“革命性”数字印刷技术在包装领域的应用预计将加速

数字喷墨打印机嗡嗡作响，几秒钟内就能吐出清晰鲜艳的文件，这对大多数美国人来说是再熟悉不过的场景。正如这项创新在取代点阵打印机等传统工具时改变了家庭和办公室打印一样，工业规模的数字喷墨技术如今正在改变包装领域。 

"这与家用彩色打印机非常相似，"印刷设备制造商Kirk-Rudy的销售和营销副总裁Jim Williams表示。"包装领域的喷墨技术具有革命性意义。"

数字印刷技术预计将从质量和数量两方面对包装行业产生颠覆性影响。主要优势包括将装饰设计从概念快速便捷地转化为印刷图像，以及大幅减少浪费。

设备制造商EFI的全球营销副总裁Ken Hanulec表示，包括DS Smith、Georgia-Pacific、International Paper和WestRock在内的包装公司是"数字创新者中的一员"，正在试验数字印刷技术。其他主要设备制造商还包括Barberan、Domino、Durst和HP。

按体积计算，数字印刷仅覆盖整个包装市场需求量的约2%， 数据来自咨询公司Keypoint Intelligence。该技术在包装领域的应用尚处于早期阶段，从模拟系统转型的过程较为缓慢，但发展势头预计将加快。市场研究公司Smithers预测，数字印刷将成为 2022年至2027年间增长最快的包装印刷技术 。

“喷墨印刷在市场中占比较小，但价值要高得多，”Smithers的印刷分析师兼顾问Sean Smyth在10月的一次网络研讨会上表示。“这就是为什么越来越多的印刷商开始考虑数字印刷：因为它提供了高附加值的机遇。”

据Keypoint Intelligence分析师称，数字印刷在包装领域实现主流市场接受的路径分为两条：一是印刷标签供应商，二是直接在包装介质上进行印刷的厂商。

虽然窄幅标签的数字印刷之旅始于1994年，但将这项技术直接应用于包装仅在大约五年前才开始受到关注。据Keypoint分析师称，数字印刷在瓦楞包装上的应用始于2001年，随后在2016年随着新一代技术的发布而重新兴起。折叠纸盒和软包装的技术探索才刚刚开始。 

“就数字印刷而言，我们处于非常不同的市场发展阶段，”Keypoint包装业务副总裁杰夫·韦特斯滕表示。“在瓦楞纸、折叠纸盒和软包装等核心市场——如果你想把硬质包装也算进去的话——它其实才刚刚起步。”

根据Keypoint的一项调查，近四分之三（73%）的加工商认为该技术具有颠覆性，并将推动未来转型。与大多数创新一样，包装领域的数字印刷必须克服早期阶段的障碍，才能让用户相信其价值优于久经考验的传统系统。许多早期采用者和技术支持者认为，与其他印刷方式相比，数字印刷在效率和灵活性方面的提升值得投入并值得经历学习曲线。

加工商最初涉足数字印刷可能是为了降低长期单件成本，但“他们可以也应该将其扩展为驱动全厂生产效率的提升，”韦特斯滕表示，并解释说更好的数字利用率有助于整体生产线优化，从而提高系统级生产效率。加工商有望实现5%的设备利用率提升，这“对盈利能力有重大影响，”他说。

“印刷是加工厂的传统瓶颈，如果消除这一瓶颈，就可以同时优化上游和下游流程，”韦特斯滕表示。“这就是（数字印刷）开始发生变革的地方：将系统和流程对齐，并围绕响应能力和灵活性释放新的能力。” 

印版上的功夫已足够

几十年来，胶版印刷、柔版印刷和凹版印刷等方法一直主导着包装印刷行业。这些工艺涉及将设计图案雕刻或压印在金属或柔性印版表面——印版形状可为平面或圆柱形——然后将油墨施加到印版上，再将图案压印到包装介质上。 

根据方法的不同，需要使用不同的印版分层施加不同的颜色。而制作新设计需要制作新印版并将其替换旧印版，这一过程既耗时又昂贵。通常，每个印刷任务都需要多块印版。 

另一方面，数字印刷不依赖印版。设计师在计算机程序中设计出所需图像，然后将数字文件发送到喷墨机构，喷墨机构将墨滴直接喷射到包装介质上。 

"你可以直接带着文件上印刷机。因此，一旦设计图获得批准并签字确认，发送到机器中，就可以开始印刷了，"Printpack 的市场开发经理 William Barlow 说道，该公司使用数字印刷生产柔性塑料包装。"你不需要这些额外的步骤，也不会有与印刷相关的额外成本。"

数字设备通常分为两种不同的机型：卷筒纸印刷机，其中连续供应的包装材料蜿蜒穿过卷对卷机械，在印刷后被切割成段；以及单张纸印刷机，例如用于某些瓦楞纸介质的设备。 

彭博情报的瓦楞包装市场分析师Ryan Fox表示，卷筒纸印刷机往往比单张纸印刷机更不复杂。他说，对于单张纸印刷机，“每一张纸都必须单独运输，纸张更厚，更容易受到各种扰动和干扰”，这导致两种机型在印刷质量上存在差异。Wettersten表示，这些因素也使得卷筒纸印刷机的产能大约是单张纸印刷机的10倍。

“我们今天看到的是大型瓦楞纸公司开始投资卷筒纸印刷机，以彻底改变工作流程，”他说。“对交货时间的影响相当令人瞩目：你可以将重复订单的传统交货时间从18到20天缩短到数字印刷机上的不到五天。”

据Keypoint称，虽然早期的数字设备通常需要将介质多次送入打印机才能达到所需的颜色和油墨覆盖率，但单次通过数字印刷于2016年出现，并正在进一步改变游戏规则。

多道工序设备“速度非常慢，一次只能处理一张很大的（瓦楞）纸板——而且那张纸板可能需要几分钟才能印完”，但现在单道工序的数字设备效率更高、也更常见，Fox表示。他估计美国大约有60台用于瓦楞纸板的单道数字印刷机在运行。 

较旧的穿梭式技术使用在介质上方来回移动的打印头。现代单道印刷机使用固定打印头，当介质在传送带上通过下方时喷墨。

“超高速穿梭式系统在物理、墨滴定位、精度、运动控制以及速度本身方面已经达到了极限。使用穿梭系统，我真的无法再提速了，”Hanulec说。“单道技术是一种极具扩展性的技术……我们坚信单道是未来。” 

EFI在全球安装的60台数字设备中，约80%用于瓦楞包装，其余20%用于标牌和展示，Hanulec表示。

“通常瓦楞纸板生产商在其配送半径每300到500英里范围内就设有一台印刷机，以便向供应链或零售客户交付纸箱，”他说。“我们看到了为那些大型企业安装大量印刷机的机会，帮助他们实现100%数字化的目标。”

数字印刷的讨论大多集中在瓦楞纸领域，不仅因为瓦楞纸是最大的包装细分市场，还因为它是这项技术较为适用的基材之一。水性墨水适用于多孔表面，而紫外光固化墨水则覆盖在表面之上，适用于塑料等基材。印刷与营销解决方案公司Quad的包装部门总经理Smith Lankford表示，数字墨水能带来不同且更佳的外观效果。 

Keypoint分析师还预测混合设备的使用将迎来“爆发式增长”。这类印刷机集成了多种数字和模拟印刷及印后加工技术——主要是数字印刷与柔版印刷——以发挥各系统的优势。例如，数字喷墨印刷线可配备一个或多个柔版印刷工位。海德堡、Kento Digital Printing和克朗斯等供应商均生产混合系统。

对于寻求更高灵活性和自动化、但又不想完全转向数字化的加工商而言，混合方案正成为受欢迎的数字入门选择。一些加工商也更青睐数字喷墨印刷的便捷性与柔版印刷的涂布和装饰能力相结合所带来的叠加优势。 

不过，数字印刷技术并不局限于平面基材。包装供应商传统上使用丝网印刷将装饰直接转移到瓶罐上而无需标签，但数字喷墨印刷也正逐步进入这些领域。 

"我们明白技术挑战在于直接在3D形状的容器上印刷，"O-I Glass葡萄酒与烈酒全球市场总监Melianthe Leeman表示。该公司在欧洲运营一台数字印刷机已有约四年时间，并与Krones合作，根据需要优化印刷工艺。一个中期目标是将数字印刷能力扩展到O-I在美国的工厂，但这一目标因新冠疫情而被搁置。

一个关键特点是，该设备在装饰过程中不会将瓶子水平倾斜，而是旋转直立的容器，使墨水能够转移到所有表面。"这台设备实际上让瓶子保持垂直位置。瓶子不动——印刷笼自行旋转。然后由打印头使用CMYK技术印刷图像，"Leeman说。

提升可持续性

数字喷墨印刷机供应商和服务提供商宣称，这项创新在可持续性方面优于传统模拟印刷。他们主要指出，消除印版带来的好处，这意味着可以减少浪费和排放。

生产工业规模的印版，每块可能重达数百磅，资源消耗巨大。虽然一些印刷商回收或再利用模拟印版——尤其是金属印版——但许多印版仍被丢弃。由于各公司印刷计划的不同，实际废弃量难以量化，但Fox表示，随着印版磨损或印刷设计变更，每年有“数百万”块印版成为废料。

直接介质印刷消除了额外标签基材带来的多余材料和浪费。Georgia-Pacific数字印刷战略与增长副总裁Robert Seay表示，数字印刷的三层纸板无需为印刷专门增加额外层。“你省去了一层纸。因此从理论上讲，它比传统的四层方案更高效、更环保。”

O-I的Leeman表示，对于瓶装产品，去除标签可减少基材使用，并消除最低订购量带来的浪费。“通过数字印刷，你可以按灌装活动所需的数量及时印刷，因此浪费大大减少。” 

按需印刷让各基材领域的加工商能够减少过度生产，从而大幅降低废料量。此外，用户表示，与胶印相比，喷墨精确的墨滴技术可以减少浪费。

其他数字喷墨机械工艺（如固化）比模拟机器更节能，从而减少整体碳排放。 

“我们采用LED UV油墨固化技术，相比某些热固化技术能耗降低80%，”EFI的Hanulec表示，并将其描述为“冷固化技术”。

虽然UV油墨本身并非完全可回收，但“在加工过程中有办法将其与纤维进行某种分离”，他说。

实施障碍与改进

尽管该技术的应用正在增长，但消息人士表示，主流数字印刷技术的普及仍需克服某些障碍。

改造传统模拟系统并非可行之选。因此，企业通常会投资整条生产线而非零散组件，这推高了成本。由于该创新在包装领域尚属新兴，前期设备价格仍然较高，而这一成本是迄今阻碍其更广泛普及的主要因素，彭博社的Fox表示。

在生产端，消息人士称，在达到一定产量之前，数字印刷的成本更高。成本交叉点因企业和印刷任务而异，但消息人士表示，通常位于数千印次的区间。

“交叉点大约在1万到5万次印刷量之间。一旦超过这个范围，柔版印刷或某些现有的模拟技术可能更有优势，”哈努莱克表示。“但我们相信，数字印刷所带来的价值主张远远超过长版印刷的限制和单位成本。我们相信将会出现一个转折点。”

许多设备供应商和包装加工商认为数字印刷更适合小批量或短版订单。

“如果你要印刷400万件（这类产品），喷墨印刷不会是首选技术，因为它成本高昂——需要使用水性油墨，从长远来看整个流程可能非常昂贵，”柯尔柏-鲁迪的威廉姆斯表示。“柔版印刷或平版印刷是为长版印刷而设计的。”

短版的定义因公司而异。但根据基普oint分析师的报告，对许多加工商而言，低批量订单占其总业务量的比例不足10%。分析师表示：“参与低批量业务是维持加工商所期望的高批量业务参与度的必要条件。”

此外，使用数字卷筒纸印刷设备来完成折叠纸盒的后道加工也颇具挑战性，夸德公司的兰克福德表示。

“我们确实拥有能够帮助我们完成模切的后道加工设备，并使其准备好进入折叠和糊盒环节，”他表示。“但这种设备操作起来更复杂一些，速度也稍慢一些。因此它并不完全适合长版生产。” 

在单张纸印刷方面，Quad在色彩工艺上也遇到了一些设备挑战。兰克福德表示，使用四色单张纸数码印刷机时，“我们无法匹配足够多的Pantone色库来满足客户需求”。相比之下，Quad的卷对卷设备使用六到七种颜色，使最终产品更接近Pantone色库。

“技术一直在进步，情况已经有所改善，”兰克福德说。“在未来的某个时候……我相信它会发展到能与胶印竞争的水平。但今天还做不到。”

设备制造商不断调整机器以缓解客户面临的挑战。例如，Kirk-Rudy的威廉姆斯指出了一种刮水机构，用于防止喷墨打印机的一个常见问题：打印头堵塞。在打印一定次数后，一块特制的布料会从打印头上方掠过，无需操作员手动擦拭打印头。 

他还表示，与家用喷墨打印机不同，工业型号的机器在闲置时，“墨水中的微小颗粒会流过打印头”，以防止墨水干燥和堵塞。Kirk-Rudy提供了一项专有功能，防止传送带沾上墨水：一个小型真空装置将墨水颗粒吸入槽中。

随着数字印刷技术的进一步改进以及更多加工商采用该技术，价格将会下降——正如大多数技术那样——这将推动其向主流应用迈进，消息人士称。据Keypoint分析师表示，尚未涉足数字印刷的加工商普遍认为，这不是会不会采用的问题，而是何时采用的问题。

扩大规模一直是"一个缓慢的过程"，但数字业务正在稳步增长，预计不久将加速，EFI的Hanulec表示。"现在是模拟向数字真正开始加速的时候了。"