立體印刷的關鍵技術
2006-03-25 14:11 來源:中國包裝網 責編:中華印刷包裝網
在印刷領域,三維空間再現物體立體圖像的印刷--立體印刷,已成為特種印刷行業中一個重要的內容,下面就談談這方面的技術特點及發展前景。
一、立體印刷的原理和特性
立體印刷原理就是模擬人兩眼間距,從不同角度拍攝,將左、右像素記錄在感光材料上,觀看時,左眼看到左像素、右眼看到右像素,按照這一原理制作出的印刷品稱為立體印刷。
立體印刷具有如下特點:(1)能逼真地再現物體,具有很強的立體感。產品圖像清晰、層次豐富、形象逼真、意境深邃;(2)立體印刷的原稿往往是造型設計或景物拍攝而成,而印刷品一般選擇為優質的銅版紙和耐高溫油墨印刷,所以光澤度好,顏色鮮艷,不易褪色;(3)印刷產品表面覆蓋一層凹凸柱鏡狀光柵板,可以直接觀看全景畫面的立體效果。從人們對物體產生立體視覺上來說,對物體產生的立體視覺主要是從人的生理因素、經驗和心理因素等方面而來的。實際上,立體視覺是人在視覺過程中把上訴這些復雜因素綜合在一起而形成的立體信息。從生理因素上來說,有視差(兩眼視差和單眼運動視差)、輻輳、調節等。具體地說,兩眼視差是人們獲得立體視覺的根本因素,就是在日常生活中,人們觀察物體時由于兩眼間的視角等原因,左右兩眼所看到的物體圖像就會產生差異,即視差,它給予人們立體感。
立體圖像的效果必須由顯示技術來體現。這里所說的立體顯示是指對圖像三維空間的立體信息進行再現,這是獲得立體視覺的又一基本條件。實現立體顯示主要有兩種方法,即兩向顯示法和多向顯示法。
(1)兩向顯示法?煞譃榱Ⅲw鏡法、雙色濾色片法、偏光濾色鏡法及交替分割法。無論采取哪種方法,都是利用兩眼視差左右眼分別觀察圖像而獲得立體視覺的。立體鏡法:立體鏡法的基本原理是使用立體鏡來觀察左、右的圖形而形成的立體感。這種方法自19世紀出現以來一直被廣泛采用,但必須使用特殊的立體鏡,否則就沒有立體視覺。雙色濾色片法:將左、右圖像分別用紅、藍油墨印刷在同一平面內,通過紅、藍濾色片觀察印刷圖像的方法。由于濾色片與油墨互為補色關系,所以通過濾色片觀察的圖像不是紅色和藍色而是黑色。因此,這種方法僅限于黑白照片,不適于彩色印刷物。再加上不同波長的光分別進入兩眼,容易使眼疲勞。所以,這種方法除了制作航空地圖使用外,一般很少使用。偏光濾色鏡法:將左、右圖像分別通過相互直交的偏光濾色鏡投影在同一平面上,左、右眼也用同樣的偏光濾色鏡進行觀察。這種方法雖然需要專用眼鏡,但是在立體電影和立體電視中已得到廣泛應用。交替分割法:將左、右圖像交替呈現在同一平面上并將同期不必要的部分進行遮蔽,從而產生立體感。由于殘像效果會引起閃光,遮蔽用的眼鏡價格較高,所以,這種方法至今未能普及。
(2)多向顯示法。主要有視差屏蔽法和柱面透鏡法。視差屏蔽法:視差屏蔽法也稱視差狹縫法,是由F.E.Lves于1930年發明的,其工作原理是將左眼圖像和右眼圖像由狹縫進行分割并在軟片上曝光,然后進行顯影、曬版和印刷。若將其放置在攝影時相同的位置,兩眼也分別置于放置圖像的位置,就可看到立體圖像。應用視差狹縫法,若將兩個圖像進行合成,就能得到視差立體圖像。如果降低狹縫的開口比,可完成多個圖像的合成,就可獲得視差全景圖像。視差狹縫法從本質上講,光量的遞減是不可避免的。因此,現在除了在柱面透鏡法的攝影中使用外,一般很少使用。柱面透鏡法:柱面透鏡可以看成由許多凸透鏡片并排構成的透鏡板,它具有分像作用。此鏡片的背面與焦點平面相重合。由于鏡片的分像作用,可將各方向的圖像A、B、C、D分離成a、b、c、d并在焦點平面上記錄下來,只要將左、右兩眼置于B、C的位置,就可看到立體圖像。
二、立體印刷的工藝和要點
1、立體印刷的攝影方法
如前面所述,柱面透鏡法立體印刷,需要有從各個方向看到的被照物體的圖像。攝影方法有(1)圓弧移動法。這種方法以被攝景物上某一點為圓心,從此點到照相機的距離為半徑作圓弧,照相機沿此弧移動,連續或間斷地進行拍攝;(2)平行移動法。將鏡頭圍繞物體的中心線作平行移動。這種方法拍攝時,精度不易掌握;(3)直線搖動法。拍攝圖像會有些走樣。但如不要求較高精度時,這是一種簡便的方法。
此外,攝影時不使用柱面透鏡的方法,與普通相機一樣,邊移動邊攝影,然后把各方向圖像通過柱面透鏡合成。因而各個方向(6-9張)的像不能是連續的。它主要有瞬間攝影法。帶有多個(6-9個)透鏡的照相機,由于攜帶方便,最適于戶外攝影,特別是移動物體的攝影。只是若不經后期合成則不能形成立體照片,在圖像合成時,具有可放大尺寸的優點。普通相機移動法:將普通相機裝上電動滑槽,邊滑動邊攝影。這與上述瞬間攝影法相比,沒有什么突出的優點,只是無需特殊的相機。而攝影時使用柱面透鏡的方法可在有效角度內連續地攝影。一次可得立體圖像,只是攝影后想放大非常困難,而且曝光時間長,不能拍攝移動的物體,且照相機體積較大,不宜搬運。被攝體移動法與移動相機相反,是使被照物體旋轉并直線移動。大型轉盤中心與被攝物體中心相一致,轉盤移動的同時進行攝影。要使用室內專用照相機,不能拍攝行動的物體;照相機平行移動法:用平行移動式相機的方法對被攝物體進行等距攝影,隨著平行移動,相機總是對準被攝體的中心,可以獲得良好的圖像。但相機的制作非常困難,并由于構造上的限制,只為室內攝影所采用;照相機直線搖動法:這是比上述平行移動法稍簡化的方法。照相機作直線左右移動,鏡頭反復搖動對準被攝體的中心。此方法室內及戶外攝影均可;快門移動法:這種拍攝方法只限于室內近距離攝影的相機。快門移動法使用大口徑鏡頭,隨著鏡頭內快門的移動可攝制各方向的立體圖像。這種方法鏡頭移動距離少,可在短時間內曝光,同時近距離攝影不會損傷立體感,特別適于肖像攝影。
目前常用于拍攝立體印刷原稿的方法有兩種,即圓弧立體攝影法和快門移動法。圓弧移動拍攝:把柱面透鏡板直接加裝在感光片的前面,用一臺照相機進行拍攝,照相機的光軸始終對著被攝物的中心。照相機運動的總距離以滿足再現圖像的要求為準,一般控制在夾角3°-10°。照相機感光片前的光柵板與感光片隨機同步移動。每次曝光都會在光柵板的每個半圓柱下聚焦成一條像素。當相機完成預定距離拍攝,像素則布滿整個柵距。經沖洗可得立體照片?扉T移動拍攝:拍攝時,快門從鏡頭一頭移到另一頭的距離為
2、制版與印刷工藝
由于立體圖像像素細膩和柱鏡光柵的放大作用,制版網線數必須在120線/cm以上。立體印刷和普通彩色印刷加網角度不同,而且青、黑色版要采用相同的網目角度。另外,不同柵距的立體印刷要有不同的黃、品紅、青、黑四塊版的網線組合角度,以避免干涉條紋的產生。如今國內外一般廠家使用的加網角度為:0.6柵距/cm,100線/cm的分色,則加網角度的度數為Y81,M36,C66,K66;0.44柵距/cm,58線/cm的分色,則加網角度的度數為Y50,M20,C65,K65;0.31柵距/cm,81線/cm的分色,則加網角度的度數為Y66,M22,C51,K51。
由于立體原稿是由一條條緊密排列的像素組成的,經制版、印刷后還要復合柱鏡板,所以選擇網線角度時,除了要考慮網版之間形成的龜紋外,還要注意各網屏角度與像素線、柱鏡板線形成的龜紋。例如立體印刷就不宜選擇0度,因為橫向的網線最明顯,且0度與像素線、柱鏡線正交,干擾了圖像的清晰度和深度感。立體印刷中青、黑版加網角度一致,是由它本身的特點決定的。由于立體印刷品最終要與塑料板復合,而該柱鏡板大都帶有一定的灰度,又因立體印刷使用的是極精細的300線網屏,在曬版時只需曬到8.5成或9成點,否則印刷時易糊版,這樣就需加大暗調區域的色量,以達到9-9.5成點的效果。所以立體印刷比平面四色印刷的彩色印墨實地密度要高。一般為:平版膠。篩:1-1.1,M:1.4-1.5,C:1.5-1.6;立體印刷:Y:1.33-1.35,M:1.31-1.33,C:2。如果三色印墨疊印后接近中性灰,為減少第四次套印帶來的誤差,就不必再印黑版,可將黑版與青版取同樣的角度以便靈活掌握。在小幅面連曬時,由于曝光光源的溫度會引起底片收縮,造成前后幅的柵距變化,影響印刷方位精度,因此將分色片連制成整張底片進行曬版最為理想。在拷貝陽圖時,需在底片與感光片之間密合與柵距等寬的線片。曬制印版應使用層次表現力較好的PS版。立體印刷所選用的印刷方式要保證不因印刷而損失立體感、套印精度好、宜大量印刷。平版膠印:制版、印刷套印精度、耐印力都比較好,印品立體感較佳,制版穩定,并可大量生產;照相凹版:制版、印刷套印精度都不好,耐印力較好,印品立體效果良好,但多色印刷效果不好;珂羅版:制版調制不穩定,耐印力低,印品的印刷精度較好,立體感較佳,但不宜大量生產。立體印刷一般采用平版膠印工藝印刷。立體印刷的質量好壞,對立體圖片的直觀效果有著明顯的影響。由于光柵的聚焦和阻礙作用,要求網線清晰、套印準確,套色誤差不允許超過
3、立體印刷材料和技術
(1)紙張。印刷用紙張要求具有緊密、光潔、平整、伸縮性小的特點;通常使用銅版紙或卡紙。
(2)光柵片材料。主要有硬塑立體光柵片。采用聚苯乙烯原料經過注塑加工成為凹凸柱鏡狀光柵片。聚苯乙烯無色透明(透明度達88%-92%),折射率為1.59-1.6,無延展性、易燃。由于這樣高的折射率使它有良好的光澤。對透明的塑料加工就產生雙折射應力--光學效應。它的拉伸強度為3.52-6.33MPa,彎曲強度為6.12-9.84MPa,熱變形溫度為
(3)油墨。目前有一些油墨制造廠家可提供適用于立體(三維)印刷的油墨及添加劑,還有一些制造商已研制出新型油墨生產線。但要注意,立體印刷油墨不是發泡油墨,實際上任何可見程度的發泡都會影響清晰度及三維效果。三維印刷油墨,其固化溫度都在標準塑膠油墨的固化范圍內(
(4)膠粘劑。膠粘劑的作用是使印刷品與光柵片能夠牢固地粘貼在一起;其次還能夠保護油墨層在高溫下不變色。
立體印刷要注意的問題注意有:攝影采用單鏡頭機或多鏡頭機,要求攝影機具有較高的精度,避免振動造成誤差。并且準確地調節焦距、角度和光柵數據移動間距;提高制版的分色掛網、拷貝的精度,300線網點要求結實不虛,景物圖像保持豐富的層次;套色印刷必須抓緊按計劃進行生產,避免紙張伸縮,造成套印不準;光柵片間距和角度有較高的精度,復合成型要求定位準確。硬塑和軟塑的透明度性能較好。
三、立體印刷的發展和前景
立體印刷是一種新的特種印刷,有著廣闊的發展前景,如今它除了常規的紙張和塑膠材料外,在其他方面也初露鋒芒,例如:
1、立體動畫片印刷
立體印刷的產品,有一種叫做動畫片。立體照相印刷主要是把6種像拼組在光柵片的一個單元之中;而動畫的情形則主要是兩個像,極少是三個像。動畫片印刷上采用柱鏡光柵片后,不但可得到立體畫片而且可以通過變動畫面角度而得到有活動狀動畫片。我們知道,右眼和左眼觀察不同的像素線,在瓦楞狀透明片下的數百條不同的像素線通過組合,由于兩眼觀察角度不同,就能得到全部畫面的立體像。此外,被觀察的圖畫,在任一角度觀察時均能獲得立體感,在瓦楞透明片的每一瓦楞單元下可以積蓄1、2、3......像素線,當左右眼的位置移動時,像素線1與2、2與3、3與4......成對組合,這樣就可以通過透明片放大后連續看到。動畫的情形,是使瓦楞透明片的紋理構成橫向水平位置,兩眼一起觀察像素線1、2、3......,這些像素線在柵距
首先:要準備一張與眾不同的動畫照片,它是用18幅影片畫面依次重疊曬成一張照片。用這張照片作原稿,在照相機的感光片前加凹凸的薄透明塑料板,再在這塊塑料板前以適當距離安置
2、在織物上印刷三維圖案
在紡織品上印刷圖文,一直都是沿襲傳統的平面印刷工藝,印刷技術人員可以印刷所想像的任何東西,但設計師只能進行平面物體設計,而只有發泡油墨例外。盡管發泡油墨可以出三維效果,但發泡程度很難控制,即使是最好的印刷工人使用發泡油墨印刷時,也很難準確地復制出圖像的細微層次。
最近在美國,有一研究小組研制出一種新型T恤絲網印刷油墨,墨層厚度可達600?m以上,同時可以有效地控制墨層的凸起。與以前情況對照,普通印刷品的最厚墨層通常是印在轉印紙上的金屬裝飾油墨的墨層。據報道,當前在著墨性能良好的平面及無孔承印材料上的墨層厚度最多只可達250?m。然而,墨層厚度并不是織物三維印刷最顯著的特點,最引人注目的是它的高分辨率和清晰度。三維印刷可使墨層的邊緣十分清晰光滑,看上去好像經過模切或激光雕刻的一般。三維印刷的墨膜不像高遮蓋力油墨的轉印、運動衫印刷以及塑膠油墨印刷那樣,圖像邊緣往往很薄,不管模版清晰度多高,印出的圖像都很容易被蹭臟;也不像發泡油墨那樣,盡管能印出很厚的墨層,但固化后邊緣不清晰、規則。而三維印刷品則清晰、干凈。從20世紀80年代開始,隨著紡織品四色印刷工藝的逐漸系統化,一些人就已經致力于三維印刷,以改革T恤裝飾工藝。但由于翻譯等原因,常常將三維印刷叫做"高密度印刷"。其實三維印刷的墨膜只是比常規固化的發泡油墨的密度高一些,并沒有高遮蓋力白色塑膠油墨的密度高。
三維圖像印刷的特點絕不僅僅是使用一種不同的油墨或乳劑,成功的三維印刷需要掌握與普通印刷不同的操作規程和標準印刷程序相比盡管不是很難,但有很大區別,而且必須和許多綜合系統很好地結合起來,三維印刷才能產生新的巨大影響。
我們知道,紡織品的印刷都是以絲網印刷的,在此所敘述的都是以絲網印刷為例。在絲網上,三維印刷使用24線/cm的絲網,繃在可重復繃網的網框上,張力至少為30N/cm。這種絲網目前有5種線徑,其范圍為120-145?m,實踐證明,使用線徑最細的絲網比較好,因為細線徑的絲網可以使同版的開孔處填充盡可能多的油墨;此外,最好使用染色絲網,這是因為三維印刷工藝使用的乳劑需要較長的曝光時間,而染色絲網可降低光散射性能。在模版上,絲網印刷技術人員都知道模版厚度是影響墨膜厚度的主要因素,在三維印刷中也是如此,模版厚度直接關系到固化后的墨膜厚度。實踐證明,如果保證每一道操作工序都很正確,固化墨膜可達到模版厚度的90%。在三維印刷中,通常使用200?m的模版。目前的問題是不僅要了解三維印刷需要多厚的模版,而更重要的是了解制作厚模版的方法。下面將介紹3種厚模版的制作方法,并分別論述它們的優缺點。盡管下面介紹的每種涂布方法所選用的乳劑類稍有不同,但都必須采用快速曝光來補償超厚的乳劑層?焖倨毓庑蚐BQ感光乳劑或純感光樹脂乳劑(液體或膜片)最好選用重氮或雙固化類型。
(1)液體乳劑。最基本的方法是用液體乳劑在絲網上反復涂布,需要在絲網的印刷面涂布15-20遍,使模版達到所需要的厚度。首先將第一層乳劑涂布在絲網的印刷面,然后徹底干燥。為了縮短干燥時間,干燥室應備有減濕器,使濕度保持在40%-45%。涂完第一層乳劑并干燥后,在同版印刷面的圖像周圍貼上膠帶,以快速增加模版的厚度。涂布第二層乳劑,干燥后再貼一層膠帶。重復第2、3步驟,直到達到所需要的模版厚度。這種方法的優點是可以用熟悉的技術進行操作。缺點是花費的時間太長(至少幾天),同時乳劑層的厚度不好控制。最困難的是由于這種涂布方法不規則,很可能對涂好的涂層總數發生漏計的情況。
(2)毛細感光膜片。一種快速制作超厚模版的方法。是把毛細感光膜片粘貼到絲網上,最理想的材料是一種最厚的純感光樹脂毛細膜片。目前150?m的直接毛細片已在市場上出售,200-250?m的膜片不久也將面世。粘貼毛細感光膜片時,應先準備一塊平板,小于網框內尺寸,大于圖像外尺寸,厚
要增加模版厚度,可待毛細感光膜片/直接乳劑層干燥后,從膜片上撕掉聚酯底基,在上面繼續粘貼另一層毛細感光膜片。操作如下:先以1份液體乳劑與15份水的比例調配涂布溶液,并在網版印刷面的開孔部分貼上膠帶。然后將網版垂直靠在清洗池邊,用涂布溶液涂布已粘貼在絲網上的毛細感光膜片。在剛剛用液體乳劑浸濕的膜片上再粘貼另一層毛細感光膜片,乳劑層壓乳劑層。干燥這層膜片,然后撕掉聚酯底膜。若要不斷增加乳劑層,可反復將網版垂直靠在清洗池邊,用涂布溶液涂布已粘貼在絲網上的毛細感光膜片。重復操作,直到達到所需要的乳劑厚度。此種方法的優點是可按需增加模版的厚度,模版表面平滑,而且很好控制乳劑層。缺點是操作程序較慢,當然不像液體乳劑涂布那樣慢。
(3)厚膜片制作方法。制作厚乳劑層的最快的方法是使用盡可能厚的膜片。其厚度范圍為100-700?m。它們不是毛細感光膜片,需要一種特殊工藝。首先要選擇一張所需厚度的膜片,裁切尺寸比模版上的圖像尺寸大6-
將絲網的印刷面朝下放在平板上的膜片上邊。然后調稀液體乳劑,以2份乳劑、1份水的比例調配。將調稀的液體從膜片的一邊淋上。將膜片表面的乳劑刮平,并覆蓋均勻。刷去多余的乳劑,將同版干燥。待到網版徹底干燥后,再用裝滿未經稀釋的液體乳劑的斗式涂布器涂布網版的刮墨面。再次干燥絲網,從膜片上扔掉第二層塑料保護膜,并準備曝光。此種方法是制作三維印刷模版最快的方法,但目前這種模版材料的供應量有限。
至于網版的曝光,由于乳劑類型、厚度、涂布技術和曝光設備都會影響曝光時間,因此,一般來說,曝光可以這樣掌握:如曝光光源是50kw的金屬鹵素燈,距離模版
至于印刷機調試,三維印刷品很容易在全自動絲網印刷機上印刷,這是因為能很好的控制網距,網距是印刷中的關鍵因素。全自動絲網印刷機操作說明應注意如下幾點:將網版裝上印刷機,網距調制最小;覆墨速度比普通的稍慢,采用恒定覆墨板壓力。如果覆墨板的角度可調,可將覆墨板與網版之間的角度調至最小,再將油墨覆在絲網版上;使用75°-80°中等硬度的刮板,調節刮板壓力,使其能很好地將同版上的油墨轉移到織物上。刮板速度比普通的稍慢,印刷速度最好比平常慢些。為了更好的效果,印刷行程盡可能干凈、平滑,刮兩遍墨會使印刷品蹭臟。當然,也可使用手動印刷機,但很難印刷出均勻一致的產品,而且墨層厚度幾乎不可能達到500?m以上。
如果想增大墨膜厚度,最好的方法是增加網版上乳劑層的厚度,不能靠在一塊網版上刮兩遍墨的方法來增加墨層厚度。因為第一遍墨層干燥后,會發生堵網,不能再刮第二遍。還有一種增加墨層厚度的方法就是制作兩塊厚網版,連續印刷兩塊網版,第二塊模版印在用第一塊模版印刷的圖像上,兩塊模版印刷之間的墨層以瞬間便可干燥,第二層油墨就覆在了第一層墨膜上。這樣印刷的結果,墨層厚度基本上是用一塊模版印刷的兩倍。印刷時圖像中的三維立體部分應該最后印,印刷后立刻干燥。如果先印刷三維油墨,干燥后再印其他彩色油墨會出現靠近三維印刷油墨三維部分發生變形的情況。
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