一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法

技术领域

本发明涉及3D光栅领域，尤其是涉及一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法。

背景技术

3D光栅（全称：3D柱镜光栅）是形成光栅立体画/变图的主要材料，其利用柱镜光栅结构，裸眼即可看到栩栩如生的立体世界，匪夷所思的立体效果：手摸上去是平的，眼看上去是立体的，有突出的前景和深邃的后景，景物逼真。

中国发明申请CN106904013A公开了一种3D光栅软胶印刷工艺，包括如下步骤：在铜版纸上印刷热转印离型油层；在热转印离型油层上丝印第一白墨涂层；在第一白墨涂层上胶印印刷多角度动感图案/图纹；在多角度动感图案/图纹上覆上软胶膜；把前一步得的半成品进行热压，使软胶膜上形成光栅纹，多角度动感图案/图纹表现3D立体效果；把铜版纸剥离，再丝印第二白墨涂层，根据规格裁切即得成品。

然而，目前3D光栅的制造工艺存在以下缺陷：

1、生产效率低。用市场上卷材裁切成片材，只能对片材的TPU膜进行逐个加工，无法直接对卷材进行工业化连续加工。这是由于转印和热压两个工艺步骤需要使用铜版纸和热压模具，热压模具受尺寸影响，只能单片材料压合加工，而且形成光栅纹理时需要加热平板光栅模具(通过平板光栅模具升温至90℃，TPU基材变软形成3D纹理），单片成型的时间约为40s。从加工前要对TPU膜进行预裁切（形成片材），经过铜版纸上印刷图案或转印膜上印刷图案，再将图案转印到TPU膜材上，经热压成型后最终得到成品，效率较低。

2、同一批产品的一致性较差。由于传统的3D光栅的光栅纹（即光栅结构）是通过热压的方式形成的，热压时需要通过人手的方式放置片材，位置容易放偏，，此外，传统的平板光栅模具由于采用铜基材，在高温过程中，易发生形变及表面氧化等问题。因此，在制造过程中，同一批次的3D光栅的栅线密度（即相邻两个光栅纹的距离）和栅线高度（即光栅纹的高度）都可能会出现不一致的情况，良品率通常为85%左右。这种不一致会导致部分3D光栅的光栅纹与前述的转移图案错开，影响产品的视觉效果。

3、生产周期过长。从图案确定到印刷、数码转印，到复合膜材到压3D光栅纹理，即使订单数量少也需要完整生产流程。而且，在此过程中，如有图案设计失误等因素则会导致整个过程需重新开始，完全谈不上满足订制化、批量化的要求。

发明内容

本发明技术方案是针对上述情况的，为了解决上述问题而提供一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

步骤1、通过UV涂布工艺将UV胶涂布在TPU基膜的正面上，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷，或者，通过流延工艺对TPU颗粒进行流延，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷；

步骤2、对TPU膜进行裁切，形成TPU膜片；

步骤3、在TPU膜片的反面上印刷图案，形成3D光栅。

进一步，在步骤1中，通过UV涂布工艺将UV胶涂布在TPU基膜的正面上，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷，具体包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU基膜；

步骤1.2、将UV胶涂布在TPU基膜的正面上；

步骤1.3、通过光照射使UV胶固化，形成UV胶材料的光栅纹；

步骤1.4、收卷，形成TPU膜卷。

进一步，在步骤1.2中，温度为45~55℃；在步骤1.3中，光照射的时间为8~15s。

进一步，在步骤1中，通过流延工艺对TPU颗粒进行流延，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷，具体包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU颗粒；

步骤1.2、加热使TPU颗粒溶化；

步骤1.3、将溶化的TPU材料流延成TPU膜，在TPU膜的正面形成TPU材料的光栅纹，并冷却成型；

步骤1.4、收卷，形成TPU膜卷。

进一步，在步骤1.2中，温度为120~140℃；在步骤1.3中，流延时间为15~25s。

进一步，在步骤1.3中，在在TPU膜的正面形成TPU材料的光栅纹之前，还包括：将分隔膜覆盖在TPU膜的正面上，分隔膜为PET膜。精密辊轮压合在分隔膜上，防止精密辊轮与溶化的TPU材料粘合，导致光栅结构变形。

进一步，在步骤2中，对TPU膜卷进行裁切之前，还包括：在TPU膜的正面复合托底膜，托底膜为PET膜，所述PET膜的厚度为0.05~0.1mm。在TPU膜的正面复合托底膜后，可以增强TPU膜的整体硬度，方便后续的操作。此外，设置托底膜相当于将TPU膜的正面改变为平面结构，可以有效地保护光栅结构，并且使3D光栅的使用更加方便。

进一步，在复合托底膜之前，还包括：在托底膜的复合面涂布高强度UV胶水。高强度UV胶水不仅粘结力强，而且固化后完全透明、产品长期不变黄、不白化，对比传统的瞬干胶，具有耐环测、不白化、柔韧性好等优点。

进一步，在托底膜的复合面涂布高强度UV胶水之后，还包括：贴合离型膜；在复合托底膜之前，还包括：剥去离型膜。离型膜可以保护TPU膜正面的高强度UV胶水，避免其复合托底膜之前受到污染。

进一步，在步骤3中，在印刷图案之前，还包括：在TPU膜的反面涂布附着力促进剂。TPU属高伸高弹树脂，表面张力过大，导致油墨很难渗透，涂布附着力促进剂后，油墨可渗透TPU膜的表面，从而增强附着力。

采用上述技术方案后，本发明的效果是：

1、相比于片材来说，通过卷材制作光栅结构的效率更高，能满足大批量生产的需求；

2、相比于转印铜版纸和热压模具这两种独立加工的工具来说，UV涂布机和流延机都可以与后续的裁切设备和印刷设备形成连续化生产，无需另外无需投入大量设备及人力，符合工业化制程的需求；

3、由于通过UV涂布工艺或流延工艺的方式形成整个卷材的光栅纹，因此同一批次的3D光栅的栅线密度和和栅线高度可以保持一致，从而提高产品的一致性，使后续所印刷的图案更容易与光栅纹对齐；

4、由于通过UV涂布工艺或流延工艺的方式形成卷材，因此可以将卷材作为半成品出售，下游厂商可根据实际的尺寸需求选用相应的印刷设备，分别满足大批量印刷和小批量印刷的要求，提高生产过程中的选择自由度。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明技术方案作进一步的描述：

本发明提供一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

步骤1、备好厚度为0.04mm的TPU基膜，采用UV涂布机，通过UV涂布工艺将UV胶（即光固化胶）涂布在TPU基膜的正面上，利用UV涂布机的精密辊轮形成正面具有光栅纹（即UV胶形成的光栅结构）的TPU膜卷（即卷材），或者，备好TPU颗粒，采用流延机，通过流延工艺对TPU颗粒进行流延，利用流延机的精密辊轮形成正面具有光栅纹（即TPU材料形成的光栅结构）的TPU膜卷；

步骤2、采用裁切床，对TPU膜进行裁切，形成TPU膜片（即片材）；

步骤3、采用印刷设备，在TPU膜片的反面上印刷图案，形成栅线密度为75线（即75DPI）的3D光栅。

与传统的热压工艺相比，由于本发明采用了UV涂布工艺或流延工艺的方式形成光栅纹，因此可以制成TPU膜卷，不必对TPU膜逐个热压，具有以下优势：

1、相比于片材来说，通过卷材制作光栅结构的效率更高，能满足大批量生产的需求；

2、相比于转印铜版纸和热压模具这两种独立加工的工具来说，UV涂布机和流延机都可以与后续的裁切设备和印刷设备形成连续化生产，无需另外无需投入大量设备及人力，符合工业化制程的需求；

3、由于通过UV涂布工艺或流延工艺的方式形成整个卷材的光栅纹，因此同一批次的3D光栅的栅线密度和和栅线高度可以保持一致，从而提高产品的一致性，使后续所印刷的图案更容易与光栅纹对齐；

4、由于通过UV涂布工艺或流延工艺的方式形成卷材，因此可以将卷材作为半成品出售，下游厂商可根据实际的尺寸需求选用相应的印刷设备，分别满足大批量印刷和小批量印刷的要求，提高生产过程中的选择自由度。

其中，步骤1中，UV胶可以为UV型OCA光学胶。步骤3中，大批量印刷可采用柯式印刷机进行印刷，而小批量印刷可采用UV打印机进行印刷。

可选地，在步骤1中，通过UV涂布工艺将UV胶涂布在TPU基膜的正面上，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷，具体包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU基膜；

步骤1.2、利用UV涂布机精密辊轮的压合作用，将UV胶按照精密辊轮上的光栅纹理结构（或者说齿形）涂布在TPU基膜的正面上；

步骤1.3、采用UV汞灯，通过光照射使UV胶固化，形成UV胶材料的光栅纹；

步骤1.4、收卷，形成TPU膜卷。

具体地，在步骤1.2中，温度为45~55℃。上述温度范围可以保证UV胶呈熔融状态，方便涂布。

具体地，在步骤1.3中，光照射的时间为8~15s。上述时间范围可以确保UV胶转化成固态。

可选地，在步骤1中，通过流延工艺对TPU颗粒进行流延，形成正面具有光栅纹的TPU膜卷，具体包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU颗粒；

步骤1.2、加热使TPU颗粒溶化；

步骤1.3、将溶化的TPU材料流延成TPU膜，利用流延机的精密辊轮的压合作用，按照精密辊轮上的光栅纹理结构（或者说齿形）在TPU膜的正面形成TPU材料的光栅纹，并冷却成型；

步骤1.4、收卷，形成TPU膜卷。

具体地，在步骤1.2中，温度为120~140℃。上述温度范围可以保证TPU颗粒处于溶化状态。

具体地，在步骤1.3中，在在TPU膜的正面形成TPU材料的光栅纹之前，还包括：将分隔膜覆盖在TPU膜的正面上，分隔膜为PET膜。精密辊轮压合在分隔膜上，防止精密辊轮与溶化的TPU材料粘合，导致光栅结构变形。

具体地，在步骤1.3中，流延时间（包含冷却时间）为15~25s。上述时间可以确保TPU膜冷却成型。

具体地，在步骤2中，对TPU膜卷进行裁切之前，还包括：在TPU膜的正面复合托底膜，托底膜的硬度大于TPU膜的硬度。由于TPU膜的硬度较小（即较为柔软），在裁切和印刷过程中难以定位，并且在运输和使用过程中也多有不便，因此，在TPU膜的正面复合托底膜后，可以增强TPU膜的整体硬度，方便后续的操作。此外，设置托底膜相当于将TPU膜的正面改变为平面结构（对光栅结构进行填充），可以有效地保护光栅结构，并且使3D光栅的使用更加方便。

更具体地，托底膜为PET膜，PET膜的厚度为0.05~0.1mm。PET有膜良好的力学性能，冲击强度是其他薄膜的3~5倍，耐折性好。

更具体地，在复合托底膜之前，还包括：在托底膜的复合面（即反面）涂布胶水。托底膜通过胶黏的方式复合在TPU膜的正面，方便快捷。

更具体地，胶水为高强度UV胶水。高强度UV胶水不仅粘结力强，而且固化后完全透明、产品长期不变黄、不白化，对比传统的瞬干胶，具有耐环测、不白化、柔韧性好等优点。

更具体地，在托底膜的复合面涂布高强度UV胶水之后，还包括：贴合离型膜；在复合托底膜之前，还包括：剥去离型膜。在一些情况下，涂布高强度UV胶水之后不会马上复合托底膜，因此，设置离型膜可以保护TPU膜正面的高强度UV胶水，避免其复合托底膜之前受到污染。

具体地，在步骤3中，在印刷图案之前，还包括：在TPU膜的反面涂布附着力促进剂。该附着力促进剂可以为UV光油。TPU属高伸高弹树脂，表面张力过大，导致油墨很难渗透，涂布附着力促进剂后，油墨可渗透TPU膜的表面，从而增强附着力。通过附着力促进剂可以增强TPU膜的附着力，使得油墨更加稳定地附着在TPU膜上，满足百格测试要求，不容易掉色。

【实施例1】

本实施例提供一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU基膜；

步骤1.2、采用UV涂布机将UV胶涂布在TPU基膜的正面上，温度为70℃；

步骤1.3、通过光照射使UV胶固化，形成UV胶材料的光栅纹，光照射的时间为15s；

步骤1.4、收卷，形成膜材长度400m的TPU膜卷；

步骤2、在托底膜的复合面涂布高强度UV胶水，在TPU膜的正面复合托底膜，托底膜为PET膜，PET膜的厚度为0.05mm，采用裁切床，对TPU膜进行裁切，形成TPU膜片；

步骤3、在TPU膜的反面涂布附着力促进剂，采用印刷设备在TPU膜片的反面上印刷图案，形成3D光栅。

上述制造方法制造的3D光栅的预设栅线密度为75线，栅线高度为0.06mm。通过检测每一批3D光栅中，栅线密度和栅线高度的浮动范围，判断该批3D光栅的产品一致性是否符合要求。其中，浮动小于±0.005mm的情况下，则符合产品一致性要求，定义为良品，否则，则不符合要求，定义为不良品。

通过上述制造方法制造的100批3D光栅，经检测，良品率为95%，仅有5%出现同一批次中栅线密度和栅线高度不一致的情况（受到UV胶上胶量、温度差异、收卷张力控制等因素影响），产品一致性远高于通过传统工艺制造的3D光栅。

此外，相对流延工艺而言，UV涂布工艺的效率更高，而且由于UV胶在涂布时的可控性更强，因此通过UV涂布工艺制造的3D光栅的一致性更好。

【实施例2】

本实施例提供一种以TPU为基材的3D光栅的制造方法，该制造方法包括以下步骤：

步骤1.1、备好TPU颗粒；

步骤1.2、加热至130℃使TPU颗粒溶化；

步骤1.3、将溶化的TPU材料流延成TPU膜，在TPU膜的正面形成TPU材料的光栅纹，并冷却成型，流延时间为30s；

步骤1.4、收卷，形成膜材长度400m的TPU膜卷；

步骤2、在托底膜的复合面涂布高强度UV胶水，在TPU膜的正面复合托底膜，托底膜为PET膜，PET膜的厚度为0.05mm，采用裁切床，对TPU膜进行裁切，形成TPU膜片；

步骤3、在TPU膜的反面涂布附着力促进剂，采用印刷设备在TPU膜片的反面上印刷图案，形成3D光栅。

上述制造方法制造的3D光栅的预设栅线密度为75线，栅线高度为0.06mm。通过检测每一批3D光栅中，栅线密度和栅线高度的浮动范围，判断该批3D光栅的产品一致性是否符合要求。其中，浮动小于0.001mm的情况下，则符合产品一致性要求，定义为良品，否则，则不符合要求，定义为不良品。

通过上述制造方法制造的100批3D光栅，经检测，良品率为92%，仅有8%出现同一批次中栅线密度和栅线高度不一致的情况（受到温度差异、材料收卷过紧导致TPU光栅材料变形、线距扭曲等因素影响），产品一致性远高于通过传统工艺制造的3D光栅。

此外，虽然流延工艺制造出来的3D光栅的一致性相对UV涂布工艺的较低（流延工艺受到材料热缩率因素的影响），但是流延工艺制造出来的3D光栅的光栅纹与TPU膜一体成型，没有使用UV胶材料，因此其牢固度更高，亲水性更好，使用寿命更长。

以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。