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立体印刷原理及工艺技术
来源:陕西晋商数码科技有限公司 日期:2018-6-11

  在印刷领域,三维空间再现物体立体图像的印刷——立体印刷,已成为特种印刷行业中一个重要的内容,下面就谈谈这方面的技术特点及发展前景。

  立体印刷的原理和特性

  立体印刷原理就是模拟人两眼间距,从不同角度拍摄,将左、右像素记录在感光材料上,观看时,左眼看到左像素、右眼看到右像素,按照这一原理制作出的印刷品称为立体印刷。

  立体印刷具有如下特点:(1)能逼真地再现物体,具有很强的立体感。产品图像清晰、层次丰富、形象逼真、意境深邃;(2)立体印刷的原稿往往是造型设计或景物拍摄而成,而印刷品一般选择为优质的铜版纸和耐高温油墨印刷,所以光泽度好,颜色鲜艳,不易褪色;(3)印刷产品表面覆盖一层凹凸柱镜状光栅板,可以直接观看全景画面的立体效果。从人们对物体产生立体视觉上来说,对物体产生的立体视觉主要是从人的生理因素、经验和心理因素等方面而来的。实际上,立体视觉是人在视觉过程中把上诉这些复杂因素综合在一起而形成的立体信息。从生理因素上来说,有视差(两眼视差和单眼运动视差)、辐辏、调节等。具体地说,两眼视差是人们获得立体视觉的根本因素,就是在日常生活中,人们观察物体时由于两眼间的视角等原因,左右两眼所看到的物体图像就会产生差异,即视差,它给予人们立体感。

  立体图像的效果必须由显示技术来体现。这里所说的立体显示是指对图像三维空间的立体信息进行再现,这是获得立体视觉的又一基本条件。实现立体显示主要有两种方法,即两向显示法和多向显示法。

  (1)两向显示法。可分为立体镜法、双色滤色片法、偏光滤色镜法及交替分割法。无论采取哪种方法,都是利用两眼视差左右眼分别观察图像而获得立体视觉的。立体镜法:立体镜法的基本原理是使用立体镜来观察左、右的图形而形成的立体感。这种方法自19世纪出现以来一直被广泛采用,但必须使用特殊的立体镜,否则就没有立体视觉。双色滤色片法:将左、右图像分别用红、蓝油墨印刷在同一平面内,通过红、蓝滤色片观察印刷图像的方法。由于滤色片与油墨互为补色关系,所以通过滤色片观察的图像不是红色和蓝色而是黑色。因此,这种方法仅限于黑白照片,不适于彩色印刷物。再加上不同波长的光分别进入两眼,容易使眼疲劳。所以,这种方法除了制作航空地图使用外,一般很少使用。偏光滤色镜法:将左、右图像分别通过相互直交的偏光滤色镜投影在同一平面上,左、右眼也用同样的偏光滤色镜进行观察。这种方法虽然需要专用眼镜,但是在立体电影和立体电视中已得到广泛应用。交替分割法:将左、右图像交替呈现在同一平面上并将同期不必要的部分进行遮蔽,从而产生立体感。由于残像效果会引起闪光,遮蔽用的眼镜价格较高,所以,这种方法至今未能普及。

  (2)多向显示法。主要有视差屏蔽法和柱面透镜法。视差屏蔽法:视差屏蔽法也称视差狭缝法,是由F.E.Lves于1930年发明的,其工作原理是将左眼图像和右眼图像由狭缝进行分割并在软片上曝光,然后进行显影、晒版和印刷。若将其放置在摄影时相同的位置,两眼也分别置于放置图像的位置,就可看到立体图像。应用视差狭缝法,若将两个图像进行合成,就能得到视差立体图像。如果降低狭缝的开口比,可完成多个图像的合成,就可获得视差全景图像。视差狭缝法从本质上讲,光量的递减是不可避免的。因此,现在除了在柱面透镜法的摄影中使用外,一般很少使用。柱面透镜法:柱面透镜可以看成由许多凸透镜片并排构成的透镜板,它具有分像作用。此镜片的背面与焦点平面相重合。由于镜片的分像作用,可将各方向的图像A、B、C、D分离成a、b、c、d并在焦点平面上记录下来,只要将左、右两眼置于B、C的位置,就可看到立体图像。

  立体印刷的工艺和要点

  立体印刷的摄影方法

  如前面所述,柱面透镜法立体印刷,需要有从各个方向看到的被照物体的图像。摄影方法有(1)圆弧移动法。这种方法以被摄景物上某一点为圆心,从此点到照相机的距离为半径作圆弧,照相机沿此弧移动,连续或间断地进行拍摄;(2)平行移动法。将镜头围绕物体的中心线作平行移动。这种方法拍摄时,精度不易掌握;(3)直线摇动法。拍摄图像会有些走样。但如不要求较高精度时,这是一种简便的方法。

  此外,摄影时不使用柱面透镜的方法,与普通相机一样,边移动边摄影,然后把各方向图像通过柱面透镜合成。因而各个方向(6-9张)的像不能是连续的。它主要有瞬间摄影法。带有多个(6-9个)透镜的照相机,由于携带方便,最适于户外摄影,特别是移动物体的摄影。只是若不经后期合成则不能形成立体照片,在图像合成时,具有可放大尺寸的优点。普通相机移动法:将普通相机装上电动滑槽,边滑动边摄影。这与上述瞬间摄影法相比,没有什么突出的优点,只是无需特殊的相机。而摄影时使用柱面透镜的方法可在有效角度内连续地摄影。一次可得立体图像,只是摄影后想放大非常困难,而且曝光时间长,不能拍摄移动的物体,且照相机体积较大,不宜搬运。被摄体移动法与移动相机相反,是使被照物体旋转并直线移动。

  大型转盘中心与被摄物体中心相一致,转盘移动的同时进行摄影。要使用室内专用照相机,不能拍摄行动的物体;照相机平行移动法:用平行移动式相机的方法对被摄物体进行等距摄影,随着平行移动,相机总是对准被摄体的中心,可以获得良好的图像。但相机的制作非常困难,并由于构造上的限制,只为室内摄影所采用;照相机直线摇动法:这是比上述平行移动法稍简化的方法。照相机作直线左右移动,镜头反复摇动对准被摄体的中心。此方法室内及户外摄影均可;快门移动法:这种拍摄方法只限于室内近距离摄影的相机。快门移动法使用大口径镜头,随着镜头内快门的移动可摄制各方向的立体图像。这种方法镜头移动距离少,可在短时间内曝光,同时近距离摄影不会损伤立体感,特别适于肖像摄影。

  目前常用于拍摄立体印刷原稿的方法有两种,即圆弧立体摄影法和快门移动法。圆弧移动拍摄:把柱面透镜板直接加装在感光片的前面,用一台照相机进行拍摄,照相机的光轴始终对着被摄物的中心。照相机运动的总距离以满足再现图像的要求为准,一般控制在夹角3°-10°。照相机感光片前的光栅板与感光片随机同步移动。每次曝光都会在光栅板的每个半圆柱下聚焦成一条像素。当相机完成预定距离拍摄,像素则布满整个栅距。经冲洗可得立体照片。快门移动拍摄:拍摄时,快门从镜头一头移到另一头的距离为60mm,相当于人两眼的间距。同时紧贴于感光片前的栅板也相应移动,移动的距离为一个栅距即0.6mm。

  制版与印刷工艺

  由于立体图像像素细腻和柱镜光栅的放大作用,制版网线数必须在120线/cm以上。立体印刷和普通彩色印刷加网角度不同,而且青、黑色版要采用相同的网目角度。另外,不同栅距的立体印刷要有不同的黄、品红、青、黑四块版的网线组合角度,以避免干涉条纹的产生。如今国内外一般厂家使用的加网角度为:0.6栅距/cm,100线/cm的分色,则加网角度的度数为Y81,M36,C66,K66;0.44栅距/cm,58线/cm的分色,则加网角度的度数为Y50,M20,C65,K65;0.31栅距/cm,81线/cm的分色,则加网角度的度数为Y66,M22,C51,K51。

  由于立体原稿是由一条条紧密排列的像素组成的,经制版、印刷后还要复合柱镜板,所以选择网线角度时,除了要考虑网版之间形成的龟纹外,还要注意各网屏角度与像素线、柱镜板线形成的龟纹。

例如立体印刷就不宜选择0度,因为横向的网线最明显,且0度与像素线、柱镜线正交,干扰了图像的清晰度和深度感。立体印刷中青、黑版加网角度一致,是由它本身的特点决定的。由于立体印刷品最终要与塑料板复合,而该柱镜板大都带有一定的灰度,又因立体印刷使用的是极精细的300线网屏,在晒版时只需晒到8.5成或9成点,否则印刷时易糊版,这样就需加大暗调区域的色量,以达到9-9.5成点的效果。所以立体印刷比平面四色印刷的彩色印墨实地密度要高。一般为:平版胶印:Y:1-1.1,M:1.4-1.5,C:1.5-1.6;立体印刷:Y:1.33-1.35,M:1.31-1.33,C:2。如果三色印墨叠印后接近中性灰,为减少第四次套印带来的误差,就不必再印黑版,可将黑版与青版取同样的角度以便灵活掌握。在小幅面连晒时,由于曝光光源的温度会引起底片收缩,造成前后幅的栅距变化,影响印刷方位精度,因此将分色片连制成整张底片进行晒版最为理想。


  在拷贝阳图时,需在底片与感光片之间密合与栅距等宽的线片。晒制印版应使用层次表现力较好的PS版。立体印刷所选用的印刷方式要保证不因印刷而损失立体感、套印精度好、宜大量印刷。平版胶印:制版、印刷套印精度、耐印力都比较好,印品立体感较佳,制版稳定,并可大量生产;照相凹版:制版、印刷套印精度都不好,耐印力较好,印品立体效果良好,但多色印刷效果不好;珂罗版:制版调制不稳定,耐印力低,印品的印刷精度较好,立体感较佳,但不宜大量生产。立体印刷一般采用平版胶印工艺印刷。立体印刷的质量好坏,对立体图片的直观效果有着明显的影响。由于光栅的聚焦和阻碍作用,要求网线清晰、套印准确,套色误差不允许超过0.02mm,要求印墨光洁不褪色。采用高精度的四色印刷机印刷,规矩线要严格会合,并且车间要具备恒温、恒湿条件。就上述条件比较,立体照片通常采用胶印制版方法。所拍摄的立体图像底片,用电子分色或直接加网照相工艺进行分色。

  立体印刷材料和技术

  (1)纸张。印刷用纸张要求具有紧密、光洁、平整、伸缩性小的特点;通常使用铜版纸或卡纸。

  (2)光栅片材料。主要有硬塑立体光栅片。采用聚苯乙烯原料经过注塑加工成为凹凸柱镜状光栅片。聚苯乙烯无色透明(透明度达88%-92%),折射率为1.59-1.6,无延展性、易燃。由于这样高的折射率使它有良好的光泽。对透明的塑料加工就产生双折射应力--光学效应。它的拉伸强度为3.52-6.33MPa,弯曲强度为6.12-9.84MPa,热变形温度为70°C-98°C。聚苯乙烯的化学性能具有耐某些矿物油、有机酸、碱、盐、低级醇及其水溶液。遇到烃类、酮类、高级脂肪酯等侵蚀后而软化,溶于芳香烃和甲苯、乙苯及苯乙烯单体等。在某些情况下,化学试剂对聚苯乙烯的侵蚀程度可通过退火、消除应力等措施而降低。软塑立体光栅片。主要采用聚氯乙烯片基经过金属光栅滚筒或光栅板压制成软塑立体光栅片。聚氯乙烯是氯化烯经聚合而成的高分子化合物,难以燃烧。聚氯乙烯与聚乙烯虽同属乳白色,但聚氯乙烯能制成无色透明有光泽的薄膜,并能根据增塑剂含量制造出各种软度的薄膜。这种材料经过脉冲热封、高频热合、粘合的牢度也大。聚氯乙烯的化学性能具有较好的耐化学腐蚀性,但热稳定性和耐光性较差。140°C时开始分解出氯化氢,制造时需要加入稳定剂。聚氯乙烯含氯量为56%-58%,低相对分子质量的易溶于酮类、酯类和氯代烃类溶剂。

  (3)油墨。目前有一些油墨制造厂家可提供适用于立体(三维)印刷的油墨及添加剂,还有一些制造商已研制出新型油墨生产线。但要注意,立体印刷油墨不是发泡油墨,实际上任何可见程度的发泡都会影响清晰度及三维效果。

  三维印刷油墨,其固化温度都在标准塑胶油墨的固化范围内(149°C-171°C),但必须提高到适于超厚墨层的固化温度。如果墨层完全固化,三维油墨将具有标准塑胶油墨一样好的弹性。尽管三维印刷油墨还不常见,但是此油墨与人们常见的较厚的塑胶油墨层有很大的区别。如果正确进行操作,三维印刷图像会有鲜明的细微层次和清晰的边缘,印刷边缘从织物表面垂直凸起,墨壁很光滑。尽管这种油墨很稠,墨版很厚,但三维印刷仍能印刷出令人振奋的细微层次和加网印刷品。

  (4)胶粘剂。胶粘剂的作用是使印刷品与光栅片能够牢固地粘贴在一起;其次还能够保护油墨层在高温下不变色。

  立体印刷要注意的问题注意有:摄影采用单镜头机或多镜头机,要求摄影机具有较高的精度,避免振动造成误差。并且准确地调节焦距、角度和光栅数据移动间距;提高制版的分色挂网、拷贝的精度,300线网点要求结实不虚,景物图像保持丰富的层次;套色印刷必须抓紧按计划进行生产,避免纸张伸缩,造成套印不准;光栅片间距和角度有较高的精度,复合成型要求定位准确。硬塑和软塑的透明度性能较好。

 
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