网版激光制作技术及高清大理石瓷砖研制

网版激光制作技术及高清大理石瓷砖研制

杨君之1李炯志1黄海发2皮小萌2

(1 简一陶瓷有限公司广东 清远511500)(2 简一陶瓷有限公司广东 佛山528031)

摘要运用跨界思维设计，将辊筒激光雕刻技术与传统的制网技术相结合，使丝网印刷能够获得清晰的印刷效果。并用该技术，结合印刷布釉，设计和研发出具有自主知识产权的“立体高清图案大理石瓷砖”产品。

关键词网版印刷高清图案大理石瓷砖

作者简介：* 杨君之(1967-)，本科，高级工程师；主要从事陶瓷开发与管理工作。 李炯志(1974-)，大专，工程师；主要从事陶瓷研发工作。

中图分类号：TQ174文献标识码：A

在技术创新的驱动下，中国建筑卫生陶瓷近30年来有了巨大的飞跃，在许多领域实现了重大突破。其中产品的装饰一直是行业技术创新的热点，特别是施釉工艺、印刷工艺的发展，有力地推动了陶瓷砖美学性能和装饰效果的提升。

丝网平面印刷是最早应用于陶瓷砖生产的印花技术(简称丝网印刷)。其原理是利用预先晒网处理有图案效果的网版，控制颜料(釉浆)定向位置印刷在陶瓷砖表面(不同的颜色有不同的网版，通常需要2～3个网版组成，最多的可达5～6个网版)。丝网印刷投入费用低、适应范围广、生产成本低、色彩丰富、立体感与厚重感强，不但可以应用于普通釉浆，而且还可以应用于坯体渗花、干法印刷、印刷施釉等。但丝网印刷最突出的弱点是分辨率低、清晰度差，另外容易产生时间色差和位置色差，尤其是大规格砖最为明显。

胶辊雕刻印刷原理是利用预先经激光雕刻处理、有图案效果的橡胶辊筒，将颜料(釉浆)填充在辊筒的凹坑内，然后在定向位置印刷于陶瓷砖表面(不同的颜色有不同的胶辊，通常需要2～3个辊筒组成，最多的可达5～6个辊筒)。辊筒印刷分辨率有明显提高、清晰度好，生产效率高、颜色丰富，而且可以适应轻度凹凸不平的瓷砖面，能够获得连续而不重复的图案。但辊筒印刷产品层次感与立体感不强、厚重感较差、生产成本高、转产所需时间长，对釉浆性能要求高，不能适用于干粉印刷。因此，在行业的普及率不如丝网印刷。

喷墨印刷技术是近年陶瓷行业发展起来的新技术(简称喷墨打印)。其原理与普通办公喷墨打印机相同。由于陶瓷颜料是非水溶性的合成矿物，不同于一般墨水，其细度和悬浮性成为该技术的核心，目前该技术的核心材料(墨水和喷头)多来自国外进口。喷墨印刷技术最突出的优点是分辨率高，图案清晰度好，而且能够适应各种复杂的图案，可以通过电脑，随时更换花式，转产极为方便，由于喷头没有与砖面直接接触，色差极小，而且可以在凹凸不平的砖面上印刷。但喷墨印刷技术也有不足，色彩欠丰富、产品质感单薄、设备投入费用大、生产成本高、对墨水要求高、对生产环境要求高等。

综合考虑以上3种印刷技术的特征，我们将辊筒激光雕刻技术与传统的制网技术相结合，使丝网印刷在保持其自身优势的同时又能够获得高清的印刷效果。并且利用该技术，推广应用印刷布釉，创新设计和研发出具有自主知识产权的“立体高清图案简一大理石瓷砖”产品系列，实现了技术创新与自主设计同步推进的跨界技术思路。

1设计技术思路

传统的陶瓷砖丝网印刷技术是利用预先制作好图案的网版，然后通过刮刀将印釉透过网版，印在陶瓷砖表面，形成图案如图1所示。表2为陶瓷砖传统丝网目数。

(A)布料过程　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)刮印过程

网版制作是陶瓷砖丝网印刷的基础工作，每一种颜色均需要制作一个网版。其中重要的技术参数是网版目数(孔径)大小的选择(见表2)，目数越高(孔径越小)，图案的分辨率越高，但印釉通过网眼就越困难，越容易产生堵网，产生图案色差，影响印刷效率，反之亦然。图2为传统丝网制作流程图。

表2　各种陶瓷砖传统丝网目数

图2　传统丝网制作流程图

在保证网版通透度(保证印釉顺利通过)的前提下，提高丝网图案分辨率是该技术项目的核心内容。因此，首先要详细分析影响网版通透度和图案精度的因素。通过显微镜分析，我们发现，传统的感光制版，丝网图案的缺陷主要缘于两个重要原因。

图3　感光方法造成网线与胶膜粘连附着

第一是胶膜与网线有粘连附着，冲水时无法彻底清除网线周边的非图案胶膜，降低了丝网的通透度，在印刷使用时容易产生“缺花”、“蒙花”，并产生色差。而且随着丝网目数上升，粘连附着情况越加严重，如图3所示。

第二是只能以网格单元形成胶膜，无法以非整网格形成胶膜，是造成图案轮廓失真的重要原因，印刷后往往在砖面图案显示“格子印”，而且随着丝网目数的降低情况尤其明显，如图4所示。

(A)原图案真实形状　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)丝网上图案形状

(C)原图案真实轮廓　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(D)网格上图案轮廓

针对目前丝网制版存在的两大问题，我们提出了本项目的技术创新思路。

2网版激光制作技术创新点

图5　技术创新路线图

本项目在传统丝网印刷技术的基础上，运用激光雕刻技术，实现网版制作的技术创新，解决传统网版分辨率低、易堵网等问题。并运用该制版方式，制作出能够适合于印刷布釉的特殊网版，对“全抛釉”产品(瓷质釉面抛光砖)施釉方法进行技术创新，实现凹凸表面效果的施釉效果。图5为技术创新路线图。

2.1网版激光制作技术

本项目丝网制作流程图如图6所示。

图6　本项目丝网制作流程图

本项目与传统的感光冲洗制版方法相比较，同样需要进行分色，每一种颜色对应一个网版，不同之处主要体现两方面：

1)本项目先固化网屏(胶膜)，然后再刻出图案；传统冲晒方法则先晒出图案，再固化网屏；

2)本项目采用电脑直接控制雕刻，不需要先制作胶片(菲林)；而传统冲晒方法需先制作胶片，不能电脑直接输入。

本项目制作网版主要技术参数如表3所示。

表3　本项目制作网版主要技术参数

通过控制激光源强度，按电脑设定图案的轮廓进行对胶膜进行雕刻，确保对非图案胶膜清除时，不会损伤网线。运用“激光雕刻”制作的网版，分辨率明显高，图案清晰度高，网眼通透。制作过程中取消了制作菲林，可直接使用树脂固化，不需使用感光胶，减少了废水和有害物质的产生，降低了制作成本。网版经陶瓷生产实际应用，印釉渗透顺畅，不容易产生色差，而且缺花、蒙花缺陷明显下降。

本项目网版与传统冲晒网版使用效果比较如图7及表4所示。

(A)本项目网版效果　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)传统冲晒网版效果

工艺分辨率色差缺陷缺花、蒙花缺陷率擦网频率网版寿命传统冲晒120目,有格印每万m23～5个色号1%～2%每隔5～6min1次3000～6000次本项目技术相当360目以上每万m21个色号0.2%以下每隔12～15min1次12000次以上

2.2平板印刷施釉技术

根据不同产品的釉面要求，传统的施釉方法有甩釉、喷釉、淋釉等。总体上通过施釉器将釉浆覆盖于施釉线上，使行走的砖坯获得施釉，多余的釉浆回流入釉浆桶内，重新过筛循环使用。利用丝网印刷进行施釉的工艺目前很少见，而且只限于干法施釉(干粉印刷)，因为传统的丝网厚度、通透度都很难满足施釉量的要求。

本项目“网版激光制作技术”的研发成功，为“平板印刷施釉技术”创新提供了重要的基础。平板印刷施釉技术主要针对“全抛釉”(釉面抛光)砖的面釉施釉。

目前“全抛釉”产品施釉印刷工艺流程如图8所示。

图8“全抛釉”产品施釉印刷工艺流程

“全抛釉”产品的特点是采用“釉中彩”工艺，即图案是在底釉和面釉中间，不仅对面釉的透明度要求较高，而且要求面釉层厚度比较厚(一般在0.3～0.5mm)，目前行业中的工艺是采用“淋釉”的方法。

淋釉工艺原来主要应用于早年的内墙砖的生产，施釉量比较大，釉层较厚、釉面平整。但淋釉时釉浆的有效利用率较低，需要全面覆盖砖面，不仅造成有挂边现象，而且釉层只能呈现平面状态，不能获得凹凸的立体效果。

表5　平板丝网印刷施釉的主要工艺参数

注：施釉量以施釉线耗用统计为依据。

本项目通过激光制版技术，创新设计出具有高清立体图案纹理的加厚胶膜、专门应用于“全抛釉”施釉的网版，然后运用平面丝网印刷方法进行面釉的施釉，根据产品尺寸控制施釉的有效面积，避免了釉浆挂边浪费，有效地解决了原来淋釉无法解决的问题，并且获得具有凹凸立体效果的面釉层(见表5、表6、图9、图10)。

(A)淋釉效果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(B)印刷施釉效果

(A)传统冲晒制作的普通网版

(B)激光雕刻制作的印刷施釉网版

参数普通丝印瓷砖辊筒印刷瓷砖喷墨印刷瓷砖高清大理石瓷砖(本项目)分辨率(dpi)80～150300～400200～600360～420视觉效果可见格子印轮廓清晰轮廓清晰轮廓清晰

3高清大理石瓷砖产品特征

网版激光制作技术、平板印刷施釉技术的研发成功，为产品的自主设计提供了重要技术支持。运用该技术，我们研制出具有新颖装饰效果的“高清立体图案大理石瓷砖”产品。

3.1高清纹理

高清立体图案大理石瓷砖产品图案纹理清晰，分辨率比传统丝网印刷有显著的提高，甚至接近和达到喷墨印刷的效果，为图案的选择拓展了很大的空间，许多复杂的石材图纹得到了应用，极大地丰富了装饰图案的素材。

3.2平整度高

高清立体图案大理石瓷砖产品生产中应用了“平板印刷施釉技术”进行面釉的施釉，面釉的致密度和平整度有明显的改善，为瓷砖的煅烧过程提供了重要的技术支持。表7为本项目与普通“全抛釉”平整度比较。

表7　本项目与普通“全抛釉”平整度比较

注：以上参数以900mm×900mm规格产品为例，经弯曲值表示。

3.3固废减少

高清立体图案大理石瓷砖产品生产通过应用了“网版激光制作技术”、“平板印刷施釉技术”，有效地解决了施釉挂边问题，煅烧平整度得到了有效提高，降低了磨边、抛光切削量，不但有效地提高了冷加工(磨边、抛光)的生产效率，而且冷加工产生的固废物量减少了20%～25%，同时推进了清洁生产的进步(见表8)。

表8　本项目与普通“全抛釉”冷加工量比较

注：以上参数以900mm×900mm规格产品为例，经弯曲值表示。

4生产工艺

4.1坯料配方

坯料配方化学成分见表9。

表9　坯料配方化学成分(质量%)

4.2釉料配方

釉料配方原料组成见表10。

表10　釉料配方原料组成(质量%)

4.3浆料制备

浆料制备主要工艺参数见表11。

表11　浆料制备主要工艺参数

4.4粉料制备

粉料制备主要工艺参数见表12。

表12　粉料制备主要工艺参数

流动性(自然休止角)自然休止角≤23度

4.5成形

压制成形主要工艺参数见表13。

表13　 压制成形主要工艺参数

注：以上参数以900mm×900mm规格产品为依据

4.6坯体干燥

坯体干燥主要工艺参数见表14。

表14　坯体干燥主要工艺参数

4.7高温烧成

高温烧成主要工艺参数见表15。

表15　高温烧成主要工艺参数

注：以上参数以900mm×900mm规格产品为依据。4.8产品性能

经检测产品各项指标符合Q/JY2-2009标准(简一陶瓷企业标准)，放射性符合GB6566-2001标准中A类装饰材料要求。

图11　高清大理石瓷砖烧成曲线图

项目参数项目参数平均吸水率(%)≤0.05耐磨性(转)2100破坏强度(N)≥2500耐污染性(级)5断裂模数(MPa)≥35平整度(mm)≤0.5

5结语

“网版激光制作技术及高清大理石瓷砖研制”项目，主要对“网版激光制作技术”、“平板印刷施釉技术”两大技术进行了跨界思维创新，突破了传统网版制作、施釉工艺的局限，使丝网印刷分辨率和清晰度大幅度提升，产品质感明显提高，对推动陶瓷行业清洁生产，加快陶瓷砖行业技术进步起到积极的作用。

1)本项目淘汰了传统的菲林制网工艺，避免了胶片的消耗和显影、定影药水的使用，降低了网版制作的冲水量，在一定程度上减少了材料的消耗，降低了对环境的影响。

2)本项目通过改进施釉方式，降低了釉浆的用量，提高了产品平整度，减少了坯体的成形尺寸，有效地减少磨边、抛光产生的固废物。

3)本项目创新了丝网制作工艺和施釉方法，为行业提供了新的施釉工艺方法，有力地推动了行业的技术进步。

到目前为止，本项目技术成果从实验室小试、中试，到生产线试产、全面投产，理论研究到生产应用均获得成功，生产过程无重大或关键的技术障碍，技术成熟，已经顺利、全面完成立项时预期研究工作目标。该项目的后续创新主要是更大规模进行生产实践的推广，以及将技术的应用进一步拓展到更广泛的其他产品和领域。

参考文献

1郭庆.陶瓷印花技术的发展现状.佛山陶瓷,2014(4):12～15