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3D盖板玻璃印刷转印技术的来源——模内贴标技术解析

光电与显示2018-06-18 19:42:10

模内贴标技术在国外的应用已经有相当长的时间了,其模内标签的制作和模内贴标机的生产应用已经非常成熟。模内标签(InMouldLabe1)是一种有别于传统标签包装的全新标签包装形式,他的出现给标签包装带来非常重大的革新。模内标签在欧美一些国家已经风行了多年,目前世界发达国家已有一半以上的产品使用了模内贴标技术。 

模内贴标系统主要用于吹塑产品。模内贴标技术,是把经过特殊工艺制造的商标(模内标签)利用模内贴标机在塑料中空制品吹制的同时放人吹模模腔内,经过高温高压的作用使贴标和中空产品吹制同步完成,与传统的不干胶标签贴标方式相比简化了生产工艺过程,从而大大提高了生产率。 

模内标签的优点是标签与塑料制品为同一类型塑料树脂,在模内高温下可以熔合为一体,结合自然,具备防水、防油、防霉等特性,在各种恶劣环境下,不易脱落,而且商标更美观。再者,标签与制品可以同时回收,简化了再生过程,兼顾了环境保护,这与国内国际现行倡导的环保主题是相一致的。并且由于模内贴标系统(包括模内标签的制作和模内贴标机应用)相对来说比较复杂,也减少了造假的可能性,这就给追求质量、追求品质、追求品牌的塑料包装制品的用户厂家提供了非常可靠的品牌保护手段,因此,应用模内贴标技术生产的中空包装制品越来越受到广大用户的喜爱。模内标签在国内市场上经过最近一两年观望后,终于开始了规模的应用,吸引了越来越多的业内人士及最终用户的关注。 

以往配有进口模内贴标系统的吹塑机比普通吹塑机要贵3O一4o%。价格瓶颈使广大用户望而却步,在一定程度上迟滞了模内贴标技术的推广速度。目前,经过国内相关设备制造厂家工程技术人员的刻苦攻关,终于有了自主研发的模内贴标机产品,其价格仅仅是进口产品的二分之一到三分之一左右,产品性能已经达到和超过同类进口设备,并且已经成功应用到生产中去,产生了极大的经济效益和社会效益。 

济南威林科技有限公司是一家位于山东省济南市高科技开发园区的专门从事自动化设备研制生产的高科技公司,有着十多年的研制开发经验和稳定的高水平科研队伍。该公司结合多年开发经验,适应塑料机械市场的需求,于近期成功研制生产了WLMT—l型数码模内贴标机。 

WLMT—l型数码模内贴标机是分析了国内外同种机器的优点的基础上结合了国内大量应用的各种型号的吹塑机使用要求,采用德国先进的真空技术、松下伺服驱动系统、高性能液晶显示数控系统研制而成的;该机采用开放式程序设计模式,实现全屏幕中文菜单操作,并具有完善的自保护自诊断功能,运行速度快,性能可靠,动作平稳。可与国内现有的各种型号的吹塑机设备配套。 

WLMT-1型数码模内贴标机已成功应用到青岛名力塑胶有限公司等多家国内知名塑料中空包装制品生产厂家,极大地降低了生产成本,带来了巨大的经济效益,同时提高了企业自身的市场竞争力,从而获得了更多的客户和订单。 

当模内贴标(IML)技术开始被应用于热成型制品时,机器制造商和自动化系统供应商们早已在注塑成型的制品中使用了IML。自20世纪90年代初以来,由于机器和标签技术方面的局限性,限制了IML技术在热成型包装产品上的应用,热成型的IML产品也不像注射成型的IML产品那样发展迅猛。 

尽管到目前为止,在热成型中成功应用IML技术的商业化运作还很少,但是观察家们(尤其是欧洲的观察员)还是对其抱以了极大的兴趣。很多人认为,目前在提高生产效率、降低标签成本等方面所取得的一些新进展,最终还是提高了IML热成型工艺的成本效益。Hekuma GmbH是德国的一家机械手制造商,该公司在模内贴标注射成型技术方面积累了丰富的经验,其市场营销主管Bernd Bruckert先生认为,现在在热成型中应用IML技术已经比较成熟,市场反响很好,越来越多的公司已推出了IML热成型产品。

 
图1 用于热成型的IML技术最终得到了市场的认可,这在欧洲尤为明显。 
目前几家欧洲的机器制造商专门提供这种IML热成型生产系统(图片来源:Marbach公司)

有人认为,需要一种全新的机器设计来满足产量方面的需求,这种观点在美国表现得尤为突出。但是传统观念认为,在热成型中使用IML技术必将在商业应用中取得成功,因为该工艺能够实现高品质的产品设计,满足多样化的产品需求,同时还能带来成本的节约。 

由于贴标工艺直接被整合到了热成型过程中,因此IML技术为加工商们节省了时间和金钱。传统的产品贴标方法(如热收缩套标)都需要经过二次加工过程,而IML技术仅需一次加工就可完成贴标和成型操作,因此更具优势。 

业内人士认为,作为产品中的一部分,模内成型的塑料标签可提高产品的刚度和强度,因此,热成型商们通过采用IML技术对轻型容器进行模内贴标,可节省20%的树脂成本。当标签材料与容器材料相同时,IML技术所表现出来的材料回收性能则明显优于采用纸标签的情况。

 
图2 这种热成型的IML矩形容器在欧洲相当流行。 
相比采用传统的贴标方式,IML技术使生产速度更快、成本更低

需要解决的难题 

自20世纪90年代初德国的Illig公司和Gabler公司推出了第一套IML热成型生产系统以来,IML技术在热成型领域中的发展一直比较缓慢,其应用仅被限于成型/罐装/封盖生产线上。意大利的OMV集团是另一家推动IML热成型生产技术的先驱,该集团在1998年的德国K展上展出了一套IML热成型生产系统。OMV美国公司的总裁Kent Johansson先生表示,早期的IML热成型系统的生产效率较低,远远不能满足市场的需求,尤其是北美市场的需求。 

将IML技术应用于热成型制品中所遇到的另一个问题是:由于片材温度和成型压力均较低,因此当在注射成型的IML工艺中所使用的标签被用于热成型IML工艺中时,其粘附力很差。现在采用多层共挤的PP标签(带有一层低熔点的PP层)可以解决标签粘性差的问题,但同时又提高了生产成本。

 
图3 Illig公司开发出了用于trim-in-place和post-trim的IML热成型生产系统。 
最近,该公司将其第一套trim-in-place系统出售给了一家奥地利公司,用于生产圆形PS容器

如何消除标签和包装壁之间的气泡(往往会在贴标处出现“鼓泡”现象)也是IML技术在热成型应用中需要解决的一个难题。现在可以使用一种多孔标签,即标签上有一些肉眼看不见的小孔,它们有助于空气的排出。 

此外,当在IML热成型生产中使用OPP标签时,通常在成型中产生的热量会导致标签出现过度收缩的现象。目前欧洲一家在注射成型IML技术方面处于领先地位的标签制造商为热成型商们开发出了一种新的标签产品,据说,该产品解决了标签收缩、鼓泡和粘附力差等问题。瑞士的P’Auer AG 则采用一种凸版压纹印刷专利技术生产出了标准的PP标签。据说,该压纹技术更有助于解决标签的收缩问题,同时可使包装壁与标签之间的空气很容易地排出。与平表面的标签相比,该标签上的压纹带来了一些“凸起”,因此具有更好的可熔性和粘附性。 

目前,欧洲已将IML技术广泛应用于热成型产品中,其主要应用领域是用于盛装冰淇淋和熟食的矩形容器,因为相比传统的贴标方法,IML技术更加快速,且成本更低。对于圆形容器而言,尤其是在美国,目前大多仍采用更为经济的传统贴标技术。

 
图4 Kiefel的斜模IML热成型系统配备了Hekuma的标签移送装置。 
图中所示为标签正被放置于成型模具中

除了随包装形状不同,IML技术的应用情况不同外,IML热成型技术在全球的推广还取决于消费者对包装产品的喜好程度。与美国相比,欧洲的包装商更强调通过丰富多彩的装饰图案来实现产品的差异化。观察家们表示,这为加大注射成型的IML容器的开发力度以替代热成型容器提供了强大的动力。在这一方面,欧洲同样领先于美国。 

IML热成型生产系统 

大多数提供IML热成型生产设备的供应商均表示,IML技术在热成型中的应用已经成熟。尽管目前的IML热成型技术已明显提高了产量,但与传统的热成型工艺相比仍存在一定的差距。以生产PP 杯为例,原来标准的热成型工艺的循环周期是40次/min,而采用IML工艺后,其生产速度明显放缓,循环周期降至20次 /min。Kiefel公司包装部的销售主管Erwin Wabnig先生说:“当人们都希望产出越来越高时,采用IML技术的弊端就暴露出来了。” 

目前几乎所有采用了IML技术的热成型机器都整合了斜模技术(tilting-mold technology),以便于标签的放置。Kiefel的Thermorunner KTR 4就属于一种斜模机器,该机器配备了来自Hekuma公司的自动化系统和来自奥地利的模具制造商Mould & Matic公司的IML模具。Wabnig先生表示,斜模技术是目前适用于IML工艺的最好方法。现在,Kiefel正在开发一种全新的机器设计,以期提高产量。 

Kiefel为欧洲乳制品生产线研制的KTR 4是一种带有控制调节器的标准制杯机,可设置0.5s的开模时间以便于放置标签。在2004年的德国K展上,该公司所展示的4模腔IML热成型系统现已升级至8模腔或12模腔,其循环周期也提升至15~20次/min。其中8模腔的系统可生产2.5L的PP容器,而12模腔的系统可生产出重达500g的容器。

 
图5 在IIIig公司的新型IML生产系统中,其机械手配有形状如模塞的旋转头, 
可通过真空孔来吸附标签

该IML热成型生产系统中采用了Hekuma公司提供的Push-and-Wind标签移送装置。这一带有静电吸附功能的机械手可将预成型的标签置于模具内。Hekuma公司的Bruckert先生说,与注射成型IML工艺中使用的同样类型的PP标签相比,热成型IML工艺中使用的75μm厚的PP标签的价格略微显高。目前,一种57μm厚的更薄的PP标签已经上市,而Hekuma公司已经用其自动化装置成功地移送了一种40μm厚的PP标签。 

现在Hekuma正在致力于开发一种新的IML自动化系统,以期能够将RFID(射频识别)电子标签技术应用于包装产品中,从而为产品质量的追踪提供涉及运输、仓储和货架期等的供应链数据。在NPE 2006展会中该公司曾展出了RFID-IML技术,其中包括一种附带有铜板印刷线路的PET薄膜。目前Hekuma公司已经验证了人工放置RFID标签的可行性,现在正在开发一种自动化系统以用于RFID标签的放置。该公司承认,对于低附加值的产品来说,目前采用RFID标签的确显得很昂贵,其生产成本一般在0.7~2.0/个(0.9$~2.6$)之间。 

自动化技术是关键 

德国的Gabler公司提供了另一种适用于IML热成型工艺的斜模方案,该公司协同模具制造商Marbach公司和世界领先的注射成型IML自动化系统供应商Systec Komplettsysteme GmbH一同完成了这一项目的开发。Gabler公司的标准M93热成型机配有一个伺服驱动的模具工作台,可倾斜90°以便于放置标签。Systec公司的Zapod自动化系统是一台带有两个旋转头的线性机械手,它可从对面移动到模具旁,以将标签放置到模具型腔中,随后再取出已成型好的部件。 

Gabler公司为一家美国加工商设计制造了一种12模腔的IML热成型生产系统,用于生产容量为1.5L的椭圆形冰淇淋容器,其循环周期是14次/min,每小时可生产10000个容器。据说,该系统的生产周期比标准的热成型设备要低将近15%。作为一种正处于试验阶段的生产设备,目前该生产系统还未实现商业化。

 
图6 Systec公司的IML自动化生产系统中包括一个做水平运动的机械手, 
它可从料盒中取出标签,并将其放置到移坯芯杆(transfer mandrel)上(图片来源:Marbach公司)

作为IML生产技术的一站式供应商,自1994年开发出一种cut-in-place IML热成型系统以来,Illig 公司已对其热成型设备进行了不断的升级。在欧洲,其热成型系统曾被用于生产人造黄油桶。随后,Illig公司又推出了一条FSL 70 “成型/罐装/封盖”生产线,该生产线为现代IML热成型技术的发展打下了基础。 

Illig公司的德国总部为欧洲的一家乳制品公司提供了一条16模腔的FSL 70生产线,用于生产200cm3的酸奶酪容器。该生产线仅用于容器的成型和贴标,而无需罐装。 

最近,Illig公司在其RDM K生产线(采用机械驱动的cut-in-place成型机)的基础上,又推出了一种新的IML热成型生产系统。该系统通过使用斜模技术使标签的放置更为容易。在该系统中,配置了一个2轴机械手,它带有形状类似成型塞(forming plug)的旋转头,可取出预成型的标签,并将其置入模腔内。其操作过程是:首先利用真空吸头将标签从储料箱中取出,然后机械手上的旋转头借助于真空孔来吸附标签,并将其置入模腔中。Illig公司并没有对旋转头如何吸附标签做过多的解释。 

Illig公司将其第一套新型IML热成型系统出售给了一家奥地利公司,用于生产直径为95mm的圆形PS容器,其循环周期可达20次/min,每小时可生产19200个容器。该12模腔的生产系统配备了Illig公司的RDMM 70K热成型机,成型面积可达680mm × 280mm,可同时生产圆形和矩形容器,这些容器主要用于盛装冰淇淋和人造黄油。Deuschle先生说,一种用于注射成型IML产品的0.07mm(70μm)厚的标准OPP标签已被用于热成型IML生产中,而更薄的标签还有待开发。 

无需“斜模”的IML热成型系统 

OMV-USA是另一家IML热成型设备及自动化系统的一站式供应商。自1998年在德国K展上推出了一台生产周期为11s的IML热成型系统以来,该公司又进一步提高了其生产系统的生产效率。该公司将其F25热成型机改造成了IML热成型生产系统,并已将3套生产系统出售给了一家德国的乳制品公司。这一7模腔的热成型系统可生产1lb(0.45kg)的人造黄油容器,也可生产1.5L的冰淇淋容器。目前OMV正计划将第4套系统出售给另一家欧洲的包装公司。

 
图7 斜模技术已为大多数IML热成型设备制造商所采用,它便于将标签放入模具中。 
图中所示为Gabler公司的M93热成型机的模具工作台正处于85°倾角位置

OMV的IML热成型生产系统的独特之处在于取消了斜模技术。该公司的Johansson先生介绍说:“我们利用获得了专利的线性机械手来拾取制品,因而无需斜模技术。”该生产系统的原理是:由获得了专利的机械手拾取标签,并将其移送到阳模成型塞(forming plug)上,然后将吸附有标签的成型塞嵌入模腔中。当成型完成后,由同一机械手将成品取出。据介绍,该生产系统使用了一种带有低熔点PP层的厚度为0.05~0.07mm(50~70μm)的多层PP标签。 

Johansson 先生认为,带有最大数量的模腔且循环周期达到12次 /min的IML热成型系统足以应对欧洲中、小型市场对矩形容器的需求。他还十分看好这种IML矩形容器在南美洲,尤其是在巴西市场的应用前景。为了满足北美市场高产量的需求,OMV公司对其大型E76机器进行了改造以使其适用于IML容器的生产。这一带有18模腔的生产系统的循环周期是17~18次/min,主要用于生产盛装冰激凌的矩形容器。 

OMV公司的另一个与众不同的开发项目是,可在线对标签进行裁剪,从而省去了标签的移送过程,它满足了高效率的生产要求,而且降低了生产成本。 

双模方案 

另一种IML热成型技术的改进方案是采用双模结构来替代斜模技术。加拿大的GN热成型设备公司与一家欧洲的自动化专业公司合作开发出了一套配有其GN1914 DM双模热成型机的IML生产系统。该公司的市场主管Jerome Romkey先生介绍说,该双模系统的特点是,在其中一个模具的成型过程中,可将另一个模具中的已成型制品取出,然后再放入新的标签。该双模系统的循环周期为20次 /min。 

与此同时, 欧洲一家技术领先的加工商完成了对IML热成型技术的生产能力的测试。位于德国Bremervoerde的RPC Bebo Plastik GmbH公司是一家生产注射成型IML产品的制造商,该公司的IML热成型生产系统整合了Hekuma公司的自动化系统和Illig公司的RDM 70K 斜模设备。据该公司的产品和工艺开发经理Juergen Merbach先生介绍,在该12模腔的生产系统上,可生产出重达500g的矩形PP人造黄油容器,也可生产出最大规格为2L的、用于盛装冰淇淋和其他乳制品的PS容器。 

位于巴黎的Danone公司推出了一种新的包装产品,从而成为广受关注的热成型IML产品中的一个典范。目前,该公司正在为生产1.5L的矩形冰淇淋容器寻求更好的解决方案。据说,Gabler公司和OMV公司都提交了各自的解决方案。OMV公司的Johansson先生表示,为了降低成本,可以只在容器的四周进行贴标,以替代原来的五面贴标方案。由于取消了底部贴标,因此该方案面临的挑战是如何布置标签,目前已有一个备选方案被提出。


此后,日本厂商开始把模内贴标技术用于以手机为代表的消费类电子产品领域,对保护镜片的玻璃制品和塑胶件制品进行装饰贴标。而真正让此技术在手机上发扬光大的却是韩国三星,除了跟随原日本厂商进行转印贴标外,还把这项技术移植到了3D曲面玻璃保护片的生产上。

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