UV打印技术在冰箱应用前景Application prospect of UV printing technology in refrigerator

UV打印技术在冰箱应用前景Application prospect of UV printing technology in refrigerator

黄胜华 巩建乐  吴园  蔡训儒HUANG Shenghua  GONG Jianle  WU Yuan  CAI Xunru

长虹美菱股份有限公司  合肥  230601Changhong Meiling Company Limited  Hefei  230601

摘要

UV打印技术是近年来新兴的一种图案印刷技术，具有承印材料广泛、图案色彩鲜艳和印刷周期短等优点，目前已在玩具、家居等领域得到广泛应用。本文通过技术和应用可行性分析，探讨UV打印技术未来在冰箱中的应用可能性。

关键词

UV打印；冰箱内饰；环保

UV printing technology is a new pattern printing technology in recent years. It has the advantages of wide range of printing materials, bright pattern colors and short printing cycle. At present, it has been widely used in toys, home and other fields. Through the analysis of technology and application feasibility, this paper discusses the application possibility of UV printing technology in refrigerator in the future.

Keywords

UV printing; Refrigerator interior; environment protection

1 引言

随着生活水平的逐步提升，人们对于冰箱产品的需求也到了一个全新的阶段。消费者在选择冰箱产品时，除了要求满足基本的性能和尺寸之外，听触觉、视觉的感官刺激作用成为影响消费者购买产品的重要原因[1]。随着行业的不断发展，冰箱的风格化、美观性越来越受到消费者和企业的重视[2]。冰箱内饰如抽屉面罩、瓶框等部件是最显眼的内饰部件，本可以进行装饰处理，对用户造成视觉和触觉冲击，但由于图案印刷技术限制，仅能在塑料、玻璃件的基础上进行丝印、烫印等方法处理，未有多彩复杂图案固定方案，造成设计空间的浪费。因此寻找一种能印刷复杂图案并满足大规模工业生产的表面处理技术是行业亟待解决的问题。UV打印技术是近年来新兴起的一种印刷技术，其具有承印材料广泛、印刷效率高、良品率高、印品质量好及绿色环保等优点，已在户外广告、包装、玩具和家具等领域广泛应用。UV打印技术作为一种具有多种优点的新兴印刷技术，目前未在冰箱领域使用，本文将从技术和工艺方面探讨UV打印技术在冰箱内饰件上的应用可能性。

2 UV打印技术基本介绍

2.1 主要组成部分及其功能

UV打印机主要由运动系统、软件系统、供墨系统、喷头系统等几个主要部分构成。其中软件系统而软件部分主要有用户设置机能、RIP处理机能、动作控制机能。UV平板打印机的工作顺序，分为图文信息输入阶段、机器识别图像阶段、页面点阵输出阶段三个阶段。

图文信息输入阶段是待印刷的数码图稿的制作，通过专业图形设计软件进行编辑，输入电脑系统作为印刷图稿。机器识别图像阶段是使用专业的图像处理软件能将电脑识别图像格式转化为栅格文件（PIN）用于机器识别，其中包括有具体的XY坐标、颜色等信息的量值。页面点阵输出阶段是软件将图片解码成点位信息，传送给介质定位系统和供墨系统，当喷头运动到相应位置，则喷出相应UV墨水，并且在喷头部位安装有UV灯，实现打印的同时进行UV固化，提高工作效率[3]。

图1  UV平板打印机及印刷示意图[4]

2.2 UV墨水

UV平板打印机是通过光固化油墨的高速聚合和固化完成印刷过程， UV平板打印兼既有UV固化油墨的快速固化效果，也有喷墨打印技术便于实施的特性。UV光固化墨水通过喷头喷射在承印材料上，在紫外线或UV灯照射下，UV墨水中的光引发剂分子重排并形成游离基中间体，游离基与预聚物和单体中的不饱和基团作用引发链式聚合反应，聚合反应式由液态成分转变为固态聚合物完成固化[5]。印刷后，UV墨水一般只需1/10 s即可彻底固化在在基材的表面。UV光不仅能使墨水的表面固化，更能深入到墨水之中，刺激墨膜继续固化[6]。UV墨水没有挥发性有机物，相对于溶剂型墨水，制作过程绿色环保，而且UV墨水具有蓝、红、黄、白、黑、浅蓝、浅红等七色墨水，具有很宽的色域，这也就保证了打印图案色彩的鲜艳性和颜色的复杂性。UV墨水的固化过程保证了工业生产效率，满足工业化要求。UV墨水能在玻璃、塑料、木材及金属等多种材料表面使用，均具有良好的打印效果。

图2  紫外光固化过程示意图[6]

3 UV喷墨打印在冰箱内饰上应用的可行性分析

3.1 尺寸规格

市场上常用的UV打印机宽幅为1.8和2.5m，UV平板打印机要求样件放入打印机上，待打印面需为平面，如待打印面有台阶，要求高度在台阶3mm以下，并且样件打印面与工作台之间高度一般要求在10cm以下，超过高度极可能损坏喷头和造成图案虚化。对于打印面台阶高度高于3mm或打印面到工作台高度高于10cm的样件，可定制与样件匹配的UV打印机，解决UV打印工艺无法使用的问题。目前冰箱上符合尺寸要求的有冰箱面板、瓶框和抽屉面罩等部件。

3.2 生产条件

UV平板打印机在室温条件下可正常进行，空气相对湿度在70%以下，20度以上的室温为佳。环境温度越高，干燥越快，温度越低，干燥越慢。环境温度升高，油墨粘度降低；环境温度降低，油墨粘度增加。如果温度过低，油墨粘度过大，会发生印刷故障。因此在生产环境温度过低时，需要在设备中增加加温装置，保证打印机正常运行。在打印过程中，墨水在供墨系统中被加热到45℃左右喷射到承印材料表面，UV平板打印机的UV灯自身温度可达到130℃，照射固化过程使得承印材料表面的温度达到50℃。固化过程主要是通过紫外光的波长使UV墨内部发应形成固化。在45-50℃的温度条件下，光引发剂被激活并参与反应的最活跃，这是UV墨水固化发应的最佳适宜温度[7]。冰箱内饰材质主要为HIPS、GPPS和PP等材质，表面温度达到50℃时能不发生变形，材料基本性能改变程度低，不影响材质使用寿命。

3.3工作效率

具有较高的生产效率是能进行工业化应用的前提，UV打印墨水能在1/10s进行固化，极大增加了工业化生产的可能性。图3为瓶框样件的生产模拟图，以盛煌科生产的UV打印机为例，打印机打印区域尺寸为2500mm*1300mm，打印样件为冰箱瓶框（389.5mm*82mm），整版可摆放90个瓶框，打印时间为20-30分钟，10小时总产能为1800-2700个，能满足工业大批量生产需要。如打印样件为冰箱面板，以冰箱冷藏室面板（1054*386mm）为例，则20-30分钟内，只能图案印刷三个冰箱面板，严重影响UV打印效率，如采用定制UV打印机能一定程度提高打印冰箱面板的打印速度。

图3  瓶框样件放置示意图

3.4 绿色环保

传统油墨中使用了大量的有机溶剂，待油墨干燥后有机溶剂会挥发到了环境中，不仅对操作人员造成伤害，而且会对环境造成污染。此外，油墨中含有的有毒成份如重金属等，在使用不规范时必将对人体和环境造成严重的影响。UV油墨不含有机溶剂，100％光固化，不含锑、砷、镉、铬、铅、汞和硒等重金属元素，无挥发性有机物排放，生产能耗低，适用于多种不同基材[8]。图4所示为UV设备生产厂家将UV打印技术用于厨具领域如硅胶材质的揉面垫和牛油刀上使用。

图4  UV打印在揉面垫和牛油刀应用

3.5 经济优势

目前冰箱内饰主要采用丝印和转印技术，其中多色套印能实现图案的多种效果，但是颜色较多或图案较为复杂，定位易出现误差引起图案变形，同时多色套印需进行多次网版刻印费用较高。转印技术通常可分为热转印、水转印等方法，工艺比较复杂，制作周期长，存在转印画面色彩偏差、定位偏差等问题，对从业人员也有一定的技术要求，成本较高[6]。与上述技术相比，UV打印技术不仅具有不需要制版、承印材料广、制作周期短、成像质量好的优势，能满足工业生产化的优点，而且油墨印刷费用低于印刷相同尺寸的热转印和水转印技术。

4 结语

随着消费升级和科技的发展，冰箱内饰技术更加追求个性化和设计感， UV平板打印技术能很好实现个性化和设计感的统一，并能满足大规模生产的要求，未来具有在冰箱内饰件上应用的潜力，但是作为一种发展不超过十年的新兴技术，目前虽然在家具、玩具等领域被厂商认知和使用，但是由于该技术应用时间较短，工艺上还存在一些需要解决的问题，需进行产品工艺磨合。伴随着UV打印技术的不断完善，该技术具有广阔的应用前景，尤其是在冰箱家电表面装饰领域有着显著的优势。

参考文献

[1] 冰箱内部皮革装饰件的设计研究[J]. 2021年中国家用电器技术大会论文集, 2021:23-27.

[2] 冰箱内铝合金装饰件的设计研究[J]. 2021年中国家用电器技术大会论文集, 2021:244-247.

[3] 桑瑞娟, 吴智慧, 黄琼涛,等. UV数码打印设备研制及其在漆画制作中的应用研究[J]. 家具, 2016(1):7.

[4] 刘磊, 钟云飞, 谭益民. UV喷墨印刷技术创造包装艺术之美[J]. 湖南包装, 2021, 36(4):3.

[5] 陈希荣. UV固化油墨的机理及其影响因素[J]. 中国包装工业, 2007(1):2.

[6] 汪菲, 吴智慧. UV数码3D喷印技术在柜类家具上的应用[J]. 家具, 2016(6):6.

[7] 桑瑞娟, 吴智慧. UV喷墨打印技术在家具表面装饰上的应用[J]. 包装工程, 2011, 32(6):5.

[8] 王怀功, 姚群, 黄剑莉,等. UV光固化墨水技术及其绿色营销[J]. 信息记录材料, 2014, 15(5):7.

第一作者简介：黄胜华，男，1977年 8月 生，毕业于上海海运学院机械设计与制造专业。现任长虹美菱股份有限公司工程师，主要从事冰箱设计工作。