第四章凹版制版原理及工艺

第四章凹版制版原理及工艺第一节概述凹版印刷起源于中世纪的雕刻凹版画，它与平版印刷、凸版印刷、孔版印刷一样，是印刷工艺的重要组成部分，也是现代印刷中的一种主要印刷方法。一、凹版印刷及其特点凹版印刷因其版面特征而得名。凹印版的图文部分低于版面，它以不同的深度凹入印版来表现原稿图像的不同层次，空白部分处于同一版面上。印刷时，先将油墨填涂于印版上，然后用刮墨刀把印版表面的油墨刮掉，再通过压力的作用，使存留在印版凹陷部分(即图文部分)的油墨与纸(或其它承印物)接触，将该部分油墨转印到纸张(或其它承印物)上，则得到所需的印刷品。凹版印刷与复印的区别是，它通常以高速度进行批量生产，而复印只从原稿直接制作少数复印件。印刷产品有书籍、报纸、杂志、课本、图片、画册、地图、招贴、商品目录、表格票据、有价证券、包装材料和各种日用印刷品等。凹版印刷与平、凸版印刷相比较，其突出的优点是印刷质量好，通过不同深浅程度的油墨层，能将连续性色调原稿丰富的层次较完整地表现出来，墨色厚实，色彩鲜艳，富于立体感，它的墨层比平印产品厚5倍之多，比凸印产品厚2倍以上。由于凹印具有能在各种大幅面的高级纸张、粗糙纸张、塑料薄膜和金属箔纸等承印物上印刷并能达到很高质量的优点，在现代印刷中常用来印刷各种精美的画册、画报，尤其在包装装潢工业中得到广泛应用，如各种造型的商标、折叠纸盒、软包装材料(玻璃纸和各种薄膜材料)、礼品装材料、各种类型的包装纸和其他商品的包装、装潢材料的印刷等均可采用凹版印刷。又由于凹版印刷的印版耐印力高，在大批量印刷中优势最为明显，经济效益很好。总之，凹版印刷具有墨层厚、色彩鲜艳、耐印力高、适用范围广、适合连续绵延的图案的印刷。现已广泛应用于塑料包装印刷、纸制包装印刷、装饰印刷、转移印花、出版印刷等领域。二、凹版制版工艺的发展凹版制版是凹版印刷必不可少的一个重要环节。随着技术的发展，凹版制版工艺也发生了变化。从凹印工艺本身来讲，随着工艺技术的变化，凹印工艺也经历了其兴衰变化的历史。在15世纪中叶，凹印版的制作首先是用手工的方式完成的。手工用刻刀在铜版或钢板上挖割。17世纪初，化学腐蚀法被用于凹印版的制作。具体做法是：先在铜层表面涂一层耐酸性的防腐蚀蜡层，然后用锐利的钢针在蜡层面上描绘，经描绘的线条的蜡层被破坏，使得下面的铜面外露，并在下一步的腐蚀过程中与酸性溶液接触，从而形成下凹的痕迹。18~19世纪期间多项技术的发明和应用，给凹版制版工艺的巨大变革奠定了坚实的基础。其中包括：1782年发现重铬酸钾具有感光性；1839年照相技术的发明；1839年发现重铬酸钾曝光前后物理性能的不同；1864年碳素纸转移法等；1878年照相凹版技术诞生，并于1890年在维也纳正式投入生产。照相凹版法采用照相技术制作胶片，利用碳素纸作为中间体，从而彻底代替了手工雕刻，极大地提高了制版的质量和速度，但由于工艺特点的限制，使得当时的凹版印刷仍然只能印刷较低档次的印件，而随后出现的布美兰制版法也未能从根本上提高凹印的质量。直到出现了电子雕刻凹版工艺，从而使凹印版上不再单纯依靠一维变化来反应浓淡深浅的层次（照相凹版法是依靠网穴的深度的变化，布美兰制版法是依靠网穴表面积的变化），电子雕刻凹版依靠网穴的表面积和深度同时变化来反应浓淡深浅的层次，这就使得用凹印工艺复制以层次为主的高档活件变为了可能。特别是计算机技术在凹印领域被广泛采用以后，凹印制版及印刷技术更是如虎添翼。从凹印制版来讲，先是率先实现了无软件技术，在胶印工艺仍在大力宣传推广CTP技术的今天，凹印领域的CTP已经成功运转了近10年；其次是成功运用了数码打样技术，如今数码打样技术已经被凹印领域所广泛接受，并在生产中发挥着不可或缺的作用。图4-1为凹版印刷工艺框图。三、凹版的分类凹印刷版按图文形成的方式不同，可分为雕刻凹版和腐蚀凹版两大类。（一）雕刻凹版：是利用手工，机械或电子控制雕刻刀在铜版或钢版上把图文部分挖掉，为了表现图像的层次，挖去的深度和宽度各不同。深处附着的油墨多，印出的色调浓厚；浅处油墨少印出的色调淡薄。雕刻凹版有：手工雕刻、机械雕刻、电子雕刻凹版。1．手工雕刻凹版：手工雕刻凹版是采用手工刻制和半机械加工相结合的方法，按照尺寸要求，把原稿刻制在印版上。2．机械雕刻凹版：机械雕刻凹版是采用雕刻机直接雕刻或蚀刻的方法制成的雕刻凹版。3．电子雕刻凹版：应用电子雕刻机来代替手工和机械雕刻所制成的凹版。它是在电子雕刻机上利用光电原理，根据原稿中不同层次的图文对光源反射不同的光量（若用透射原稿则透过不同光量），通过光电转换产生相对应的电量，控制进行雕刻刀具升降距离，对预先处理好当然金属版面进行雕刻，获得需要的图文。印版版面日深度程度根据原稿层次日浓淡变化。电子雕刻凹版是目前应用最多的印版。（二）腐蚀凹版腐蚀凹版就应用照相和化学腐蚀方法，在所需复制的图文制作的凹版。腐蚀凹版有：照相凹版、照相网点凹版1．照相凹版：又称影写版，这是目前常用的一种凹印版。它的制作方法是把原稿制成阳图片，然后覆盖在碳素纸上进行曝光，使碳素纸上的明胶感光。受光充足部分明胶感光充分，硬化透澈。反之，未受光部分的明胶则不发生硬化。而硬化部分相当于阳图片上的明亮部分，图像部分的明胶则感光不充分或未感光，将经过曝光的碳素纸仔细地包贴在镀铜后经过研磨的滚筒表面上，使硬化的感光胶膜转移么滚筒表面形成防蚀层，经显影，腐蚀而得到凹印版。由于粘贴在滚筒表面上的感光胶膜厚薄不同，腐蚀后凹下支的深度也不同，这些不同的深度就相对应地表现图像的层次。图像最暗部分，印版凹陷深度最大，印刷品的油墨层最厚；图像最明亮部分的油墨层最薄或无墨层，介于二者这间部分的油墨的厚度依次也相应变化。这样就较完整地再现图像的细微层次，增强复制品的真实感。这种印版用来印刷照片之类的原稿最为适宜。2．照像网点凹版：这种凹版是直接在印版滚筒表面涂布感光液，然后附网点阳图片晒版，在光的作用下，空白部分的胶膜感光硬化，在腐蚀过程中，这些硬化了的胶膜保护滚筒表面不被腐蚀，形成非图文部分，而图文部分则被腐蚀形成深度相同而面积大小不同的网点，构成了所需要的凹印印版。它的特点是不用碳素纸转移图像，采用网点的阳图片进行晒版。第二节凹版滚筒结构和加工过程一、凹版滚筒结构由于凹版印刷机均为圆压圆式的轮转印刷机，因此凹版印版必须呈圆筒形，才能上机印刷，这种圆筒形的印版称为凹版滚筒。凹版印版是以空心的铸铁或刚质的圆柱体的表面为基础，经镀铜最为版基，经过晒版、腐蚀等一系列的制版过程而制成的。印版滚筒分为整体结构和组合结构两种形式。图4-2为整体式凹版滚筒结构示意图，它的特点是版体和旋转轴颈连成一体，一次铸造成型。这种结构机械加工较简单，加工精度易于保证，但铸造工艺较复杂。图4—3为组合结构凹版滚筒结构示意图。版体4一般为相应尺寸的无缝钢管，两端紧密地装上端盖5，端盖5中间加工有与版体外圆同心的锥孔。锥套6与锥孔紧密配合，旋转轴8与锥套内孔无间隙配合并由锁紧螺母与其紧固在一起，保证旋转轴8；与版体外圆同心。这种结构的凹版滚筒重量轻，易于更换，加工性能好，但是加工件多，精度要求高。目前在包装行业中应用得很广泛。上述两种滚筒虽然在结构上有所差异，但是它们版体组成却是一样的。现分述如下。(1)版体：版体为圆筒形，由铸铁或钢管做成，是滚筒的基体。其表面经过精细机械加工，要求平直无缺陷（如砂眼，凹坑等)。(2)镀镍层：由于在钢或铁上直接镀铜结合力差，不牢固，一般在镀铜前应先进行镀镍处理，在凹版滚筒表面上先镀上一层薄薄的金属镍，以便在镍上镀铜，保证镀铜质量。(3)底铜层：其厚度约为2～3mm，可供多次使用。底层电镀好后，要在专门的机床、磨床上进行车削或磨削加工，使其外圆尺寸和几何精度都达到规定要求，并且使铜层表面结构更细密，保证镀面层的质量。(4)银处理层：为了使面铜层便于与底铜层分离，在电镀面铜前对底铜表面进行银化处理，即用浸过银化溶液或硫化铵溶液的刷子将底铜表面均匀地刷上一层银化液或硫化铵液，然后电镀面铜。(5)面铜层：面铜层的厚度约为0．13～0．15mm，只供一次使用．在每次制作新的印版时，均需将旧的面铜去掉，重新镀上新的一层面铜。面铜电镀完后也要进行磨削、研磨和抛光等精细和超精细加工，保证面铜的表面质量(几何精度和光洁度)。(6)镀铬层：为了提高印版表面的硬度和耐磨性，在印版制完后，在其表面镀—层铬。为了保证印品的质量，对凹印印版滚筒的表面质量要求非常高。加工后的印版表面应呈镜面，不能有凹坑、加工痕迹，几何精度和光洁度均有非常严格的要求：①旋转轴外圆面与版滚筒外圆表面应严格同心，允差≤0.03mm。②版滚筒外圆表面的不圆度允差0．01mm。③版滚筒外圆面的圆柱允差0．02mm。④版滚筒外圆面的精糙度0.02▽(光洁度为▽ll)以上。二、凹版滚筒的加工过程由于凹版工艺的需要，对凹版滚筒的制作提出严格的精度要求，加工过程较复杂，难度较大，许多工序还采用特殊的方法在专门的加工设备上进行加工，现介绍如下。(一)新凹版滚筒的加工过程图4—4为新凹版滚筒加工过程示意图。1．滚筒材料。现在一般凹版的版体材料为无缝钢管，因这种材料在市场上均有出售，不需要专门制作，一般价格便宜，货源较充足，并且钢的加工性能也比较好。2．金工加工。滚筒的加工一般在普通车床和磨床上进行。均要进行粗、半精和精加工，保证尺寸精度达到要求，表面精糙度为0．8左右。3．脱脂。用弱碱或有机溶剂将加工过的滚筒表面的油脂污物去掉，使滚筒表面洁净，便于镀镍。4．镀镍。镀镍是在凹版滚筒镀铜前必须进行的一项重要的工作。由于在钢管上直接镀铜结合力差，一般先进行镀镍处理，在凹版滚筒上镀上薄薄一层金属镍，以便在镍层上镀铜。凹版镀镍是以硫酸镍为主的溶液中进行，在脉动直流电的作用下，阳极镍板放出电子，Ni-2e→Ni++阴极凹版滚筒获得电版滚筒表面沉积，即Ni+++2e→Ni，这样凹版钢滚上金属镍。配方：硫酸镍250g／1硼酸40g/1氯化钠25g／1电流2A／dm2温度50℃5.镀底铜。镀铜是凹版加工的一道关键工艺，其质量的好坏，直接影响印版的加工质量。凹版滚筒镀铜采用硫酸铜电镀液的镀铜工艺，在直流电的作用下，阴阳极都发生电极反应，阳极的纯铜块放出电子，产生二价铜离子，Cu-2e→Cu2+，阴极凹版滚筒获得电子发生沉积反应，使铜离子在滚筒表面还原为铜原子，Cu2++2e→Cu，经过无数次的电极反应，在凹版滚筒表面镀上一层铜。配方：硫酸铜220g／1硫酸50g／1硬度添加剂适量电流密度15～20A/dm2温度25℃6.车磨加工。底铜镀成后，表面精度和尺寸精度均达不到规定要求，必须进行车磨加工。车削和磨削可在通用车床和磨床上进行，也可在专用的车磨联合机床上进行。应特别注意：在车、磨时，必须采用同一加工定位基准，才能保证各加工面的相互位置精度。加工后的底铜层的厚度约为2～3mm。7.脱脂。原理同3。8.银处理。又称“银化”处理，或称浇注隔离溶液。一般常用的处理液的主要成份有：硫化铵[(NH4)2S]、氢氧化钠。也有硝酸银和氰化钾配制的“银化液”，但因氰化钾有毒，故很少使用。处理时将滚筒慢慢转动，把处理液均匀地浇注在滚筒表面，形成薄薄的一层隔离层。要求能牢固地沾住铜皮，在印刷过程中不能脱开，而在印刷结束后能较顺利地将铜皮(面铜)从滚筒上剥离下来。9．镀面铜。镀面铜是一道十分重要的工序。要求面铜层结晶细密，表面光亮平整，厚度均匀，因此在镀面铜时，对电镀液中硫酸铜的含量、硫酸的浓度、电镀液的温度、电流密度和电解液的PH值等应严格控制在允许值内。精心操作，保证面铅的质量。面铜厚度约为0．13～0．15mm。10．车磨。镀面铜后，滚筒表面还要进行精细加工。一般在车磨联合机床上进行，采用金刚石刀头和金刚石砂轮进行车削和磨削，将滚筒表面铜层切削至所需直径尺寸和表面精度要求。车削和磨削必须在一次安装中完成。11．抛光。滚筒磨好后，再用羽布抛光轮，也可用特殊的软木炭对滚筒表面进行超精加工，使滚筒表面光洁度达到镜面状，表面粗糙度在0.05▽以上。(二)旧凹版滚筒的加工过程旧凹版滚筒的加工过程如图4—5所示。各工序要