复合母排喷印字符工艺开发

株洲中车时代电气股份有限公司 肖 慧 欧阳理

复合母排喷印字符工艺开发

株洲中车时代电气股份有限公司 肖 慧 欧阳理

本文探讨并实践了一种复合母排字符加工新工艺。通过调研分析对比各行业打印技术的优缺点，结合复合母排结构、材料及加工特点，引进一种广泛应用于广告、装饰行业的UV平板打印技术，解决了目前复合母排字符加工的问题。

复合母排；字符；UV光固；油墨

1. 复合母排字符加工现状及问题

字符印在复合母排（以下简称母排）产品表面层上，主要有①单字符——般为大写字母；②组合字符——字母与数字；③特殊字符——“++”“-”④文字，一般为安装技术要求。表面字符主要起标识和安装指导作用。表面字符质量直接影响到产品外观。

母排产品字符加工方式多样。A丝印字符，工艺成熟，但成本高周期长，该工艺不能覆盖所有产品；B印章印字符作为一种过渡性工艺，成本低，操作简易，但字符外观效果差，一致性差。C贴打印字符标识，操作简易，但部分客户不接受，且存在漏贴问题。

鉴于以上情况，开发一种新的字符加工工艺方法，降低成本，提高效率，外观效果好，成为必要。

2. 复合母排字符加工思路

2.1复合母排字符加工要求

母排字符要求：内容正确，位置准确，字号字体符合图纸要求，字符清晰完整，一致性好，与母排表面结合力强，适应复合母排应用环境，耐老化。

2.2复合母排结构特点

以图1为母排示例。因母排结构中有许多用于连接导电的铜塞。铜塞往往高于母排表面层，部分可高达20mm。而字符标识一般喷印于母排表面层上，位于铜塞或安装孔边。母排最大尺寸长达2m。

图1 母排产品图

2.3复合母排表面层材料

母排产品表面层主要有两种，PET胶膜及环氧材质。环氧材质以GF114为主。

环氧材料分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有较高的粘附力。PET全称是聚对苯二甲酸乙二醇酯，该材料由于其部分官能团对称，结晶度高，表面能低，涂布性能差，与普通油墨无法粘接。因此对油墨性能要求较高。

2.4复合母排字符加工思路

结合母排加工工艺流程，确认字符加工以下方案：

方案一：切绘/数控铣——印字符——叠压（叠压过程持续加热，其中最高温150℃持续；持续加压，＞10Kg/cm2）——折弯/组装/封胶/贴零——终检。该方案中字符需满足耐温150℃以上，否则高温高压下将产生晕开或散点的情况。

方案二：绘/数控铣——叠压——折弯/组装/封胶/贴零——印字符——终检。该方案中，产品送终检前的最后一道工序是印字符加工。2.1中已提到复合母排的结构复杂性，因此该方案的重点是寻找适合母排结构的字符喷印设备。

3. 不同字符喷印技术分析

复合母排产业因规模较小，部分工序并没有专用设备，需自主开发或引用其他行业设备。字符喷印技术开发过程中，针对市面上各行业的字符喷印技术均进行了调研分析及试验，过程如下。

3.1PCB字符喷印技术

字符喷印机是PCB行业用于取代传统的丝网印刷，通常采用UV光固油墨，更高效、更低成本和高品质地喷印字符。PCB作为精密的电子元器件，对字符要求高，字符清晰度高附着力强，耐温至少200℃。UV光固油墨，固化效率极高，与PET及环氧表面层粘接良好，字符效果符合母排产品要求。

目前市面上常见的字符喷印机最大打印尺寸为700mmx700mm，难以满足母排尺寸要求。且设备成本较高，≥30万元，定制价格昂贵。因此认为该设备并不适用于母排字符加工，打印及油墨系统值得借鉴。

3.2喷码技术

喷码机有激光喷码及墨水喷码机两种。

3.2.1激光喷码

激光喷码机喷射的是一个无法擦掉的永久性标记，它是通过激光直接在物体表面瞬间气化而成，可肉眼分辨。对母排而言，其表面层大部分是白色，激光标刻后字符颜色为浅黄色，可识别度低。且因复合母排，绝缘性能要求非常高。而激光标刻实质上是对母排表面层的破坏，对性能造成风险。故认为激光喷码不适合用于母排字符加工。

3.2.2墨水喷码

墨水喷码机是运用带电的墨水微粒，由高压电场偏转的原理，使用非接触方式在各种物体表面上喷印上图案文字和数码。产品广泛应用于各类标识打印。喷印最佳距离为8～10。

字符喷码机首先进行方案一的验证。获取样件后测试油墨能否耐温150℃。其中也尝试了适用于喷码机的UV光固油墨。但试验后，所有样件字符均晕开且出现散点。说明喷码机油墨因其带电的特殊性，难以满足性能要求。

方案二验证。考虑采用三轴机器人与喷码机配合工作进行字符喷印。另分析喷码头尺寸为40mmx40mm，而部分铜塞高于表面层20mm。那么打印字符离铜塞最小距离为21mm。但部分产品要求字符离铜塞距离仅为10mm。因此该喷印机设备结合三轴机器人不能完全满足复合母排字符加工要求。

3.3喷墨切绘技术

切绘机主要用于服装行业样板切割，在复合母排的生产中，用于小批母排材料外形加工。调研发现市场上喷墨切绘机已实现切割喷绘功能一体化。但该类设备适用于新品打样，不能满足大批量生产效率要求。且喷墨头简易，管道不密封且无法循环，难以满足油墨及母排字符生产要求。

3.4UV平板打印技术

后调研到一款用途较为广泛的打印技术——UV平板打印（见图2）。该类设备，也称为万能打印机，可以在木板、玻璃、水晶、亚克力、金属、塑料、石材、皮革、布，及其它纺织品等表面进行彩色照片级印刷。采用喷墨式无接触打印。

图2 UV平板打印机

该类打印技术及设备集合了前期调研中的各类优点。该设备为UV油墨量身定做；且UV油墨与PET、环氧、金属材料等结合力好，耐高温耐高压，字符效果完全满足母排要求；打印后直接UV光照射固化，效率高；工作幅面较大，满足母排尺寸要求；可直接导入PDF档工程化图纸到专用控制软件中，通过基准定位即可根据图纸在要求位置上打印相应字符。工艺流程可采用2.2中方案1。

4. UV平板打印技术加工母排字符试验

4.1压合试验

试验目的：测试油墨能否耐温150℃、耐酒精，是否与表面材料附着力好，打印对材料性能是否有影响。

试验过程：取PET胶膜、GF114做样件，打印字符后，与产品采用同样压合程序进行压合。

试验设备：UV平板打印机。

试验结果：选用硬性UV光固油墨的样件，字符附着力好［1］、耐酒精［2］且压合前后无变化。试验后，PET胶膜材料，表面无颜色变化，且经拉力测试，对胶膜带胶面无影响；GF114材料，采用汞灯固化样件，压合后材料表面轻微发黄，而LED灯固化，样件表面无变化。

试验结果分析：

GF114材料，其主要成分环氧树脂与玻纤布，其本色是黄色，添加钛白粉变白。环氧树脂固化后是性能非常稳定的高分子材料，耐温200℃以上。而钛白粉经氧化或老化后，易变黄。经观察，样件中仅被汞灯照射的地方变黄，而未被照射的地方，不变黄；汞灯中除380～400nm波段紫外光，还含有大量其他波段杂光，辐射强度＞70w/cm2；LED固化灯则波段较为单一，辐射强度≤6w/cm2，通过以上分析可知，汞灯照射是导致GF114表面层变黄的主要原因，且压合过程的加热加压加速了表面层的老化。

4.2LED灯与汞灯光固对比试验

试验过程：将所有厂家样件全部换为LED灯固化，压合后再对比样件。

试验结果：LED灯固化所有样件压合前后基本无色差。说明采用LED灯固化对材料几乎无影响。

图3 产品局部图

4.3油墨老化型式试验

试验目的：将试验样件与母排产品一起，开展温变湿热盐雾型式试验，测试耐老化性能。

试验结果：试验后与试验前样件完全无变化，字符不变色无脱落，附着力好，耐酒精。

4.4产品字符试验

将该技术应用于产品，按2.4方案一进行加工。产品局部效果如图3所示。复合母排产品字符要求。

5. UV平板打印技术投资分析

5.1成本核算

经核算，采用UV平板打印技术每年成本为10万余元（包括折旧、油墨、人工等）。采用目前加工方式丝印+印章，每年成本20万余元。采用新技术每年可节约成本50%以上。

5.2效率核算

UV平板打印设备打印速率最小为10m2/h。目前打印速度≥4 m2/ h即可满足要求。因此该设备加工能力超过母排目前字符需求，也满足后续产能扩充的趋势。

6. 结束语

通过以上调研、试验及综合对比分析，可知UV平板打印机技术加工字符具有效率高、成本低、效果好、加工简便、安全环保等优势，建议复合母排字符加工应用该工艺技术。该论文解决了生产中的实际问题，对新工艺开发具有一定的借鉴意义。

肖慧（1988—），女，湖南衡阳人，大学本科，毕业于哈尔滨工程大学，现供职于株洲中车时代电气股份有限公司，助理工程师，研究方向：电子产品工艺。

［1］判断标准：硬物薄片（如指甲、环氧片）刮字符5次不掉.

［2］判断标准：无尘纸蘸酒精擦拭字符20次，字符无明显的颜色变浅.