纸包装模切技术现状及发展趋势浅析.pdf

13年第2期天津造纸22年第3期天津造纸13年第2期天津造纸22年第4期天津造纸纸包装模切技术现状及发展趋势浅析首云飞，张洋2，王太勇3，吕伟4，王可5，宋海燕2,6（1.天津长荣科技集团股份有限公司，天津300392；2.天津科技大学轻工科学与工程学院，天津300457；3.天津大学机械工程学院，天津300110；4.深圳劲嘉集团股份有限公司，深圳518000；5.浙江美浓世纪集团有限公司，杭州310012；6.天津科技大学生物源纤维制造技术国家重点实验室，天津300457）摘要：模切是纸包装印后加工最重要的一道工序，模切技术直接影响纸包装的产品质量和使用效果。随着技术的进步，新型模切技术不断涌现，传统模切技术无法更好满足企业的需求。本文在分析现有纸包装模切技术的基础上，对其未来发展趋势进行浅析，模切设备将会向智能化、自动化、数字化方向转变，而模切产品也会更加个性化。关键词：模切；现状；新技术随着社会经济的飞速发展，我国人民的生活水平逐渐提高，人们对产品包装品质的要求也相应提高。纸包装是最常见商品包装形式，应用十分广泛。模切是纸包装流程中极为重要的一道工序，具有不可替代的价值和作用。因此，研究人员不断对其进行改进，或开发新的模切技术。常晓霞等1分析了700多家中外印刷包装企业的展品，提出未来模切烫印发展的三大趋势。刘亚明2对企业早期选择数字印刷设备和传统印刷设备的局限性进行了分析。黄昌海3认为传统印刷包装厂需向智能制造转变。于帆帆4通过分析社会市场对包装产品的造型、结构、艺术性需求，提出数字模切技术应携手传统模切技术的观点。刘垒等5认为，印刷行业已进入微利时代，要实现新技术的不断突破。刘帅6认为，模切机作为印刷包装领域的重要工具，要向高效化、自动化的方向发展。吴挺7提出模切机正在向高速度、高精度、高效率的趋势发展。刘震8认为当今时代劳动力成本不断上涨，模切设备的自动化清废功能必不可少。总之，随着新技术发展，印刷包装企业需做出合理的统筹规划，顺应时代的需求。1纸包装模切技术现状目前投入市场的模切机类型众多，但根据其压切机构可以分为三类：平压平型、圆压平型、圆压圆型。其原理是被加工的材料处于压切机构和模切版台之间，由模具施加压力使纸张产生变形、断裂的效果，以达到产品包装的需求。在国内，平压平模切的发展时间最长，积累的经验最丰富，其成本低廉、加工范围广，但自动化水平低、劳动强度大、生产效率低。圆压圆模切的滚轴之间为线性接触，模切压力小，因而生产效率高，但这种类型模切机的前期投入成本大，并且不适合小批量短版活件。圆压平型模切机在工作时也是线接触，因而在模切时的压力较小，负载平稳。但是，圆压平型模切机的刀线容易变形和移位，只适用于模切定量在400 g/m2以下的纸板，应用比较有限。通常人们将它作为过渡的一种模切类型。过去的几十年里，模切机的发展经历了三个阶段。第一阶段是19801985年，被称作“老虎嘴”的立式平压平型模切机最流行。该模切机结构简单，操作容易，部件更换成本低。但是，立式平压平型模切机的操作风险性大，精度不高，产品质量参差不齐，并且其1500张/h的速度只能满足印刷包装企业起步阶段的需求。第二阶段是19852000年，国内企业对国外的先进技术进行学习和创新，主流产品为卧式自动平压平型烫印模切机。相比于第一阶段的通信作者：宋海燕，。3313年第2期纸天津造22年第3期纸天津造13年第2期纸天津造22年第4期纸天津造立式平压平型模切机，其生产效率有一定的提高，生产速度由1500张/h提升至5500张/h，并且安全性能也得到改善。第三阶段是2000年以后，国内外主流自动模切机的幅面为B1（1000 mm707 mm），生产速度可以达到70007500张/h，通过1台胶印机搭配2台模切机的配套方式进行生产，印刷速度通常为12 00015 000张/h。瑞士博斯特公司研发的MASTERCUT 106 PER型模切机的最高模切速度已经可以达到11 000张/h，国内天津长荣集团生产的Mastermatrix 106CSB型模切机最高模切速度也达到了9000张/h，国内外主流模切机的参数对比如表1所示。表1主流模切机参数对比参数长荣Mastermatrix106CSB国望T106BN博斯特MASTERCUT106 PER旭恒ECUT 1060ELITE E耀科JY106ER最大幅面/mm10607601060760106076010607601060750最小幅面/mm400350400350400350400350380380最大模切幅面/mm10607501045745106076010607451040720版框内档尺寸/mm10967701075765106073010807701120760叼口空白/mm9177179179179最大压力/t260350260260300纸张定量/（gm2）9020009020007020009010001202000最高模切速度/（张h1）9000750011 00075007500输纸高度/mm18001800200018001600收纸高度/mm15001600160015801350机器尺寸/m10.206.162.949.806.002.7010.106.202.9092.4960.3626.406.004.152.30机器质量/t2223/2219额定功率/kW4030/1522是否有电子套准系统是无是无无主机是否有自动升降压是无是无无动平台升降方式凸轮驱动凸轮驱动凸轮驱动曲轴肘杆/2纸包装模切机发展趋势2.1数字化从2012年德国德鲁巴印刷及纸业博览会开始，数字化走进人们的视野，但数字化并没有和传统印刷包装行业紧密相连，这个时候的数字模切技术、数字印刷技术、数字烫金技术仅仅停留在理论研究和概念机的形式上，人们对加工效果和效率都不如传统模切的数字模切技术并不感兴趣。到2016年德国德鲁巴印刷及纸业博览会时，惠普、海德堡等知名企业推出了成熟的数字模切设备。此后，人们逐步开始重视数字化和传统模切技术的结合。在2020年德国德鲁巴印刷及纸业博览会后，设计排版、数据库等技术都得到了进一步的发展。数字化与传统模切技术的紧密结合，在今后5年内依然是印刷包装行业模切设备的发展趋势。2.1.1激光模切首先，激光模切的精度高，主要是因为加工过程由计算机控制，切割稳定，没有振动偏差；程序编程的加工精度可达0.05 mm，且对产品图像的复杂程度没有限制。其次，因为激光模切不需要制作模切版，所以激光模切的速度快，效率高，在进行大篇幅的模切作业时，不受模切版的限制；而且，非接触式的工作方式使得激光模切比普通制作模切版的模切方式速度快一倍以上，可节约人工成本，缩短生产周期，大大提高生产效益。此外，激光模切操作简单，只需在计算机上事前设定好切割刀缝，便可由软件自动生成各种刀缝的参数，技工只需经过简单的培训后，即可进行实际操作。而且，激光模切机可以储存切割程序，只需调用程序即可再次进行重复加工。需要注意的是，在激光模切时会释放大量的热量，在高温的作用下纸制品容易发生碳化，从而发黑起毛边，影响纸包装的成品效果。2.1.2拖刀式数字模切拖刀式数字模切工艺的加工精度最高可达0.1mm，模切速度已经达到1000 mm/s，对于瓦楞纸板、厚纸3413年第2期天津造纸22年第3期天津造纸13年第2期天津造纸22年第4期天津造纸板等材料的半断裁切、全断裁切、多角度开槽等均可完美实现。拖刀式数字模切工艺的模切数据修改灵活，适用于中短版订单，在纸包装模切加工领域得到了广泛应用。数字模切无需模切版，通过设计软件可以实现更复杂的设计，切割出更精确的线条，因而可以很好地满足市场对中短版、多数据变化、个性化的模切加工要求。数字模切也改变了传统的纸包装模切行业，其可以轻松地为单个客户或者产品进行个性化设计和定制，缩短工作周期，提高可持续性。2.2智能化2.2.1智慧印厂德国工业4.0和中国制造2025的提出表明工业已经迈入信息化时代，智能化的时代已经到来。例如，天津长荣推出的“智慧印厂”集自动化、信息化、智能化于一体，包括制造执行系统（MES）、数据采集系统（MDIS）、仓储管理系统（WMS）、数字身份管理系统（DIM）、物流自动化系统（LAM）等，这些智能系统共同组成智慧印厂，也可以根据客户需求进行灵活配置。物流作业在“智慧印厂”智能化控制中心的控制下自动运转，可以根据生产计划精确掌握从订单创立到产品出库的每一个过程。随着人工成本的不断上涨，少人化、无人化工厂是大势所趋，智慧印厂是印刷包装企业成功实现无人化工厂的重要一步。2.2.2电子套准技术在传统的印刷包装技术中，模切、印刷、烫印、上光等都需要采用机械套准，以纸边为基准进行定位，需要耗费人力和物力去进行规划和实施。由于各种因素的影响，套准并不精确，难保证产品的质量。电子套准技术可以很好地解决这个问题，其直接以关键图文为基准进行精确定位，再结合智能化处理数据和科学的统筹规划，相比传统的套准技术不但可以提高工作效率，还可以增加产品的制作精美程度。2.3高速高效化2.3.1高速度目前，国内自动模切机的最高生产速度一般在70008000张/h，但是模切机配套设备胶印机的最高印刷速度已经普遍达到12 000张/h以上，通常需要两台模切机与一台胶印机配合工作，自动模切机的生产速度已经不能满足企业的需求。高速度的印刷机技术越来越成熟，已逐渐成为新主流，高生产速度的自动模切机必然成为模切行业日后发展的主流趋势。国内天津长荣公司的Mastermatrix 106CSB型模切机已经可以达到9000张/h的生产速度，国外博斯特公司的MASTERCUT 106 PER型模切机，最高模切速度可以达到11 000张/h。未来的模切机应不断发展新技术，降低成本，实现更高的生产速度。2.3.2大幅面自动模切机的生产速度不断提升，印刷包装企业还要在高效化生产上寻找新的突破口。现在，大多数的模切机生产用纸幅面为B1型，而国外的海德堡公司已率先推出B0型纸幅面的模切机，在生产速度不变的情况下，生产效率可以提升一倍。国内也有企业推出大幅面的自动模切机，如天津长荣的MK1450系列。2.4自动化社会的进步使得劳动力成本上涨，人们也更加注重工人的劳动强度和综合生产效率。为了减少工人的劳动强度，提高企业的生产效率，拥有自动化清废功能的模切机逐渐受到重视。最初，全清废模切技术是由博斯特公司提出的，但由于设备的价格昂贵，此项技术并没有得到推广应用。近几年，在劳动力成本飞速上涨的背景下，各企业对全清废模切技术的投资热情高涨。2.4.1自动清废模切技术在生产过程中，带有自动清废功能的模切机可以清除纸张的废边和局部废料。自动清废模切技术降低了工作的人力劳动强度，提高了企业的生产效率，已逐渐被印刷包装企业采用。和单独的自动模切机相比，带有自动废清功能的自动模切机的投资成本及生产准备时间都有所增长，所以自动清废模切技术更适合大批量重复订单作业。但是，自动清废模切技术并不能完全实现无人工清废的工序，在模切之前仍然需要经过人工堆码，完成了部分连线清废的半成品模切印张也要经过人工清废，整个环节需要3至5人高强度劳动方可完成，产品质量也会因人而异。2.4.2全清废模切技术采用全清废模切技术后，在全清废模切机上的一次走纸就可以完成模切或压凹凸模切+清废+分盒+成品计数堆码和物料输出的一系列功能9。在完成整个工序后不会残余任何废料，可将盒片与盒片完全分离，不需要人工清废即可自动进行下一道工3513年第2期纸天津造22年第3期纸天津造13年第2期纸天津造22年第4期纸天津造序。相比自动清废模切技术，全清废模切可减少一半的劳动力成本，如自动清废模切机需要两名工人操控设备，另外还需要两名工人人工清废。全清废模切机只需要两名工人对设备进行操控即可，大大降低了生产线对于人工的依赖。在生产效率方面，全清废模切机比自动化清废节约10%的生产时间，比人工清废节约25%的生产时间，可以为企业创造巨大的价值。在产品的品质方面，全清废模切技术的优势也非常明显。手工清废的速度慢，并且质量因人而异；而全清废模切技术可以按同样的质量要求在更短的时间内完成相同数量的生产，且产品的成品率更高。3结束语社会在不断地进步，模切技术应顺应社会需求的变化，根据需求而创新，满足企业的发展需要。纸包装模切技术要在自动化、数字化、高效化、智能化的方向上继续努力研发新技术。纸包装数字模切技术正在快速发展，可以为纸包装提供更多定制选项、更快的周转时间，预计将在包装行业中得到更广泛的应用。此外，纸包装行业越来越重视生产的可持续性和降低劳动力成本，全清废模切技术在这一趋势中发挥了重要作用。可以预期，未来传统模切技术会与数字技术结合更紧密，数字技术的不断发展必定会改变传统印刷包装行业。参考文献：1常晓霞,宋慧慧.迈向自动化、智能化、数字化未来:从2016全印展看模切烫印加工技术新发展J.印刷技术,2016(22):9-11.2刘亚明.数字印刷设备应用现状及趋势分析J.标签技术,2020(2):40-42.3黄昌海.瓦楞纸箱柔印及其智能制造发展趋势探讨J.印刷杂志,2021(3):1-6.4于帆帆.数字模切技术携手传统模切:让技术成就艺术J.今日印刷,2018(3):37-40.5刘垒,张嘉玲,李洋涛,等.轮转标签印刷机的新技术探讨J.今日印刷,2016(7):65-67.6刘帅.自动模切机新技术的应用与发展J.印刷技术,2018(11):16-20.7吴挺.自动模切机新技术的应用与发展J.新型工业化,2022,12(8):268-271.8刘震.全清废模切技术在药包领域的应用和优化J.印刷技术,2017(8):23-26.9宋慧慧.全清废模切开启印后加工新时代J.印刷技术,2016(9):53-55.Analysis on Current Situation and Development Trend of PaperPackaging Die鄄cutting TechnologySHOU Yunfei1,ZHANG Yang2,WANG Taiyong3,L譈 Wei4,WANG Ke5,SONG Haiyan2,6(1.Masterwork Group Co.,Ltd.,Tianjin 300392,China;2.College of Light Industry Science and Engineering,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China;3.School of Mechanical Engineering,Tianjin University,Tianjin 300110,China;4.Shenzhen Jinjia Group Co.,Ltd.,Shenzhen 518000,China;5.Zhejiang Minong Century Co.,Ltd.,Hangzhou 310012,China;6.State Key Laboratory of Biobased FiberManufacturing Technology,Tianjin University of Science&Technology,Tianjin 300457,China)Abstract：Die鄄cutting is the most important process of post鄄press processing of paper packaging,and the die鄄cutting technology directly affects the product quality and use effect of paper packaging.With the development oftechnology,new die鄄cutting technologies continue to emerge,and traditional die鄄cutting technologies cannot meetthe needs of enterprises.Based on the analysis of the existing paper packaging die鄄cutting technology,its futuredevelopment trend was analyzed in this paper.The die鄄cutting equipment will be intelligent,automatic anddigital,and the die鄄cutting products will also be more personalized.Key words：die鄄cutting;current situation;new technology36