取材自signindustry.com的文章Industrial Inkjet Printing on Glass: Part 1, Flat Glass,作者是Eileen Fritsch

 

理論上,只要有寬幅平台印表機及UV-固化墨水就可以在玻璃上印刷,但事實上沒那麼簡單。

 

玻璃的印刷需要專門技術,必須對玻璃的設計、製造、處理、加工、觀看距離及使用條件有深入的瞭解。

 

玻璃是以許多不同的尺寸、形狀、紋理及厚度進行製造,以因應建築、室內裝潢、汽車擋風玻璃、窗戶、瓶、罐、管及觸控螢幕等領域的裝飾或功能用途。所有的玻璃都是在玻璃窯中的高溫燒成,並在退火爐中的均勻溫度下冷卻,不同的化學性、燒成溫度、加熱及冷卻循環會製得不同需求不同種類的玻璃。浮製玻璃法可以製得平板玻璃,而玻璃吹製法可以製得空心玻璃,例如玻璃管及容器。

 

雖然有一些UV-固化墨水可以應用在裝潢及製瓶業,特別是需要用底漆及面漆將墨水固定在玻璃表面的應用,但應用在建築或汽車的平板玻璃上,效果就沒那麼好。這些應用需要特殊墨水,才能夠耐受為了進行強化及貼合所施加的高溫。

 

所以玻璃直接噴印主要是工業方法,第一部分聚焦在一些平板玻璃用的工業噴墨印刷系統,第二部分則探討裝飾玻璃瓶及包裝用的工業噴墨印刷系統。

 

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不同種類的平板玻璃

 

平板玻璃通常會施以客製化處理以符合安全性、耐久性、結構強度、能源效率及隔音等規格,因此需要特殊墨水及設計技巧。此外,玻璃在製程的每一階段都需要徹底清潔及小心處理。

 

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上圖是Dip-Tech的數位陶瓷印表機,該公司自2006年起即開始銷售數位陶瓷墨水玻璃內裝飾系統,以及製造供室外及室內建築與運輸用玻璃的數位陶瓷印表機(如上圖所示)。該公司表示其早期客戶大多是使用網版印刷、UV-墨水及噴砂等技術且專精玻璃印刷及玻璃裝飾的傳統玻璃加工業者,因為認知到數位陶瓷玻璃內印刷在製造裝飾玻璃上,可以提供更有效率且更為創新的選擇,所以才轉換至數位印刷。

 

Dip-Tech系統是結合高精度印表機、耐久陶瓷墨水及專利影像處理軟體的高端產品。

 

Dip-Tech的陶瓷墨水含有次微米玻料及在高熱玻璃回火製程中能與玻璃融合的天然顏料,這種墨水具有持久明亮、色彩逼真及功能多樣(例如光漫射、降低眩光及防滑)等特性。Dip-Tech墨水對刮磨、UV光及天候具有高抵抗性。

 

DXP影像處理軟體將標準圖檔轉換成適合玻璃的備妥列印檔案,它包含適用Adobe Illustrator的圖案產生器、適用透明介質的自動分色功能、供轉換RALPantone色用的色譜;CMIX陶瓷預混合色彩指引定義數位陶瓷印刷業的色彩標準,讓玻璃加工者及建築師得以實施準確且一致的色彩匹配。

 

平板玻璃的工業製造商使用數位印表機及陶瓷墨水產製相關產品,其中無機顏料及玻料是在高溫下與玻璃直接融合,並且在該高溫下有機添加物及墨水黏合劑均已分解,再排除氣泡及孔隙之後,即製得緻密且能夠防碎裂的結構,最後再進行表面處理,以賦予平板玻璃客戶指定的特性。玻璃與陶瓷墨水的成功燒結是確保產品無氣泡的要件,此時顏料是適當地分佈在厚度均勻的平板玻璃中。

 

在玻璃上印刷圖像需要考慮更多的設計面向,舉例來說,如果玻璃是做為隔間,那麼玻璃背面的設計就應該和玻璃正面的設計一樣優。另外,玻璃的厚度、批次間綠色及藍色的色彩變異、玻璃被照明的方式等因素都會影響設計呈現的效果。事前的良好規劃及打樣測試是設計過程不可或缺的部分,因為一旦玻璃裝設完成之後,要再修改就會變成一場災難。

 

目前Dip-TechDurstTecglass 等公司都有在賣裝飾平板玻璃用的噴墨印表機,應用領域包括建案及汽車製造業等。

 

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上圖是Tecglass的噴墨印表機,該公司在2002年成立於西班牙,並且已研究、設計及開發出照片影像及圖像設計直接噴印在平板玻璃上的Vitro-Jet系列噴墨印表機,其使用UV或陶瓷墨水在平板玻璃上列印以供室內或室外應用,包括入門款Vitro-Jet ST型、適合成長企業用的Vitro-Jet MA/MO/MT型、適合小空間用的Vitro-Jet XY型及超寬幅Vitro-Jet XXL型。輔助設備包括Vitro-Wash預印玻璃清洗、Vitro-Clima清潔室、Vitro-HIT數位陶瓷墨水烘乾器、供數位印刷產線用的傾斜及輸送桌Vitro-M、加工用滾筒塗佈機Vitro-Roll

 

玻璃加工者的角色

 

玻璃加工者專精製造不同種類的玻璃產品,以符合建築師、設計師、開發者、工程師及顧問所開出的規格。就像印刷公司一樣,玻璃加工者也持續在尋求新穎的方式以增加產品的價值。供玻璃裝飾用的工業噴墨印刷系統可以提供客戶個性化及客製化能力,這是網版印刷或其他玻璃裝飾技術無法以經濟規模達成的目標。

 

IBIS World分析師表示在美國,玻璃製造是年產值約260億的產業,共有約4,652家公司,僱用人數約86,496人。IBIS將玻璃製造商及加工者分為4類:(1)平板玻璃;(2)玻璃容器;(3)壓製或吹製玻璃;(4)因其他產品而購買的玻璃,例如鏡子、傢俱或觸控螢幕。

 

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上圖是荷蘭小鎮Schijndel露天市集的玻璃農場,其內有辦公室、商業及娛樂空間。裝飾玻璃的面積總計有1800平方公尺,外部是由MVRDV的建築師參考歷史及當地農場的照片,及考量文化特色、照相寫實主義、材料模擬、太陽光控制、遮光及透明度等因素設計而成。這些超過5000片的絕緣玻璃是以Dip-Tech印表機進行印刷,並標記號碼以利安裝。

 

平板玻璃

 

平板玻璃是以不同的厚度及性質製造出來,以滿足多樣的性能需求,舉例來說,平板玻璃可施以貼合、強化、熱處理或者化學韌化,視玻璃是否要耐受颶風、雹暴、化學濺溢、爆炸、撞車及竊盜而定。

 

貼合玻璃是將兩片或多片平板玻璃以強韌澄清的樹脂(聚乙烯醇縮丁醛或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物)內層永久黏合在一起而製得,這個內層可以將玻璃拉在一起,即使玻璃碎裂時亦然。貼合玻璃也可以改善辦公室隔間的隔音性質或者阻擋UV光。

 

強化玻璃是製程中施加了額外的加熱及冷卻處理,其強度是家庭窗玻璃所用回火玻璃的4倍。回火玻璃碎裂的時候會產生尖銳、不規則的碎片,而強化玻璃則會碎裂成許多小片、無尖突且較安全的碎片。

 

建築師及室內設計師使用貼合玻璃及強化玻璃做為室內配件,例如隔間、門、帷幕牆、淋浴間、地板、樓梯及裝飾藝術;或者做為室外用途,例如窗戶、天窗、遮雨棚及陽台。

 

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上圖是加拿大多倫多瑞爾森大學學生學習中心的玻璃帷幕,其兼具裝飾性及功能性。這些超過3000片的平板玻璃是Prelco公司用Dip-Tech印表機及白色陶瓷墨水列印而得,可使室內的光線品質饒富變化。瑞爾森大學要求這棟建築必須通過LEED認證,所以建築師必須想辦法達成能源效率,同時還要維持自然景觀及自然光。該玻璃帷幕包含3層釉料、低輻射(low-e)塗層及超過53,820平方呎以Dip-Tech陶瓷墨水列印的圖像,它能夠提供室內熱舒適性(Thermal comfort),減少電腦的眩光,控制建築物內的陽光及陰影,以及防護鳥類安全。大部分LEED認證的建築物具有不高於40%的玻璃,但這個建築物具有超過60%的玻璃。

 

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除裝飾之外的設計考量

 

設計諸如玻璃之類的透明、非多孔性基材的直接列印,和設計數年間就要換新的招牌或廣告列印,在理念上有極大的差異。對玻璃而言,其設計要兼具裝飾性及功能性。

 

依據Dip-Tech專家的說法,數位陶瓷玻璃內印刷可以創造色彩豐富、耐久及具有功能性的設計,這是以前技術所無法達成的。

 

某些玻璃設計技巧可能會影響耐久性,因此在設計持續使用3040年的建築時要特別注意。其他的設計也有著重永續性的議題,這對新式建築是基本的要求。

 

Dip-Tech表示數位陶瓷印刷正在改變建築師思考及規劃的方式,它不但影響小細節,也可能衝擊到整個建案。

 

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例如,藉由改變列印在玻璃上圖案的密度,建築師可以控制有多少的自然光能夠進入特定房間,在特定區域及位置白天通常會有多少日照得熱量(solar heat gain)。因為大家愈來愈期望建築師能夠設計出能源效率符合LEEE認證的建築物時,所以讓玻璃更具功能性就變得越來越重要。

 

利用Dip-Tech印刷玻璃效能計算器,建築師可以評估Dip-Tech陶瓷墨水在玻璃上印刷的能源效率,該計算器讓玻璃設計師得以估量不同設計對太陽得熱係數及玻璃可見光百分比所造成的影響。

 

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設計也可以用來解決其他的挑戰,例如預防鳥類撞擊到澄透的玻璃,或者模擬較貴重但較不環境友善材料的外觀。

 

玻璃的透明性可以展現技術挑戰及創作機會,有了數位直接印刷系統及適合的軟體,設計師得以創作重影印刷的獨特效果,也就是不同的圖像彼此交疊印刷,而可以從玻璃的不同角度觀看設計。

 

多層印刷可以在半透明柔和焦點的背景上印得精確聚焦圖像,從另一側觀看而呈現不透明,讓創作不受限。

 

對受過玻璃印刷技術訓練的設計師及藝術家而言,玻璃設計是一項正在興起的特殊利基市場。有時候建築師會雇用數位玻璃設計師或數位玻璃工程師進行玻璃的設計,有時候玻璃加工業者為了服務客戶,會提供玻璃設計及製作好的檔案。

 

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上圖的Durst Rho Vetrocer平台機系列是特別針對工業玻璃裝飾業開發出來的產品,其使用專門為玻璃印刷調製的無機陶瓷墨水,不需底漆即可直接噴印在玻璃上,並且可以在後印刷焙烤階段以內聯的紅外線乾燥器進行加熱而和玻璃永久融合。

 

Rho Vetrocer裝飾的平板玻璃可以用於室內店面陳設、吧台裝飾、遊戲機、淋浴間、電梯蓋板及門;室外應用包括建築物外觀、臨時店舖、季節性室外招牌、臨時展示及太陽能板。

 

Durst Rho Vetrocer 250可以裝飾寬2.5公尺、長8公尺的玻璃,視玻璃的重量及送料台而定。

 

乾燥器在溫度110度對陶瓷墨水進行固化,這個過程是利用表面感測器自動調整,該感測器可以偵測玻璃進出乾燥器時的表面溫度,另外,玻璃可以經過烘烤以製得貼合安全玻璃。

 

Durst Rho Vetrocer所用的陶瓷墨水是金屬無毒顏料、無鉛玻料、分散劑與載液的混合物,顏色有紅、藍、綠、黃、黑及白色,不含鉛、鎘及鎳,且符合DIN規範。

 

Durst開發的顏色管理軟體讓設計師可以在玻璃上重現RAL標準色,Caldera RIP軟體提供自動拼接、縮放及鏡相等功能。

 

Vetrocer介質輸送系統的檯面具有吸力蓋,讓玻璃在印刷及固化階段可以極為準確的對位,然後回到起始位置以進行重影圖像或多層印刷。另外,表面感測器可以讓圓形玻璃或者具有圓角的玻璃準確定位以進行印刷。

 

工業印刷需要深厚的專業知識

 

對製作以玻璃為基材的招牌、大圖及展示而言,最簡單的方法就是先印刷在透明的膜、貼紙及標籤,然後再貼到玻璃上,這對小面積的玻璃或者不需要撐過510年的應用都還可行。

 

但是對必須在種種嚴苛條件下撐過數十年的高端、大面積、玻璃裝飾產品而言,使用特殊陶瓷墨水的工業噴墨系統卻是不可或缺的。

 

隨著玻璃越來越普遍地使用於計算裝置的觸控螢幕板及家庭器具,玻璃加工可能變得越來越複雜。具有奈米晶體塗層的智慧玻璃因為可以選擇性遮蔽熱及光,預期它是設計節能建物的熱門材料。

 

建築師正開始對玻璃材料的潛力進行試驗,例如在漢堡的一棟五層樓的建築物內,藻類在生物反應器的玻璃板間成長,並由光及二氧化碳製造生物質及熱,然後熱交換器將熱直接送到建物內的15個房間,生物質被排出並用來製造生物氣體,燃料電池再將生物氣體轉換成電力及熱。

 

當玻璃越來越普遍地用於建築材料時,以往對網版印刷及其他形式玻璃裝飾具有經驗的玻璃加工業者最終可能還是要利用數位玻璃直噴技術的優勢,才能永續精營。

 

本系列第二部將討論玻璃瓶直接噴印技術及其面臨的挑戰,以及已經打人這個市場的一些公司。

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