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陶瓷砖印刷专利技术综述

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  【摘 要】本文通过对陶瓷砖技术领域的专利申请进行分析,阐述了陶瓷砖技术领域的专利申请发展趋势,并从转印、丝网印花、滚筒印花、喷墨打印、以及不同印刷方式相结合的方式等五个方面对其技术方向和技术手段的发展脉络进行了追踪和梳理。通过本文的撰写,以期抛砖引玉,帮助审查员快速准确地把握技术要点,以提高检索和审查效率。
  【关键词】瓷砖 印刷 专利分析 技术综述
  1 陶瓷砖印刷技术概述
  在陶瓷砖印刷技术领域中,较早出现的转移印刷方式和丝网印刷方式均可以适应陶瓷砖的特性,实现其表面的图文印刷,但是转移印刷的低效、丝网印刷的刮刀力度的难以控制,以及两种印刷方式的印刷质量低、精度不高、成本昂贵等的缺陷已无法满足人们的需求。
  由此,发展出了针对转移印刷方式和丝网印刷方式的改进方法和改进设备;同时,滚筒印花技术(凹版印刷方式和柔版印刷方式等)也因其在质感、纹理、层次等方面具有很大进步而得到了长足的发展。新兴的非接触式连续印刷方式(喷墨打印方式等)以其色彩、质感和纹理等方面具有突破性进展而逐渐占据技术主流。
  2 陶瓷砖印刷专利技术分析
  通过非常准确的FT分类号(2H113/BB09..glass or ceramics)和CPC分类号(B41M5/007..on glass, ceramic, tiles, concrete, stones, etc.)、文献量较大的IPC分类号(B41M 1/34.在玻璃或陶瓷表面上)与比较准确的关键词(瓷砖、ceramic等)、并采用纯关键词检索等不同的检索方式以及各种算符命令有效兼顾“查准”和“查全”,利用专利检索与服务系统的统计命令和Excel工作软件对瓷砖印刷领域的中国专利申请数据和全球专利申请数据进行统计分析,手工去除检索文献中的噪声。
  由此分析得出,陶瓷砖印刷技术,在专利申请方面,主要分为转印方式、丝网印刷方式、滚筒印刷方式、非接触式印刷方式、以及不同印刷方式相结合的方式等五大技术分支。
  2.1 传统转印和丝网印花及其改进
  转印方式和丝网印花方式以其“万能印刷方式”的优势在陶瓷砖印刷技术领域不断地发挥作用,但是二者印刷速度慢、效率低和分辨率不高的缺陷一直是其发展的主要制约点。因此,如何提高二者的印刷速度一直以来都是业内各主要申请人的研究热点之一。
  (1)转印方式。采用转移印刷的方式印刷陶瓷砖早在1970年就被德国的(KUP-I) KUPPERS G LEHMIG G公司提出;1971年,HEINRICH ZEIDLER KG MASCH提出了一种可以提高转移印花速度的装置,其由两个转动的工作盘组成,相较于单纯的手动方式工作效率得以显著提高。
  基于转移纸的材料、结构的改进以及转移纸图案印刷方式的改进随之也不断涌现,德国的DRUCKEREI NEUBERGER GMBH公司在1991年提出了采用凹版印刷的方式进行转移纸图案的印刷,提高了图案的精度和多样性。德国SCHOTT AG公司和北京宝兰达数码图像技术有限公司分别在1999年和2006年均提出采用打印的方式印刷图案然后转移,进一步提高了图案的保真效果和耐候性。
  但是由于转印方式本身固有的缺陷使其相较于其他印刷方式,近年来申请量呈下降趋势。
  (2)丝网印花方式。传统丝网印刷方式刮刀力度难于控制,为了在减小陶瓷砖坯受压次数的基础上实现四色丝网印刷,1975年德国的GEBR NETZSCH MASCHFAB GMBH公司提出了采用相对运转的双传送带系统实现一次压印印刷四色的技术方案。
  为提高陶瓷砖的传输稳定性、加快速度,意大利的OMIS DUE SPA公司在1994年发明了一种可随待印刷的陶瓷砖尺寸调节的稳定传输系统。景德镇陶瓷学院在2013年提出了一种实现连续丝网印花的高速旋转式转动架,提高了生产效率。
  针对丝网印刷本身的结构的改进方面,GOMES TECHNOLOGY SPA公司在1998年首次提出将丝网由平网形式改进成圆网形式,由此形成了平网印花和圆网印花两大技术分支。针对圆网印花方式分支,后续多个申请均是在圆网结构基础上的改进,2006年中国佛山市科达灵海陶瓷科技有限公司提出了用于粉态式色料的陶瓷砖滚筒印花装置,有效解决了粉态式色料结块等问题。针对平网印花方式,自动化和智能化是其重要发展方向,例如ERDIRENCELEBI M在2014年提出的丝网改进装置巧妙的实现了丝网印刷方式的间接印刷。
  作为影响丝网印刷质量的另一个重要因素,丝网印刷墨水的印刷适性也是国内外专利申请的重要研究方向。目前具有的解决方案主要有:①改进原料,提高墨水印刷适性;②发展水溶性丝印墨水,解决堵墨问题,响应环保;③改进干燥方式,解决膜厚不易干燥等问题。
  概括而言,无论平网印花方式还是圆网印花方式,自动化、智能化将是其继续发展的方向。而对于丝网印刷墨水的改进则主要集中在改善印刷适性、环保化方向。
  2.2 滚筒印花
  滚筒印花属于接触式印刷法,相较于丝网印花,其在印制的图案的质感、层次等方面均具有很大的进步,但是陶瓷砖坯受压易损坏、表面凹凸不平等特性使得普通的胶辊无法达到高质量的印刷效果,因此,如何改进压辊的印刷适性是主要研究热点。
  CESKOSLOVENSKA AKADEMIE VED公司提出改进胶辊的材质,以提高印刷适性。德国的MAQUINARIA TOTCERAM公司在1987年提出了一种包含转移辊的滚筒式印刷装置,大大提高了陶瓷砖的印刷速度。西班牙的MAQUIN TOT CERAM SA在1998年提出了一种柔性表面层的双辊印花装置,有效提高了滚筒印花质量。
  国内技术起步较晚,上海运安制版有限公司、广东宏陶陶瓷有限公司和佛山运安激光制版有限公司均在凹版胶辊的结构和材质上进行了研究,有效地提高了胶辊的印刷适性,降低了成本。例如,佛山运安激光制版有限公司在2012年提出采用聚氨酯海绵材料替代发泡材料,克服了现有技术质量不稳定、生产成本高等缺陷。   除了改进凹版胶辊的包覆层材质和结构,为了进一步减小滚筒式印花装置的印刷压力,卡特拉克.罗麦地卡公司在2006年提出一种凸版形式的瓷砖印刷滚筒,在印刷膜板的外表面设置有多个吸墨凹坑,通过吸墨凹坑构成印刷图案。陈兆良也在2007年提出了采用柔版印刷方式代替凹版方式,并通过在传送带上端设置多个机组的方式有线实现了多色印刷,减少了对未烧制的瓷砖胚体的损伤。
  2.3 非接触式连续印刷
  随着近年来喷墨打印技术的发展和普及,在1998年西班牙即提出了将喷墨打印技术用于陶瓷砖行业,国内也在2009年正式引进该技术[1],其无压印刷的特征相对于接触式印刷方式具有巨大的优势。然而,陶瓷砖印刷的大幅面、墨水特殊等特征使得业内研究主要集中于墨头控制和排布、墨水适性改进上[2-3]。
  (1)墨头排布与控制。德国的HUELS AG公司在1989年即提出利用喷墨打印方式实现陶瓷砖的印刷,西班牙的CLARAMONTE J V T在1998年提出了陶瓷砖的喷墨打印装置,对打印头结构进行了详细的阐述。
  美国的ELECTRONICS IMAGING INC等公司在2012年提出了一种组合式印刷杆系统,其采用多个打印杆,每个打印杆上具有多个打印头,系统被配置为在需要或被要求时在印刷杆之间切换,从而解决大幅面打印问题。
  国内针对喷墨打印方式的研究近年来逐渐上涨,例如,上海运安制版有限公司在2012年提出了一种瓷砖数码喷墨系统喷墨头高度自动调节装置,自动调节喷墨头高度以适应瓷砖表面的厚度差异。
  (2)陶瓷墨水。陶瓷粉体是陶瓷墨水的核心成分,其颗粒度大小等性能的优劣直接影响印刷效果。如何在打印过程中保持喷头通畅和釉料墨水的浓度则是瓷砖打印机能够生产优质瓷砖的关键。
  德国的ZSCHIMMER & SCHWARZ GMBH & CO公司在1980年即提出了通过改进墨水的粘性获得更佳的打印适性。德国BRITISH CERAMIC RES LTD公司也在1991年提出从控制墨水中颜料粒子的尺寸大小和均匀性提高打印适性。
  国内相关技术也取得了一定的成就,信益陶瓷有限公司在2011年提出将色料与乙醇配制成无机油墨,经电脑系统控制经过喷头喷到瓷砖坯体表面,即非接触式连续印刷成图案。汤振华在2014年提出了一种具有吸墨运动机构的瓷砖生产设备,保持釉料墨水中的釉料颗粒处于悬浮浓度,有效解决了墨头堵塞问题。
  喷墨墨水印刷适性的改进已形成为陶瓷砖印刷技术的一个重要分支,国内外将会沿此发展方向继续前进。
  2.4 不同方式相结合的印刷
  不同印刷方式本身固有的缺陷是通过改进设备结构和操作方式难以消除的。多种印刷方式的存在和不断发展促使业内人士提出了不同印刷方式相结合实现同一陶瓷砖的高质量印刷的做法,从而成功达到扬长避短的效果。
  意大利的SACMI COOP MECCANICI IMOLA SA公司在2004年提出了将喷墨打印方式与滚筒印花方式结合实现陶瓷砖印刷的设备。系统股份公司于2006年提出了一种组合式印刷装置,包括联合使用的由带有凹入单元基板的弹性硅酮滚筒构成的打印头和喷墨型打印头,两种方式的打印头组合印刷获得了巨大的生产灵活性。广东东鹏陶瓷也在2013年也提出了将喷墨打印和丝网印花结合的印刷方式,既保证了浅色部分的分辨率,又实现了深色部分的层次。
  随着人们对陶瓷砖印刷质量和多样性越来越高的要求,多种印刷方式结合的实现方案将成为又一重要发展方向。
  结语
  通过以上对陶瓷砖印刷专利申请情况和技术分析可以看出,陶瓷砖印刷技术领域的全球申请量和国内申请量均处于持续上升趋势。近年来国内申请量呈现出逐年迅速增长的趋势,这显示出我国企业在该领域的巨大发展潜力。目前,陶瓷砖印刷技术主要集中在自动化的丝网印刷、滚筒印花和喷墨打印方式上,作为新兴的喷墨打印方式,在近几年得到长足的发展,而逐渐占据主要市场份额。国内技术发展的主要趋势与国外基本保持一致。
  参考文献
  [1]黄惠宁,柯善军,钟礼丰等.喷墨印刷技术在我国陶瓷领域中的应用现状[J].佛山陶瓷,2012(6):1-9.
  [2]吉莉・安尤尔斯,邓永.陶瓷数字喷墨印花的现状及未来[J].数字技术,2014(9):81-86.
  [3]于非.喷墨彩色打印系统喷头控制电路的设计与实现[D].北京:北京印刷学院,2014.
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