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2018年中国胶印设备行业数字化进程分析(图)

       美国人鲁贝尔在一次印刷中,无意将印版上的图形,先印刷到了一块橡皮布上,再将橡皮布上的图案转移到纸上的时候,他惊讶地发现,印出的图形,远比正常印刷出的印刷品品质高得多。这一偶然的发现,促使他经过努力,在1904年发明了间接印刷的平版橡皮印刷机。当时,我国正处在清朝光绪三十四年,1908年我国引进了第一台平版轮转胶印机,至今胶版印刷已经在中国使用了109年,并得到了相当广泛的应用,成为当代市场占有率最大的印刷方式。

图表:胶印设备
 

图表来源:公开资料整理

       胶印设备经过一个多世纪的发展,经历了机械化、自动化、智能化、联线化和数字化的发展过程。在自动化方面,已经实现包括自动换版、自动清洗、自动调版、自动供墨、润滑油自动降温、自动定点润滑系统、出墨辊自动降温等创新。在智能化创新方面,出现印刷质量智能剔除、故障智能识别、纸张智能定位、自动套印等技术。在联线化方面,已经实现联线专色印刷、翻转印刷、UV上光、烘干、冷烫印、打码、镭射等技术。在数字化方面,印前制版已经从模拟照相、激光照排,发展到数字直接制版,印刷设备也出现在机直接制版的数字印刷机。

       随着数字印刷设备的兴起和环保要求不断提高的影响,胶印设备市场受到强烈的冲击,胶印制造企业受到强烈的挑战,造成一些企业倒闭、转行和萎缩。但是,大批量的新闻出版印刷、教科书印刷、包装印刷胶版印刷仍有不可比拟的印刷优势,这种印刷方式的数字化创新仍在路上,并且实现数字技术的华丽转身,其印刷效率、印刷质量、印刷成本和产业化程度仍处于领先地位,市场的影响力仍处于较高水平。

       在数字化方面,胶印设备普遍设置了显示屏(触摸屏),大部分印刷过程的操作实现中央计算机管理,印前、印刷和印后的纸张规格设置实现共享,水墨参数具备记忆功能,随着计算机技术、光纤传导技术以及数字与网络技术的不断发展,数字技术在胶印机上的运用越来越广泛。

       一、驱动系统数字化

       20世纪80年代末,单张纸胶印机主运动系统的速度调节仍然采用电磁调速电机(滑差电机)的调速系统,这种调速方式不但速度低,而且在滑差变速的过程中,有大量电量转化为热量消耗,因此电机的功率体积庞大。为了保证从输纸到印刷及收纸的同步性,大多数设备一条传动链带动所有运动和功能部件,给制造过程和使用调整带来很大的困难。传统卷筒纸胶印机采用直流电机主驱动,以实现无级调速的要求,为了手动或自动穿纸作业及设备低速调整,设备还配置交流电机和减速器,以克服直流电机低速性能不足的缺陷,实现印刷机的低速运转。为实现立式传动结构, 采用变向齿轮箱;为实现印刷过程纸张的恒张力,传动链中设置磁粉制动器、磁粉离合器、摩擦无级减速器;为实现给纸、印刷、折页、收纸等机组间的长距离传动精度,机组间用大型底盘、长轴、联轴节、万向联轴节连接,从而造成机器结构相当复杂。

       现在单张纸胶印机采用3种新技术实现驱动系统数字化:一是采用变频调速,不但可以完成机器的低速调整和工作运行,还实现无级调速和数字化控制(数控技术),而且单张纸输纸机脱离主机传动链,用单独的伺服电机传动跟踪主机,数字控制技术完全可以做到与主机同步,实现到用户进行机械联机的调试。目前,单张纸胶印机的印刷和传纸还没有实现如卷筒纸胶印机那样的独立驱动,这种先进的驱动方式国际上已推出了试验机型,即滚筒独立驱动,传纸保持传统驱动方式。二是水墨平衡已经脱离了主运动,用伺服电机跟踪主运动达到完美的水墨平衡效果。三是采用 PLC,即可编程逻辑控制器,它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入、输出控制各种类型的机械或生产过程。

       近代卷筒纸胶印机广泛应用独立驱动技术,应用变频器、伺服电机、PLC、总线技术等数控配件,实现电子轴、电子凸轮、电子张力控制和电子套准等新技术,从而实现各功能机组独立驱动。伺服电机直接驱动印刷滚筒,节约了大量的齿轮、变速器和传动轴,实现单机组装配,单机组现场联机的模块化生产方式,并实现多色机同时装版,减少了辅助操作时间和制造成本,实现了数字化的驱动方式。

       目前,独立驱动技术还广泛用于PS版间歇式标签印刷机、柔性版印刷机、凸版轮转印刷机等设备,并实现多种印刷方式和多种功能联线的组合传动。

       二、功能系统数字化

       过去胶印设备用一条传动链连接机器的全套功能,包括水墨控制、前挡规、侧拉规、张力控制、输纸机与主机的连接等。近年来,胶印机功能系统应用以下数字技术:如单张纸胶印机输纸台取消左右两个侧规矩纸张定位部件,通过安装在输纸台两侧的光电感应装置对纸张位置进行监测,并将信息反馈到中央控制器,再传送给控制递纸滚筒牙排的伺服电机,完成牙排位置的侧向定位。操作人员不需要做任何侧规矩调节,即可有效减少 25%的调机准备时间。由于实现水墨控制与主机运动分开,因此水墨平衡和水墨量可以单独调整,克服传统水墨平衡调整的困难。

       自动纸张预置的数字化,实现纸张厚度和纸张幅面的数字化预调整,使印刷机的调整信息与制版信息共享。墨色遥控系统克服了传统墨量的手工调整作业,根据印品的墨色特征,用微型伺服电机分区控制墨量,提高了输墨精度和效率,尤其数控系统的记忆功能,对重复印刷可以减少墨量的调整时间。最近,又实现输墨和输水机构的数字化,将传统的墨斗、出墨辊、水斗、出水辊的输墨输水方式提升为喷墨喷水方式,实现输墨输水的数字化,这项技术既简化了操作,又节约了油墨使用量,设备的制造过程也得到简化。

       2017年北京国际印刷技术展览会上,杭州科雷曾发布EZ COLOR一键印刷、无须调整、品质达到国际标准的新技术,该技术可以无须数码打样、CTP精确制版、打孔和墨泵直接供墨、无须清洗就可以完成印刷。印刷品需要墨量可直接由印刷专家提供的专家库提取,从而使过版纸下降到5~10张,节约油墨量 10%,按印刷成本计算出的最小起印数量,可以降低到200张以内,从而使胶印设备能够适应快速印刷的需求。这次展会实现了这项创新的设想,杭州科雷为用户在一台筱原四开四色胶印机上实现这种创新,并在展会现场实现现场印刷。之前,上海高斯图文曾推出数字喷墨、喷水的卷筒纸印刷机,实现对传统输墨、输水结构的重大变革,取得重大成果。

       三、控制系统数字化

       20世纪末,卷筒纸胶印机纸张张力控制系统取得重大变革。传统卷筒纸胶印机给纸机纸卷放卷到送纸机构用磁粉制动器控制张力,送纸机构到印刷机组之间的纸带张力用无级减速器控制纸带张力;最后一个印刷机组到折页还需要进行张力控制。如果不需要折页,直接进行复卷,还需要磁粉离合器进行纸带的张力控制,这种人为的手动控制调整既浪费纸张和时间,还需要较高技术水平操作人员,造成生产效率低下。为保证纸张的张力稳定,在纸张运行过程中,还设置稳压器、电位器等一系列稳定张力的监测和执行机构,设备结构相当复杂。近代卷筒纸胶印机张力控制系统完全采用伺服电机独立驱动,只要设置好包括给纸、印刷机组、收纸的转速差,就完全将张力置于数字化控制之中。

       单张纸胶印机设置光电控制系统,可以控制印刷过程纸张准确到位,防止双张、歪张、空张和安全故障问题发生,进一步提高了印刷质量和效率及安全事故的发生。

       采用触摸屏技术,设置人机对话界面,印版采用了定位安装方式,设置快速装版机构、自动调版和校版机构,改变量以数字直接显示的方式,缩短了印版安装调整和故障诊断的辅助作业时间。
       
       采用川流式输纸机和真空输纸台,位于前挡规处的光电检测装置使纸张早到、晚到及歪斜均被识别出来,并执行错误纸张的锁定功能,不但提高了印刷速度,而且减少了故障发生的几率。

       四、操作系统数字化

       为减少印刷过程的辅助操作时间,提高胶印机数字化水平是用户的普遍要求。当前,单张纸多色胶印机的辅助操作表现在:手工上版或自动上版;单机组上版或多机组同时上版;手工洗橡皮布或自动洗橡皮布;纸张厚度和幅面变化手工调整或自动预置;手动水墨平衡调整或自动平衡调整;手动墨色调整或墨色遥控调整等。辅助操作还表现在输纸试印调整时间差异;过版纸数量差异;套印检测差异等环节。当代单张纸多色胶印机的记忆功能、制版信息传递功能、印刷后的专色、上光、烘干、冷烫印等联机功能都在影响着印刷机的生产效率。设置数字化接口可以实现制版信息数字化传递,我国有的企业设置了数字化接口。总之,一台高档的单张纸多色胶印机,用工少、出活快、浪费少、印品质量高等条件都在影响着生产效率的提高。

       胶印设备交到用户之前,已经对操作系统进行了试验验收,对单张纸胶印机来说,已经进行了空运转、高速运转、输纸顺畅性、印刷墨色的稳定性和均匀性、套印的准确性等试验验收,机器的调整环节基本达到用户的使用要求。但设备到达用户之后,根据企业的印刷环境、印品的幅面尺寸、图样的色彩条件等因素,机器还应该进行环境适应性的调整,尤其不同印品的变换,机器还需进行不同的调整。传统的单张纸胶印机,调整中会产生大量的过版纸,造成时间和资源的浪费,数字化使操作系统有很大的改进。

       国外单张纸胶印机可以预设飞达,操作者可一次同时对印刷机的输纸、印刷、收纸装置及辅助装置进行设定。在飞达前端,操作者只需将纸张装入飞达垛板,其余的工作就由机器接管了,包括飞达头定位、吸嘴定位、吸气调整、挡纸定位、双张检测器调整、前规与拉规的定位和调整、压纸轮的定位,所有这些传统的手工作业,现在有预设飞达的海德堡印刷机上,只需一按键便可完成。在印刷单元,印刷压力也根据操作者在控制台所输入的纸张尺寸厚度而一次调定。叼纸牙盖片已自动根据输入的纸张厚度,而设定为两倍于纸张厚度的位置。印刷压力可以得到自动调整和补偿。在收纸端,包括喷粉器在内的所有装置,都根据新的纸张尺寸和厚度一次同时设定。收纸装置的纸挡板、闯纸器、吸气制动轮也自动定位。从输纸到印刷单元再到收纸的一系列调整作业,均由机器同时完成,时间不超过1分钟。

       国外企业创新了输墨自动预置,在印版上对各墨区的印刷面积进行测定,并将测出的数据存储在存储板上。各墨区的油墨遮盖率是区域油墨需要量的一种度量。传感器测量杆只需一次掠过印版,即可测量出各区域的油墨遮盖率。可以把所测定的全部区域油墨遮盖率的数据存储于一个作业存储板。通过这个作业存储板,将油墨的预调数据从印版图像阅读装置传送给控制台。这些数据读入,并转换成用于墨斗的调节数据,即墨斗辊速度和需要打开的墨区,或将测量结果存储于作业存储板,并随同印版交给印刷工人。这样印刷工人就可以在印刷机仍在进行某一项作过程中,提前把下一项作业的这个预调数据输入到存储器中,可以把这些数据转换成墨斗辊的调定值。

       参考观研天下发布《2018年中国胶印直接制版机市场分析报告-行业深度调研与发展前景预测

       五、信息系统数字化

       CIP3、CIP4、JDF是印刷过程文件格式标准,已经成为国外印刷设备制造商共同遵守的准则,这些标准造就从印前、印刷和印后加工的数字化传递,防止了设备制造的边缘化或孤岛效应的发生。在这方面国外制造企业已经成立联盟,而国内制造企业刚刚意识到这个问题的严重性,有的企业已经开始应用这些数字化标准。

       胶印机已经设置数字化接口,做到印前的制版信息能快速输入印刷机,省掉重复的调整时间和调整误差。当前,机器最紧迫需要解决的功能有具备自动纸张调节功能(包括输纸机、收纸机、叼纸牙排、前侧挡规等的纸张预制)、墨色还原自动调节功能等。

       六、在机制版印刷机数字化

       自海德堡公司1995年推出 D146-4和Speedmaster74DI在机制版数字印刷机以后,已有多家公司相继推出该种设备,并主要应用于快速印刷领域。

       D146-4型在机制版数字印刷机采用卫星式滚筒排列结构,用激光二极管在四色印版以准确的定位同时成像。印版成像后,自动清洗掉印版表面的硅屑。印刷时,利用无水胶印油墨即实现了亲墨和疏墨的分离。在机制版数字印刷机大大减少了由于更换印版所花费的辅助时间和由于更换印版所产生的套印误差,曾在快速印刷的数字快印店红火一时,但随着无版数字印刷设备的兴起和发展,这颗耀眼的新星逐渐开始坠落。

       七、检测系统数字化

       合格品的检测往往采用视觉和手工的方法,近代自动视觉系统得到快速发展,一批自动检品机进入印刷企业,检测开始实现数字化。单张纸胶印设备在最后一个印刷单元上安装的摄像机,可以对印刷品进行自动视觉检测,并按质量验收标准,对每个印张进行质量监控,将有缺陷的印张传送到收纸装置的另一个纸台上,从而消除成品中的废品。色彩测量和控制可以扫描和测量位于印张边缘或印张中部的印刷控制条。印刷控制条不仅非常小,而且有多个组合的灰平衡调整所需要的测量块,是目前单张纸多色胶印机中最佳的质量控制方法。

       联机印张检测系统能在印刷机高速运行时,对印张页面进行扫描并与参考样张对比,将不合格的印张进行标识,在模切、烫金或折页前自动剔除,这种结构还可以用于双面印刷条件。高宝带密度测量和控制的联机监测系统,只需约60张印张即可将密度标准化。曼罗兰曾在2011年东莞展览会上展示一台设置印刷质量检测系统的装置,在检测出印刷质量问题的印品可以进行分离。

       八、联线功能数字化

       联线技术指在输纸、印刷、收纸的基础上,增加功能完成联机的其他操作。国外胶印机已经可以实现联机专色印刷、UV上光、烘干、冷烫印、喷码和纸张自动翻转实现双面印刷。为了争夺高效和低成本的卷筒纸印刷市场,在单张纸多色胶印机前端增加裁单张机的配置,可以进行卷筒纸裁单张后联机印刷,从而降低了纸张成本。国内设备实现以上技术虽有所突破,但因价格等因素还没有推广开来。2012年江苏昌昇开发了带专色印刷和UV上光的单张纸六色胶印机,又一次开创了联线印刷上光的先河。北人集团公司也开发出具有联线UV上光和镭射功能的单张纸胶印机。

       九、作业管理数字化

       触摸屏是一种新型的人机界面,从一出现就倍受关注,它的简单易用、强大功能及优异稳定性使其非常适合用于工业环境。用户可以自由地组合文字、图形、按钮、数字等来处理或监控管理随时可能变化的信息。随着机械设备新技术的飞速发展,以往的操作界面需由熟练的操作员才能操作,无法提高效率,但使用人机界面,能明确指示并告知操作员机器设备目前的状况,使操作变得简单生动。使用触摸屏,还可以使机器配线标准化、简单化,同时也能减少PLC控制所需的点数,降低生产成本,也相对提高整套设备的附加值。

       胶印机设置中央控制台,也就是计算机操纵台,可以将多种手工操作在中央控制台进行。自动上版装置对快速印刷和多机组配置印刷特别重要。在中央控制台上可直接在装版过程中对印版进行横向、周向和对角位置调整。对角位置的调整,可通过倍径的无接触传纸器的对角线进行调整,而不影响印刷区域,省去了过去对印版反复校正的操作,使其可以重复使用。
全自动清洗系统只需要几分钟时间,就可将橡皮滚筒和压印滚筒清洗干净。操作人员可在中央控制台选择各个不同的清洗过程,并且将其同时启动完成清洗操作。根据滚筒上脏的程度,选用不同的清洗程序,具有极好的清洗效果。毛刷式清洗装置采用大型密封结构,只消耗很少的清洗液,可以达到有效的清洗效果,并节省开支。

       印刷机中央控制台具备的预选择功能,操作者可以输入所有与作业相关的印刷机设定信息,包括印刷机速度、预定印数、润版液量、橡皮布洗涤时间、辊子洗涤时间、纸张尺寸、印刷机的导纸装置设定、滚筒之间的压力、干燥装置、喷粉装置设定等。

       印刷机中央控制台上的电子计算机,与机上配备的电子监测控制点配合,把各种信息从印刷机反馈给操作者,可以持续不断地监控整个印刷机,为操作者提供连续的功能诊断,防止发生设定错误或意外故障,例如防护罩打开、纸张传送故障、纸张定位不准等,能立即向控制台发出信号,并在显示屏上准确指出故障原因。

       当前,胶印设备还遇到一项重大挑战,就是环境污染问题,虽然环保油墨不断推出,但根本克服污染问题还要继续采用创新技术予以解决。近年来,市场上已经出现无水胶印、LED烘干、无喷粉作业、油墨纸张减量行动和污染排放治理行动等新技术,这些环保措施将会推动胶印设备市场适应性不断提高。 

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