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    模切机专利技术综述
    来源:科健仪器 时间:2017-06-14
    模切压痕技术是传统印刷制品(比如纸张,不干胶贴,商标,标签等)后期加工的一项重要裁切工艺,主要针对各类印刷制品表面按照设计好图案的刀模版进行压力切割和压力印花。这种裁切方式使得印刷制品的形状不再是呆板的直角直边,而是形成具有一定标识作用和审美情趣的图案,因此模切质量的好坏将直接影响到整个产品的效用和形象。模切压痕技术已经过几十年的发展,模切机相应也经历了3代技术革新,且应用范围延伸至手机、数码相机、光学膜、LCD、LED、汽车等产品上,下面将通过对国内和国外模切机专利技术的统计分析,归纳模切机的发展概述与最新动态。
    1 模切机发展概述概述
     
    模切压痕的设备通常简称为模切机,目前市场上主流的模切机包括以下三种类型:平压平模切机,圆压平模切机和圆压圆模切机。但是不论哪种类型的模切机,其结构都是由模切版(或称为模切模具)和压切机构两大部分组成的,而被加工的印刷制品或者电子产品就处于上述二者之间。
     
    1.1 平压平模切机
     
    模切版被固定在平整的工作台上,模切材料放置在压板上,工作时,通过曲轴连杆或者气缸等动力源推动压板作往复运动,实现与模切版不断的离、合压,每合压一次,便进行了一次模切动作。常见的平压平模切机因模切版和压板的方向位置不同,有立式和卧式两种。
     
    1.2 圆压平模切机
     
    其模切版台是平板状的,模切版被固定在其上表面,且可以借助背面的滑轮机构作前后回程运动,压切机构则是辊筒状。工作时,在压力辊筒运转的同时,版台随之向前运动,从而实现模切。因为圆压平模切机工作时是线接触,模切时只需较小压力,机器的负载也就相对平稳。缺点是压切时刀线容易变形和移位,导致其应用范围有限。
     
    1.3 圆压圆模切机
     
     
    图为哈德胜多工位圆刀机
     
    圆压圆模切机的模切版和压切机构两者都是圆筒形,工作时,送料辊将待模切制品送到模切版辊筒与压力辊筒之间,由两者将其夹住,并对滚模压,模切版辊筒每旋转一周,完成一个工作循环。圆压圆模切机在工作时,由于辊筒连续旋转,停机时间少,因而其生产效率最高;模切时为线接触,工作压力小,产品稳定性高;现有的圆压圆模切机已能在生产线上一次完成生产、印刷和模切动作,所以更加适合大批量生产。
     
    2 模切机专利基础现状分析
     
    模切机或模切压痕技术在国际专利分类表(International Patent Classification)中并没有专门定义的组别,其主要分布在小类为B26F(打孔;冲孔;切下;冲裁;除切割外的切断)和B26D(切割;用于切断,例如切割、打孔、冲孔、冲裁的机器的通用零件)下,另外在纸品制作加工、层状产品和印刷工程单元下也有一定数量的分布。下面以国家常识产权局专利数据库为基础,对在中国申请的模切机专利的分类号分布进行统计。
     
    笔者按分类号的大类统计,实际发现模切机申请涉及到的大类有二十几个,具体分布在B26、B65、B31、B41和B32等多个大类中,为了掌握其主要分布规律,现以模切机专利申请量占前10位的大类进行统计,得到的结果,如图1所示。 
     
    图1 模切机专利申请分布图-大类
     
    从图1可以看出,模切机申请集中分布在大类B26(手动切割工具;切割;切断)中,百分比高达42%。
     
    另外,笔者通过统计发现目前世界上生产模切机设备的厂商主要集中在美国(US)、德国(DE)、瑞士(CH)、英国(GB)、日本(JP)、韩国(KR)和中国(CN),最新的专利技术也都来自于上述国家,各个国家的模切机专利申请量分布情况,如图2所示。
     
    图2 世界模切机专利申请量统计
     
    从图2所示的世界模切机专利申请量排名中可以看出:中国模切机专利申请总量截止到目前已经排在了第一位,而其余国家的专利申请量则比中国少得多,这充分说明模切机在中国仍然具有很大的发展空间,正处于活跃上升期。
     
    事实上,从1985年至2001年,模切机专利在中国的申请量每年都不会超过10件,且这段时期国内主要使用的是平压平模切机;2001年以后,国内的企业针对日渐扩大的市场需求也开始借鉴国外先进技术,然后进行了模仿的道路,2002年至2013年期间,模切机专利在中国的申请量保持飞速增长,并在2013年达到最大申请量274件,中国模切机专利申请量的年度分布图,如图3所示。
     
    图3 中国模切机专利申请量年度分布图(1985~2013年)
     
    中国模切机专利申请量的猛烈增长,主要源于国内模切机设备制造企业的快速增长,上海亚华、天津长荣已占据了国内的主要市场,下面笔者对在中国申请模切机专利的主要申请人与国别进行统计(截止至2014年底),见表1。
     
    从上表可以看出,排名前5位的模切机专利申请人中有4家是国内企业,只有1家国外企业,其中,上海亚华印刷机械有限企业是国内最大的模切机专利申请人,申请总量为96件;德国海德堡印刷机械股份企业则是国外在中国最大的模切机专利申请人,其申请总量达到35件。虽然国内在申请总量上占据一定优势,但是在专利改进上缺乏创造性,通常是边缘结构上的改进,不涉及实质技术。其中,有些专利申请在国外已经是被延用多年的成熟技术,特别是一些模切机的核心技术和先进技术都掌握在国外企业的手中。
     
    目前,国内模切机但与世界先进机型相比,在速度、精度、稳定性、自动化程度等方面还存在较大差距。因而国内企业在进行模切机技术研发时,其专利法务部门应当特别注意已经申请专利的国外模切机专利,从而立足自身特色专利的保护范围,这实际上也对国内企业的创新发展提出了更高的要求。
     
    3 重要模切机生产企业的专利特点及发展趋势
     
    3.1 重要模切机生产企业的专利特点
     
    上海亚华印刷机械有限企业是国内最重要的模切机生产制造企业,其主要产品包括自动/半自动烫印模切机,用来对纸张、纸板、瓦楞纸、塑料等材料进行模切、清废、烫印,其最新申请的专利均集中在“模切机清废装置的设计,清废装置的安装、转换,模切刀版的保护”等技术领域,比如,根据印品的需求,有的需要清废,有的不需要清废,以往都是利用手动转换,该企业为了克服上述缺陷,即发明了一种清废与不清废转换机构装置(专利申请号为CN 200620043815.9)。
     
    坂崎雕刻模具有限企业则主要是针对“圆压圆模切机的模切刀具”进行技术改进,比如为了排除圆压圆模切机在切产品时产生的废料,通过在刀辊的内腔设计一吸气装置来将模切废料吸走排掉。但是,上述两家国内企业的专利申请都以实用新型居多,创造性不足,这也间接导致其专利保护的不稳定性。
     
    海德堡印刷机械股份企业作为国际上最知名印刷成套设备供应商,旗下产品众多,除了各类印刷设备之外,印后加工设备中的模切机也是其主要产品之一。目前,海德堡印刷机械股份企业在全世界申请的模切机专利总数约为152件,以德国专利局和欧洲专利局收到的专利申请数量最多。该企业申请的模切机专利产品创新性较高,几乎全部是发明专利申请,朝着集裁切、剥离和烫印于一体的方向,最突出的特点是它的高性能不停机飞达,使活件更换与模切更换简单明了,有效缩短作业时间。
     
    另外,欧洲顶尖模切机生产企业还有瑞士的Bobst企业,该企业推出的一款平压平模切机带有自动联线清废、自动连线纸料分离、自动纸堆传送、印张纸堆传送、自动输纸装置和精密的套准系统等功能,且其最高速度可以达到12 000张/h。而在亚洲,日本IIJIMA企业的MJ1040自动模切机、韩国永信K&C企业的YT-1040NCS自动模切机,最高速度均可达到7500张/h,较于国内的6 000张/h的模切速度更具效率。
     
    3.2 模切机的发展趋势
     
    不可否认,传统类型的模切机依旧占据了国内外的主要市场,但是随着市场需求的多样化、产品标准的不断提升,目前已经出现了联机型模切机、具有加固型刀片的模切机和磁性模切机等先进机型。
     
    3.2.1 联机型模切机
     
    所谓联机型模切机主要指联机平压平模切机和联机圆压圆模切机,其与印刷机等设备连成一条生产线,自动进行压模、模切、清废等一系列操作,从而将材料一次性加工成最终产品,具有速度快、精度好、生产效率高、生产周期短等优势。
     
    3.2.2 具有改进型刀片的模切机
     
    模切刀作为模切机的重要组成部件,无论是刚性模切刀还是柔性模切刀,在生产中都不会只裁切一次,为了有效安装使用,一般会通过各种涂覆和淬火对刀片进行表面处理。而Wilson企业开发的加固型模切刀片是由特殊处理的钢制成,通过提供直线式和步进式两种类型的加固型模切刀片来延长整个模切刀组件的使用寿命。
     
    3.2.3  磁性模切机
     
    磁性模切机中的磁性辊和装有模切刀片的磁性版都是利用磁场原理制作而成的将单个永磁铁片按极性排列镶嵌在不锈钢辊基体的槽内,由于优异的极性分布使磁性辊产生很强的磁场和永磁力,利用磁场引力把模切刀版吸附在辊体表面。磁性模切技术加工精度高,同心度误差可控制在21μm以内,其在国外已经得到了广泛应用,比如在欧美发达国家至少60%的不干胶产品都是采用磁性模切机加工的,国内最早有关磁性模切机专利申请则出现在2005年。
     
    4 结论与展望
     
    传统模切机技术虽然比较成熟,但是仍然存在模切压痕位置不准、起毛等问题,并且越来越不能满足消费者对特殊包装、特殊功用、特殊材质的需求。而随着模切新技术的不断开发,一些新技术如磁性模切、激光模切也在国外开始被应用于实践生产,这些缺点将逐渐被克服。在21世纪电子、汽车产品等新生领域的猛烈冲击下,圆压圆模切机及其联动线等机型的需求量将会进一步扩大,国内和国际对相关机型的研发力度也势必增强,这将给模切机行业的发展提供了新的广阔空间。
     
    另外,虽然国内企业在模切机领域的专利申请目前处于较为活跃时期,但是申请质量还有待提高;同时大家不应当忽视通过巴黎公约或者PCT进入中国的外国申请,目前世界上最先进的模切机专利技术都集中在外国申请人手上,特别是海德堡印刷机械股份企业等几家国际知名模切机制造商。
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