīng)的標識和商標。此外，隨著廣告宣傳的不斷增加，印刷包裝行業(yè)也扮演著越來越重要的角色。在當前政策下，國家大力實行綠色包裝戰(zhàn)略，以減少污染并推動可持續(xù)發(fā)展，包裝行業(yè)“十四五”規(guī)劃、中國包裝聯(lián)合會《中國包裝工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2025年）》都明確了綠色低碳循環(huán)轉(zhuǎn)型在印刷包裝產(chǎn)業(yè)深度轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展中的引領(lǐng)性作用，加快構(gòu)建覆蓋包裝全生命周期的綠色發(fā)展體系，而這需要印刷包裝企業(yè)大力開發(fā)新型綠色包裝材料，使用環(huán)保型的印刷材料和工藝技術(shù)，才能構(gòu)建覆蓋包裝全生命周期的綠色發(fā)展體系[1-2]。

1 無墨印刷技術(shù)介紹

1.1 無墨印刷技術(shù)

無墨印刷(Inkless Printing)是直接采取加熱的、有圖文的印版或模具，通過壓力在紙漿、紙張、紙板、塑料基材等基材上進行空壓印，使承印基材表面發(fā)生定向形變，待成印基材冷卻后形成定型圖文，或使用其他替代物取代傳統(tǒng)印刷過程中的油墨或墨粉，通過特殊材料和工藝技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)印刷技術(shù)與光、電、熱技術(shù)，利用數(shù)字化技術(shù)和噴墨等技術(shù)手段，將圖文直接印在承印載體上[3]。

無墨印刷技術(shù)起源于20世紀60年代，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展以及噴墨頭和噴墨墨水等關(guān)鍵技術(shù)的突破，無墨印刷技術(shù)得到了快速的發(fā)展和普及。常見的實現(xiàn)無墨印刷的方式包括使用噴墨技術(shù)、無墨噴水技術(shù)[4]、電子陣列印刷技術(shù)、熱敏印刷、熱烤生態(tài)印刷[5]、激光蝕刻[6]、電子紙技術(shù)、感光印刷[7]、納米印刷、3D印刷等。這些方法使用的替代物可能包括染料、彩色素材、熱敏材料、印刷粉末等。無墨印刷技術(shù)的發(fā)展給印刷行業(yè)帶來了巨大的變革，它能夠解決傳統(tǒng)印刷技術(shù)不易實現(xiàn)的顏色漸變和圖像細節(jié)的表現(xiàn)，實現(xiàn)短版、快速變版、變化多樣的印刷需求，以及滿足個性化定制等多元化的市場需求，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 無墨印刷的優(yōu)、劣勢

相比于傳統(tǒng)印刷技術(shù)，使用無墨印刷技術(shù)能夠減少VOCs、有害氣體和廢棄物的排放；能夠在生產(chǎn)和耗材方面節(jié)省能源和材料，降低運營成本；有效避免墨水飛濺、揮發(fā)、流量變化等，在保證印刷品質(zhì)的同時提高生產(chǎn)效率。傳統(tǒng)印刷技術(shù)與無墨印刷技術(shù)的主要對比情況見表1。然而，現(xiàn)有的無墨印刷技術(shù)還面臨著一些挑戰(zhàn)和限制，如無墨印刷的印刷速度和分辨率仍需提高、印刷媒介的類型和可靠性仍需進一步擴展與驗證等。

表1 無墨印刷工藝與傳統(tǒng)印刷工藝對比

1.3 無墨印刷研究現(xiàn)狀

當下，無墨印刷技術(shù)以其低污染、長久保持等特點成為國內(nèi)外印刷領(lǐng)域中的研究熱點之一。國內(nèi)外從三大方向分別探索無墨印刷技術(shù)：一是研發(fā)新型印刷材料。如紅外光敏材料、熱敏材料、可重復(fù)使用擦寫紙[8]等，以提高無墨印刷的印刷質(zhì)量和穩(wěn)定性。二是研發(fā)新型印刷技術(shù)。如使用光電顯示技術(shù)、納米印刷技術(shù)[9-10]、傳熱印刷技術(shù)[11]、電子紙技術(shù)等，以提高無墨印刷的印刷速度和精度。三是優(yōu)化現(xiàn)有印刷技術(shù)。如狹縫印刷技術(shù)、脈沖電沉積印刷技術(shù)等，以改進無墨印刷的制造工藝和成本效益。

隨著環(huán)境保護意識的提升和政策的推進，國內(nèi)印刷包裝行業(yè)正逐漸朝著綠色、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、高品質(zhì)的方向發(fā)展。由于無墨印刷技術(shù)具低耗材、環(huán)保等特點，其發(fā)展前景十分廣闊。

2 無墨印刷在包裝上的實現(xiàn)方式

實現(xiàn)無墨印刷的方式方法多種多樣，文章選取了現(xiàn)有市場上在包裝上運用得較為成熟的幾種方式進行討論分析，期望為從業(yè)者帶來新思路，從而對無墨印刷進行優(yōu)化創(chuàng)新。

2.1 素壓紋實現(xiàn)無墨印刷

素壓紋是一種沒有印刷顏色的印刷工藝，其原理是利用凸版或模具對材料施加力量，使其在局部區(qū)域上發(fā)生塑性變形。通過這種變形可以在材料表面形成凸或凹的紋理或花紋，從而改變材料的外觀和手感，其中，從材料背面施加壓力讓材料正面膨起的工藝為凸壓紋，所形成的無墨圖文具體效果見圖1；而從材料正面施加壓力讓材料正面凹下的工藝則為凹壓紋，所形成的無墨圖文具體效果見圖2。具體工藝過程為：先將圖文置于一對陰陽印模上，陰模上圖文凹下，陽模上圖文凸起，印刷時紙張放在陰陽模之間，在陰陽模的壓力下形成浮凸圖案，原理類似于鋼印。通過陰陽互補的一對印模，在壓力作用下，使得承印材料發(fā)生較大形變而形成浮雕凸起圖文信息。

圖1 凸壓紋形成無墨圖文。

圖2 凹壓紋形成無墨圖文。

素壓紋不需要復(fù)雜的設(shè)備，簡單易行，適用于多種材料和形狀，現(xiàn)有金屬素壓紋、塑料素壓紋、紙張素壓紋。不僅如此，與其他表面處理方法相比，素壓紋工藝成本較低，還能根據(jù)需求，設(shè)計不同的凸版或模具，實現(xiàn)多樣的紋理效果，而且經(jīng)過素壓紋處理后的材料通常具有較高的耐磨性和耐腐蝕性。素壓紋具有簡單易行、節(jié)省成本和可定制化等特點，是實現(xiàn)無墨印刷的一種非常好的工藝。

2.2 雕刻凹印實現(xiàn)無墨印刷

雕刻凹印是一種將圖案或文字雕刻在板材表面形成凹陷的加工方法，其原理基于物理力學(xué)，通過在板材表面施加力量，使得刀具刻畫掉板材表面的材料，從而形成凹陷的圖案或文字。現(xiàn)有的雕刻凹印可以實現(xiàn)非常高的精度，適用于需要精細圖案或文字的應(yīng)用。

雕刻凹版印刷在印刷過程中需要很大壓力才能將印版上的油墨轉(zhuǎn)移到承印材料上，由于壓力的作用，使得印刷圖文區(qū)的承印材料發(fā)生較大變形，在印刷圖文正面形成一定浮雕高度，而在印刷圖文的背面形成一定的凹陷。利用這一特性，在印刷時采取不上油墨進行空壓，利用壓力，使承印基材發(fā)生形變而形成浮雕圖文，使雕刻凹版上的圖文信息“轉(zhuǎn)印”到承印基材上，所形成的無墨圖文具體效果見圖3。無墨雕刻凹印的印刷壓力較正常的雕刻凹版印刷壓力要大，才能形成更加明顯的浮雕圖文。值得注意的是，在使用塑料基材進行無墨雕刻凹印時，由于塑料基材的特性，需要對基材進行一定的加熱處理，使得塑料基材更加容易發(fā)生形變并能很好地保持這種形變特性。

圖3 雕刻凹版空壓形成無墨圖文。

2.3 紙漿模塑工藝實現(xiàn)無墨印刷

紙漿模塑(植物纖維模塑)工藝是利用纖維素材料的可塑性，在濕態(tài)下經(jīng)過加熱和壓力處理，使紙漿顆粒間的纖維相互結(jié)合，形成所需形狀的產(chǎn)品。紙漿模塑使用原漿紙板、廢紙、紙箱等作為原料，經(jīng)過碎漿、磨漿等工序，使紙變成纖維，懸浮于水中形成紙漿液，再利用真空將紙漿液吸附在特制的模具形成濕坯，最后通過熱壓干燥、切邊等工序形成成品。

紙漿模塑使用可再生的紙漿材料，與傳統(tǒng)的塑料制造過程相比，對環(huán)境的影響較小，紙漿材料可以通過調(diào)整配方和工藝參數(shù)來實現(xiàn)不同形狀和尺寸的產(chǎn)品，紙漿模塑工藝可塑性強、韌性高，是一種綠色環(huán)保的立體造紙技術(shù)。紙漿模塑工藝實現(xiàn)的無墨印刷，即在制作模具時，將需要呈現(xiàn)的圖文事先刻畫在模具上，在熱壓干燥成型階段使圖文在紙漿模塑產(chǎn)品上固定下來，形成凸紋或凹紋，所形成的無墨圖文具體效果見圖4。

圖4 紙漿模塑工藝形成無墨圖文。

2.4 激光技術(shù)實現(xiàn)無墨印刷

原先的無墨激光蝕刻是選擇適當功率的激光頭，使用激光束去灼燒獲得的點陣圖形，圖5所示即為其中一種在線激光蝕刻設(shè)備。利用光學(xué)系統(tǒng)將激光束匯聚成合適大小的光電，并消除光束傳播過程中的漫射，此時匯聚點可瞬間產(chǎn)生幾萬攝氏度甚至更高的高溫，將點陣圖形中需要打印像素點灼燒至色變(焦糊色)。激光灼燒出的文件不能篡改，且保存時間非常久，但是只能單色打印，所形成的無墨圖文具體效果見圖6。

圖5 在線激光蝕刻設(shè)備。

圖6 激光蝕刻形成無墨圖文。

激光蝕刻的工作原理是：利用高能量激光束聚焦后照射到被加工物表面，局部的材料被氧化或蒸發(fā)，使其表面發(fā)生化學(xué)或物理變化，從而形成所需的圖案或文字。這種蝕刻方式幾乎可以蝕刻所有的材料，無需復(fù)雜的工藝和大量設(shè)備。在激光蝕刻的過程中，只有激光束和表面材料之間的接觸，因此不會產(chǎn)生污染和廢棄物。同時，激光蝕刻可以實現(xiàn)高精度、高清晰度和高質(zhì)量的印刷效果，因此被廣泛應(yīng)用于各種印刷場合，如制造業(yè)、藝術(shù)品制作、禮品定制等。

激光著色技術(shù)突破了激光蝕刻技術(shù)只能單色打印的不足，實現(xiàn)了多色甚至RGB色彩還原。激光著色技術(shù)通常包含3種基于不同機制的方法：來自隨機自組織金屬納米顆粒的等離子體色，來自激光誘導(dǎo)周期性表面結(jié)構(gòu)(即納米光柵)的衍射色以及薄膜(包括透明氧化層的干擾顏色和F-P諧振腔)的干涉色[12]。圖7所示即為俄羅斯科學(xué)家開發(fā)的使用單一商用激光產(chǎn)生多種顏色效果的彩色圖像。

圖7 單激光技術(shù)在金屬上打印的彩色圖像。

等離子體色是通過使用激光在金屬表面形成等離子體，從而在基材上產(chǎn)生色彩。這種方法不需要任何油墨或色素，只需在金屬表面上使用激光即可實現(xiàn)打印。例如激光的平行聚光灼燒原理就屬于等離子體色。激光在聚光時使材料表面溫度升高，產(chǎn)生等離子體，從而改變材料的顏色。在工業(yè)上，無墨印刷的具體實現(xiàn)方式是將激光束定位在印刷材料上，并在需要的區(qū)域產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，從而形成所需圖案或文字。通常與激光一起使用的是控制系統(tǒng)、電腦和相應(yīng)的軟件，以使激光束能夠精準地定位和刻印。這種無墨印刷方式非常靈活，能夠適用于許多不同類型的材料，如金屬、塑料等。

2.5 納米技術(shù)實現(xiàn)無墨印刷

納米技術(shù)指的是制造和控制物質(zhì)在納米尺度(納米級)范圍內(nèi)的技術(shù)。納米級別指的是物質(zhì)的尺寸小于100 nm的范圍，這個尺寸級別處于分子和微觀世界的交界處。納米印刷是一種高精度的印刷技術(shù)，利用納米級的精度進行印刷，可以在極小的空間內(nèi)進行圖案的精細打印，在納米印刷中，使用的印刷材料通常是具有特殊性質(zhì)的納米顆?；蛘呤遣捎眉{米結(jié)構(gòu)構(gòu)造的材料。納米印刷實現(xiàn)無墨印刷的原理是通過控制納米顆粒的吸附性質(zhì)和聚集能力來形成所需要的圖案或者文字，所形成的無墨圖文具體效果見圖8。納米顆粒的表面通常帶有一定的電荷，可以通過改變表面電荷的方式控制顆粒的聚集和分散。根據(jù)布朗運動的原理，納米顆粒會在表面貼附形成有序的排列，從而形成所需要的圖案或者文字。

圖8 微納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的RGB彩色圖像。

衍射色是利用激光誘導(dǎo)表面產(chǎn)生周期性結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生干涉和衍射的效應(yīng)，形成色澤。這種方法通常使用激光刻蝕技術(shù)在基材表面形成微米或納米級別的光柵結(jié)構(gòu)。然后，向表面照射不同波長的光束，即可實現(xiàn)不同的顏色。這種方法不需要油墨或色素，也沒有化學(xué)反應(yīng)，具有高清晰度、色彩豐富、防偽性強等優(yōu)勢。實現(xiàn)激光衍射色的具體操作方式是先將設(shè)計好的圖案或文字通過激光照射在光敏材料上，再進行脫膜、腐蝕等工藝加工，最終形成所需的圖案或文字即可。例如，商標/安全證件印刷——利用激光技術(shù)在商標或安全證件(如銀行卡、身份證)上進行無墨印刷，可以實現(xiàn)色彩豐富、清晰度高、防偽性強、防止偽造和篡改等特點。

干涉色主要利用基材上的干涉效應(yīng)形成顏色。可以通過刻蝕亞波長光柵或在表面上涂覆特殊的薄膜來實現(xiàn)交錯光程干涉。這種方法既不需要油墨或色素，也沒有化學(xué)反應(yīng)，具有環(huán)保特性。

文章討論了6種實現(xiàn)無墨印刷的工藝技術(shù)，有使用特定基底材料的，如紙漿模塑要使用纖維素材料，納米技術(shù)需使用納米材料；有使用物理方式的，如素壓紋基于壓力對材料施加形變，雕刻凹印也是基于壓力使承印基材發(fā)生形變而形成浮雕圖文；激光技術(shù)則是使用了特定的能量源等。6種無墨印刷技術(shù)的優(yōu)缺點對比情況見表2。無墨印刷是一個廣泛的概念，并且有多種具體的實現(xiàn)方式。這些工藝技術(shù)在無墨印刷上的異同主要體現(xiàn)在使用的基材、能量源以及實現(xiàn)印刷效果的物理或化學(xué)方式上。每種技術(shù)都有其適用的特定場景和優(yōu)勢，選擇合適的工藝取決于所需的印刷效果、材料特性以及應(yīng)用環(huán)境等因素。

表2 6種無墨印刷技術(shù)優(yōu)缺點對比

3 結(jié)語

結(jié)合當今節(jié)約資源、保護環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的時代主題，無墨印刷技術(shù)的優(yōu)化與創(chuàng)新已經(jīng)成為印刷領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。在市場上，無墨印刷技術(shù)不僅能夠減少環(huán)境污染，節(jié)約原材料，提高印刷效率，還能夠為企業(yè)節(jié)約成本。然而，無墨印刷技術(shù)雖已取得了很大的發(fā)展，但是還有許多的問題亟需解決，如要提高無墨印刷技術(shù)的色彩還原與清晰度、應(yīng)用更廣泛的材料以及采用更低成本的印刷方式等。這些問題只有在印刷領(lǐng)域?qū)＜业墓餐ο虏拍艿玫浇鉀Q。