王鏞凱

隨著科技的發(fā)展和時代的進(jìn)步，高性能的智能手機(jī)已經(jīng)成為人們的生活必需品，而手機(jī)殼因具備防摔、防震、防水以及美觀的作用也逐漸被用戶所看重。隨之而來的各式各樣的外表美觀、創(chuàng)意十足的手機(jī)殼在手機(jī)周邊配件市場上炙手可熱。目前市面上手機(jī)殼的圖案設(shè)計與制作大多局限于二維平面，這里，筆者將介紹一種基于UV噴墨技術(shù)的手機(jī)殼立體打印技術(shù)，其以數(shù)字文件為基礎(chǔ)，將3D打印思路與UV噴墨印刷技術(shù)相結(jié)合，通過可分層疊加的方式，使得印刷在手機(jī)殼上的圖案呈現(xiàn)出浮雕般凹凸有致的立體效果。

手機(jī)殼立體打印的步驟

設(shè)備及材料：Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機(jī)、Mimaki LF-140 CMYKW五色UV墨水、PVC手機(jī)殼、Adobe Illustrator CC圖形軟件、Labthink CHY-C2測厚儀、3M 610型油墨附著力測試膠帶、SHEEN Ref-705耐劃傷測試儀。

1.選擇承印物

通過在人口密集地區(qū)的隨機(jī)問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，約92%的手機(jī)用戶表示會選擇使用手機(jī)殼，而人們對市面上比較常見的手機(jī)殼材質(zhì)（如硅膠、皮質(zhì)、金屬、塑料等）的認(rèn)可度不盡相同，有80%的用戶選擇了塑料材質(zhì)的手機(jī)殼。因此，本實驗選擇了受眾面廣、普適性高的塑料手機(jī)殼作為承印物來實現(xiàn)浮雕立體打印效果。

2.原稿的獲取及分層

在獲取手機(jī)殼表面設(shè)計原稿時，可以采用掃描或直接使用軟件設(shè)計的方法獲取相關(guān)圖案，進(jìn)而對各圖案元素進(jìn)行分層處理，以便后續(xù)進(jìn)行多層打印，形成立體效果。

在分層時，應(yīng)當(dāng)充分考慮不同立體元素之間的視覺遠(yuǎn)近關(guān)系。按照“視覺距離越遠(yuǎn)打印層數(shù)越少，視覺距離越近打印層數(shù)越多”的原則進(jìn)行設(shè)定。若采用設(shè)計稿，則應(yīng)該盡量使用Illustrator軟件繪制的矢量文件，以便于設(shè)計稿的調(diào)整，同時也能適用于多種機(jī)型手機(jī)殼的生產(chǎn)。

3.手機(jī)殼的定位

手機(jī)殼立體打印效果的好壞，很大程度上取決于定位時設(shè)計圖形的版心與手機(jī)殼中心位置能否高度重合，這是整個打印過程中的難點。

在開始打印前對Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機(jī)打印頭的位置進(jìn)行調(diào)整，使其能夠準(zhǔn)確定位。與此同時，為了解決手機(jī)殼不易齊整地固定在打印平臺上的問題，可以用紙膠帶或特制模具將手機(jī)殼兩側(cè)固定在打印平臺上。這樣既可以解決手機(jī)殼定位難的問題，同時還能防止油墨擴(kuò)散到手機(jī)殼兩側(cè)。

4.打印效果測試

（1）不同打印層數(shù)的效果

不同于紙張等承印物，油墨不能在塑料上向下滲透以獲得較大的附著力。因此在打印開始前，筆者使用Adobe Illustrator CC軟件設(shè)計了如圖1所示的C、M、Y、K四色打印層數(shù)測試版（包含需打印1～12層UV墨層的線條和色塊元素），以及如圖2所示的C、M、Y、K四色線條寬度測試版（包含同一打印層數(shù)、不同線條寬度的元素）。打印以上兩個測試版，用以測定手機(jī)殼表面可打印立體層數(shù)的極值大小和線條寬度對油墨附著的影響。

（2）最小打印層數(shù)差的效果

為了凸顯立體元素，需確定兩元素間的最小打印層數(shù)差，即墨層厚度差。對上述測試版的打印效果進(jìn)行觀察，得出以下結(jié)論：①當(dāng)打印層數(shù)差為1層時，通過觀察和觸摸均感覺不到立體效果；②當(dāng)打印層數(shù)的差值為2層時，通過觀察和觸摸能夠感覺到立體效果，但不明顯；③當(dāng)打印層數(shù)的差值為3層時，通過觀察和觸摸能夠感覺到比較明顯的立體效果。因此，在表現(xiàn)立體效果時，最小打印層數(shù)差應(yīng)為3層。

5.測量墨層厚度

本實驗使用Labthink CHY-C2測厚儀對圖1所示測試版的打印成品中， CMYKW五種顏色UV墨水的墨層厚度進(jìn)行了測量，以便在日后使用Mimaki LF-140時，了解各色墨水的墨層厚度與打印層數(shù)之間的關(guān)系。

其中，由于所使用的Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機(jī)將白色設(shè)定為“特色”，因此在測定W色前，需要在“印刷模式”中選擇“特色版合成”，將100%的K（或C、M、Y均可）替換為100%的W進(jìn)行打印，之后方可測定其數(shù)據(jù)。

6.打印成品

依照原稿特點及分層情況，依次將要打印的文件導(dǎo)入與印刷機(jī)配套的Mimaki RasterLinkPro 5工作站隊列中，打印出如圖3所示的成品手機(jī)殼。

首先打印了兩個鋪底的元素：白墨鋪底2層、漸變背景1層；再在這兩個元素的基礎(chǔ)上，分別打印了以下幾個元素：底色花紋3層、裙子及美女上身部分6層、上衣花紋及飄飛的發(fā)絲9層。圖3所示的手機(jī)殼，打印層數(shù)最高為12層。

關(guān)鍵問題討論

1.印品性能檢測

（1）UV墨水附著力測試

為對打印出的手機(jī)殼進(jìn)行UV墨水附著力測試，筆者對照實際生產(chǎn)過程中常用的國際標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5210-1985《涂層附著力的測定法 拉開法》，使用3M 610型膠帶測定了帶有如圖1和圖2印刷測試版的打印樣品。結(jié)果表明，打印層數(shù)為12層時，完全可以滿足在手機(jī)殼表面實現(xiàn)立體打印效果的實際要求，線條的寬度也不會對油墨的附著造成任何影響。

為了驗證打印成品的附著力是否符合要求，筆者對圖3所示的打印成品進(jìn)行了同樣的測試。在實際測試中油墨沒有被3M 610型膠帶從手機(jī)殼表面剝離，這說明打印成品上的UV墨水附著牢固，完全可以滿足用戶的使用需求，與上述測試結(jié)果相同。

值得一提的是，若手機(jī)殼表面打印層數(shù)過高，還可以通過表面涂布的方式強(qiáng)化UV墨水在塑料材質(zhì)表面的附著力。

（2）耐劃傷測試

在實際生活中，鑰匙等尖銳物品常會刮蹭手機(jī)殼表面，因而耐劃傷性就顯得尤為重要。本實驗采用SHEEN Ref-705耐劃傷測試儀，通過增加砝碼的方式來檢測手機(jī)殼上UV墨水的墨層破裂臨界值，測試結(jié)果如表1所示。

當(dāng)測試值在1000g以上墨層不破裂，則能滿足日常生活中的使用要求。由表1可知，隨著打印層數(shù)的增加，墨層破裂臨界值逐漸減小。而當(dāng)打印層數(shù)為12層時，墨層破裂臨界值為1200g，說明該手機(jī)殼能夠滿足用戶的日常使用需求。

2.如何避免偏色

由于本實驗所采用的Mimaki UJF 3042-HG UV噴墨印刷機(jī)設(shè)定白色為“特色”，若不選擇“特色版合成”則在打印時白色將不會被打印出來。然而，若只是立體層部分油墨依層數(shù)的增加而疊加，那么就會產(chǎn)生嚴(yán)重的偏色，這個問題在打印漸變色時尤為突出。因此在打印受顏色疊加影響較深的圖像時，為了真實還原顏色，需要先打印兩層白墨作為鋪底，以解決由于打印層數(shù)的增加造成的偏色問題。

3.成本分析

單個具有立體打印效果的手機(jī)殼的成本主要由手機(jī)殼和打印時消耗油墨的價格組成，人工成本和設(shè)備損耗等暫不計入。以本次實驗為例，成本情況如下。

（1）市面上常見的普通塑料手機(jī)殼的采購價格約為1.2元/個。

（2）消耗油墨的價格核算方法如下。本實驗所使用的是Mimaki公司生產(chǎn)的LF-140型UV墨盒，容量為200mL，價格為850元/盒。使用該種油墨單層打印1m2大約消耗15mL油墨，平均每打印1m2所消耗油墨的價格為63.75元。以市面上暢銷的iPhone手機(jī)為例，滿版打印成本分別為iphone 6/6s為0.59元/層，iphone 6/6s Plus為0.78元/層。

然而，在大批量生產(chǎn)時，不僅手機(jī)殼基材的成本可以降低一部分，而且由于立體元素部分的油墨隨著打印層數(shù)的增加而減少，因而當(dāng)打印層數(shù)為12層時，把每個手機(jī)殼的總成本控制在10元或10元以下還是比較容易的（依據(jù)設(shè)計稿的不同略有變化）。

本文通過3D打印的方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)平面印刷對浮雕效果呈現(xiàn)的不足，為印刷有立體效果的手機(jī)殼的復(fù)制提供了新的思路。這種方法在兼具個性化、無需制版、高速度、高質(zhì)量、低價格等特點的同時，又充分發(fā)揮了UV噴墨固化速度快、無溶劑揮發(fā)、能耗小、印品穩(wěn)定性好等優(yōu)點，具有一定的普適性，還可推廣用于如玻璃、陶瓷、金屬等承印物表面圖案的打印。