復合母排噴印字符工藝開發(fā)

株洲中車時代電氣股份有限公司 肖 慧 歐陽理

復合母排噴印字符工藝開發(fā)

株洲中車時代電氣股份有限公司 肖 慧 歐陽理

本文探討并實踐了一種復合母排字符加工新工藝。通過調(diào)研分析對比各行業(yè)打印技術的優(yōu)缺點，結(jié)合復合母排結(jié)構、材料及加工特點，引進一種廣泛應用于廣告、裝飾行業(yè)的UV平板打印技術，解決了目前復合母排字符加工的問題。

復合母排；字符；UV光固；油墨

1. 復合母排字符加工現(xiàn)狀及問題

字符印在復合母排（以下簡稱母排）產(chǎn)品表面層上，主要有①單字符——般為大寫字母；②組合字符——字母與數(shù)字；③特殊字符——“++”“-”④文字，一般為安裝技術要求。表面字符主要起標識和安裝指導作用。表面字符質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品外觀。

母排產(chǎn)品字符加工方式多樣。A絲印字符，工藝成熟，但成本高周期長，該工藝不能覆蓋所有產(chǎn)品；B印章印字符作為一種過渡性工藝，成本低，操作簡易，但字符外觀效果差，一致性差。C貼打印字符標識，操作簡易，但部分客戶不接受，且存在漏貼問題。

鑒于以上情況，開發(fā)一種新的字符加工工藝方法，降低成本，提高效率，外觀效果好，成為必要。

2. 復合母排字符加工思路

2.1復合母排字符加工要求

母排字符要求：內(nèi)容正確，位置準確，字號字體符合圖紙要求，字符清晰完整，一致性好，與母排表面結(jié)合力強，適應復合母排應用環(huán)境，耐老化。

2.2復合母排結(jié)構特點

以圖1為母排示例。因母排結(jié)構中有許多用于連接導電的銅塞。銅塞往往高于母排表面層，部分可高達20mm。而字符標識一般噴印于母排表面層上，位于銅塞或安裝孔邊。母排最大尺寸長達2m。

圖1 母排產(chǎn)品圖

2.3復合母排表面層材料

母排產(chǎn)品表面層主要有兩種，PET膠膜及環(huán)氧材質(zhì)。環(huán)氧材質(zhì)以GF114為主。

環(huán)氧材料分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質(zhì)具有較高的粘附力。PET全稱是聚對苯二甲酸乙二醇酯，該材料由于其部分官能團對稱，結(jié)晶度高，表面能低，涂布性能差，與普通油墨無法粘接。因此對油墨性能要求較高。

2.4復合母排字符加工思路

結(jié)合母排加工工藝流程，確認字符加工以下方案：

方案一：切繪/數(shù)控銑——印字符——疊壓（疊壓過程持續(xù)加熱，其中最高溫150℃持續(xù)；持續(xù)加壓，＞10Kg/cm2）——折彎/組裝/封膠/貼零——終檢。該方案中字符需滿足耐溫150℃以上，否則高溫高壓下將產(chǎn)生暈開或散點的情況。

方案二：繪/數(shù)控銑——疊壓——折彎/組裝/封膠/貼零——印字符——終檢。該方案中，產(chǎn)品送終檢前的最后一道工序是印字符加工。2.1中已提到復合母排的結(jié)構復雜性，因此該方案的重點是尋找適合母排結(jié)構的字符噴印設備。

3. 不同字符噴印技術分析

復合母排產(chǎn)業(yè)因規(guī)模較小，部分工序并沒有專用設備，需自主開發(fā)或引用其他行業(yè)設備。字符噴印技術開發(fā)過程中，針對市面上各行業(yè)的字符噴印技術均進行了調(diào)研分析及試驗，過程如下。

3.1PCB字符噴印技術

字符噴印機是PCB行業(yè)用于取代傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，通常采用UV光固油墨，更高效、更低成本和高品質(zhì)地噴印字符。PCB作為精密的電子元器件，對字符要求高，字符清晰度高附著力強，耐溫至少200℃。UV光固油墨，固化效率極高，與PET及環(huán)氧表面層粘接良好，字符效果符合母排產(chǎn)品要求。

目前市面上常見的字符噴印機最大打印尺寸為700mmx700mm，難以滿足母排尺寸要求。且設備成本較高，≥30萬元，定制價格昂貴。因此認為該設備并不適用于母排字符加工，打印及油墨系統(tǒng)值得借鑒。

3.2噴碼技術

噴碼機有激光噴碼及墨水噴碼機兩種。

3.2.1激光噴碼

激光噴碼機噴射的是一個無法擦掉的永久性標記，它是通過激光直接在物體表面瞬間氣化而成，可肉眼分辨。對母排而言，其表面層大部分是白色，激光標刻后字符顏色為淺黃色，可識別度低。且因復合母排，絕緣性能要求非常高。而激光標刻實質(zhì)上是對母排表面層的破壞，對性能造成風險。故認為激光噴碼不適合用于母排字符加工。

3.2.2墨水噴碼

墨水噴碼機是運用帶電的墨水微粒，由高壓電場偏轉(zhuǎn)的原理，使用非接觸方式在各種物體表面上噴印上圖案文字和數(shù)碼。產(chǎn)品廣泛應用于各類標識打印。噴印最佳距離為8～10。

字符噴碼機首先進行方案一的驗證。獲取樣件后測試油墨能否耐溫150℃。其中也嘗試了適用于噴碼機的UV光固油墨。但試驗后，所有樣件字符均暈開且出現(xiàn)散點。說明噴碼機油墨因其帶電的特殊性，難以滿足性能要求。

方案二驗證。考慮采用三軸機器人與噴碼機配合工作進行字符噴印。另分析噴碼頭尺寸為40mmx40mm，而部分銅塞高于表面層20mm。那么打印字符離銅塞最小距離為21mm。但部分產(chǎn)品要求字符離銅塞距離僅為10mm。因此該噴印機設備結(jié)合三軸機器人不能完全滿足復合母排字符加工要求。

3.3噴墨切繪技術

切繪機主要用于服裝行業(yè)樣板切割，在復合母排的生產(chǎn)中，用于小批母排材料外形加工。調(diào)研發(fā)現(xiàn)市場上噴墨切繪機已實現(xiàn)切割噴繪功能一體化。但該類設備適用于新品打樣，不能滿足大批量生產(chǎn)效率要求。且噴墨頭簡易，管道不密封且無法循環(huán)，難以滿足油墨及母排字符生產(chǎn)要求。

3.4UV平板打印技術

后調(diào)研到一款用途較為廣泛的打印技術——UV平板打印（見圖2）。該類設備，也稱為萬能打印機，可以在木板、玻璃、水晶、亞克力、金屬、塑料、石材、皮革、布，及其它紡織品等表面進行彩色照片級印刷。采用噴墨式無接觸打印。

圖2 UV平板打印機

該類打印技術及設備集合了前期調(diào)研中的各類優(yōu)點。該設備為UV油墨量身定做；且UV油墨與PET、環(huán)氧、金屬材料等結(jié)合力好，耐高溫耐高壓，字符效果完全滿足母排要求；打印后直接UV光照射固化，效率高；工作幅面較大，滿足母排尺寸要求；可直接導入PDF檔工程化圖紙到專用控制軟件中，通過基準定位即可根據(jù)圖紙在要求位置上打印相應字符。工藝流程可采用2.2中方案1。

4. UV平板打印技術加工母排字符試驗

4.1壓合試驗

試驗目的：測試油墨能否耐溫150℃、耐酒精，是否與表面材料附著力好，打印對材料性能是否有影響。

試驗過程：取PET膠膜、GF114做樣件，打印字符后，與產(chǎn)品采用同樣壓合程序進行壓合。

試驗設備：UV平板打印機。

試驗結(jié)果：選用硬性UV光固油墨的樣件，字符附著力好［1］、耐酒精［2］且壓合前后無變化。試驗后，PET膠膜材料，表面無顏色變化，且經(jīng)拉力測試，對膠膜帶膠面無影響；GF114材料，采用汞燈固化樣件，壓合后材料表面輕微發(fā)黃，而LED燈固化，樣件表面無變化。

試驗結(jié)果分析：

GF114材料，其主要成分環(huán)氧樹脂與玻纖布，其本色是黃色，添加鈦白粉變白。環(huán)氧樹脂固化后是性能非常穩(wěn)定的高分子材料，耐溫200℃以上。而鈦白粉經(jīng)氧化或老化后，易變黃。經(jīng)觀察，樣件中僅被汞燈照射的地方變黃，而未被照射的地方，不變黃；汞燈中除380～400nm波段紫外光，還含有大量其他波段雜光，輻射強度＞70w/cm2；LED固化燈則波段較為單一，輻射強度≤6w/cm2，通過以上分析可知，汞燈照射是導致GF114表面層變黃的主要原因，且壓合過程的加熱加壓加速了表面層的老化。

4.2LED燈與汞燈光固對比試驗

試驗過程：將所有廠家樣件全部換為LED燈固化，壓合后再對比樣件。

試驗結(jié)果：LED燈固化所有樣件壓合前后基本無色差。說明采用LED燈固化對材料幾乎無影響。

圖3 產(chǎn)品局部圖

4.3油墨老化型式試驗

試驗目的：將試驗樣件與母排產(chǎn)品一起，開展溫變濕熱鹽霧型式試驗，測試耐老化性能。

試驗結(jié)果：試驗后與試驗前樣件完全無變化，字符不變色無脫落，附著力好，耐酒精。

4.4產(chǎn)品字符試驗

將該技術應用于產(chǎn)品，按2.4方案一進行加工。產(chǎn)品局部效果如圖3所示。復合母排產(chǎn)品字符要求。

5. UV平板打印技術投資分析

5.1成本核算

經(jīng)核算，采用UV平板打印技術每年成本為10萬余元（包括折舊、油墨、人工等）。采用目前加工方式絲印+印章，每年成本20萬余元。采用新技術每年可節(jié)約成本50%以上。

5.2效率核算

UV平板打印設備打印速率最小為10m2/h。目前打印速度≥4 m2/ h即可滿足要求。因此該設備加工能力超過母排目前字符需求，也滿足后續(xù)產(chǎn)能擴充的趨勢。

6. 結(jié)束語

通過以上調(diào)研、試驗及綜合對比分析，可知UV平板打印機技術加工字符具有效率高、成本低、效果好、加工簡便、安全環(huán)保等優(yōu)勢，建議復合母排字符加工應用該工藝技術。該論文解決了生產(chǎn)中的實際問題，對新工藝開發(fā)具有一定的借鑒意義。

肖慧（1988—），女，湖南衡陽人，大學本科，畢業(yè)于哈爾濱工程大學，現(xiàn)供職于株洲中車時代電氣股份有限公司，助理工程師，研究方向：電子產(chǎn)品工藝。

［1］判斷標準：硬物薄片（如指甲、環(huán)氧片）刮字符5次不掉.

［2］判斷標準：無塵紙蘸酒精擦拭字符20次，字符無明顯的顏色變淺.