全息图(Hologram)是盖伯(Gabor)在1948年为改善电子显微镜像质所提出的,其意义是完整的记录。盖伯的实验解决了全息术发明中的基本问题,即波前的记录和再现,但由于当时缺乏明亮的相干光源(激光器),全息图的成像质量很差。1962年随着激光器的问世,在盖伯全息术的基础上引入载频的概念发明了离轴全息术,有效地克服了当时全息图成像质量差的主要问题——孪生像,三维物体显示成为当时全息术研究的热点,但这种成像科学远远超过了当时经济的发展,制作和观察这种全息图的代价是很昂贵的,全息术基本成了以高昂的经费来维持不切实际的幻想的代名词。
1969年本顿(Benton)发明了彩虹全息术,掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。彩虹全息图是一种能实现白光显示的平面全息图,与丹尼苏克(Denisyuk)的反射全息图相比,除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外,还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。把彩虹全息术与当时发展日趋成熟的全息图模压复制技术结合起来便形成了目前风糜世界的全息印刷产业,产生了全息信用卡、全息商标、全息钞票、全息卡通、全息装饰材料、甚至全息服装等保安防伪及装璜装饰的全息图新应用。因此可以说彩虹全息术的发明为全息图走出实验室为社会所接受迈出可喜的第一步。
全息印刷是利用激光全息成像技术发展而来的一种防伪印刷技术。用一束激光及从这束激光分出的参照光从不同角度照射一个立体模型。模型反射的光线通过一个狭缝形成包含模型全息信息的干涉条纹。将这种干涉条纹记录在感光胶片上,翻制成镍版,然后压制在镀铝薄膜上就可在普通光照下再现模型的全息图案。这就是全息印刷的制作原理。
由全息的特点可知,全息制版的特点是通过参、物光的干涉记录三维物体的真实像。然而在全息记录过程中,从三维物体不同部位表面散射和反射的光由于物体的深度不同,到达全息干版时的光程也不同,当其与参考光波干涉时,两者的光程差将在很大的范围内变化。所以要求记录光源有较长的相干长度,即较好的时间相干性;而且为了能把具有较大空间分布范围的物体记录下来,要求照明光束在较大横截面内各光线间是相干的,即要求光束具有较好的空间相干性;此外,为了满足全息记录所需要的时间和空间相干性,在全息记录系统中往往将光束分束后稍加扩束,用作参考光波和物体的照明光波,这就要求光源的能量在空间有较高的集中度。目前,可以满足这些要求的尚只有激光器,其他普通光源无法满足这些条件。因此至今,记录三维物体的全息图只能用激光,采用白光记录全息图还只限于二维物体。
一般用全息干版记录三维物体的全息图可用He-Ne激光器。拍摄景深大的物体可用长相干长度的He-Ne激光器。用重铬酸盐明胶作记录介质时最好用输出波长为400nm 的Ar+激光器,而选用光致抗蚀剂则应选用输出波长为441nm的 He-Cd激光器或输出波长为457.9nm 的Ar+激光器。如拍摄活动物体的全息图,则需要用脉冲激光器。
虽然大自然中物体的颜色色彩缤纷,变化多端,然而根据颜色的视觉理论,视网膜上有三种感色的锥状细胞,分别对红、绿、蓝(R、G、B)三种颜色敏感,我们把这三种颜色称为三原色。研究表明,自然界中变化多端的各种色彩原则上都可用三原色按不同比例混合而成。这种不同的比例反映在照相材料上,则为不同的灰度等级。彩色胶印印刷,就是将不同灰度等级的记录介质转化成由大小不一、疏密不匀的网点所构成的印版,然后以四原色或多色套印,再现出原稿的层次和色调。虽然彩色全息印刷在再现原稿的色彩方面与彩色印刷有着截然不同的方式,前者是通过黄、品红、青、黑油墨以色料减色法再现原稿,而后者则以红、绿、蓝三原色色光的加色法再现原稿色彩的,但是,除了它们在复制过程中的具体工艺技术上有很大差别外,以三原色分解原稿和以三原色叠加再现原稿色彩的原理是一致的。所以,记录物体的真彩色全息图时应选用白色激光器。研究表明,三原色可与三种纯光谱相对应,为此国际照明委员会制定了三原色标准。1931CIE-RGB真实三原色表色系统规定:红原色的波长=700.0nm,绿原色的波长为=546.1nm,蓝原色的波长为=435.8nm。1964CIERGB系统规定:红、绿、蓝原色则分645.2nm、526.3nm、444.4nm。全息记录需使用激光器,现有激光器的输出波长与三原色波长一般不符,故只能选用比较接近的波长。例如,可用K+白色激光器或Ar+-Cd激光器作为三原色激光源。根据目前激光器工业的现状,适合于全息制版的激光输出有以下几组波长供选用。
选择的原则主要从色彩的真实感考虑,应该使三种波长在x-y色品图(图2)中所占的三角形面积为最大,同时要考虑到诸如激光器输出功率等其他因素。例如表2中第三组(图2中实线三角形)、第二组(点线三角形)和第五组(图2中虚线三角形),从色品图来看第二组占优,且黄较丰富;而从输出功率方面来看,由于477.1nm波长的功率比488.0nm的功率小得多,则第三组较合适。此外,也要根据实验室的条件来选取合适的三原色激光波长。
用三基色激光记录时,有三个全息图重叠在一张干版上。如果仍用三基色激光沿参考光的方向明该全息图,则有九个组成原始像的衍射光波。其中红、绿、蓝三个波长对各自颜色光波形成的全息图的三个衍射光波在同一方向,并产生和物体颜色相同的真彩色虚像。而它们对不同颜色光波形成的全息图共产生六个方向不同的衍射光波,造成了再现像的色串扰。因此,真彩色全息的关键之一是消除色串扰。
随着形势的发展,烟草防伪包装越来越受到行业和消费者的重视,烟草企业在不断寻求技术含量高、保密性强、不可复制的新型防伪技术和防伪产品。激光全息技术为保护名优品牌,打击伪劣假冒发挥了重要作用。在与制假分子的不断较量中,激光全息防伪技术也取得了长足的进步,迅速更新换代,全息高速定位防伪烫印箔就是其中的一种。
目前,全息烫印工艺是大批量应用全息图的主要方法,在安全防伪和与包装印刷的结合中更是如此。烫印在承印物上的全息图非常薄,与承印物融为一体,与其上的印刷图案和色彩交相辉映,可以获得很好的视觉效果。
根据烫印工艺的不同,全息烫印大致可分为3种类型,即低速全息烫印、快速全息烫印和高速定位全息烫印。其中,高速定位全息烫印技术要求最高、防伪力度最大,需要保证在较高的生产效率下,将全息图完整、准确地烫印在指定的位置上,定位精度不能低于±0.25mm。
酒盒包装酒盒包装需要展示相对较大的视觉空间,需要通过包装表达出白酒产品丰富的文化内涵。从目前的情况来看,酒盒包装产品大多使用激光全息电化铝烫印箔来防伪和装饰,采用激光全息纸作为承印载体的产品还很少,这主要取决于白酒品牌的总体策划要求,同时也取决于酒盒包装色彩、图案、文字在开发设计阶段的总体构架。
彩虹全息转移纸在印刷中的常见问题及解决
彩虹全息转移纸作为一种新型的包装材料,深受包装市场的欢迎,特别是在烟草行业被广泛使用。彩虹全息转移纸由于其色彩绚丽,实现了全息技术和印刷的完美结合,不仅可提高产品的包装档次和防伪功能,而且还是一种环保型的包装材料,其在包装领域中的应用正日益广泛。
但由于彩虹转移纸现有技术的局限性及人们对它的不熟悉,在和印刷过程中,存在着许多接口问题,容易出现这样或那样的问题,延缓了彩虹转移纸在包装印刷中的推广使用。现就彩虹转移纸在印刷中常见的问题及解决方法同大家共同讨论。
一、彩虹转移纸印刷表面的油墨牢度问题
彩虹转移纸在制作过程中对印刷表面作了涂层处理,适合印刷需求,但经常会出现油墨不牢、易掉的现象,主要有两种情况,一是在印刷过程中,后刷的油墨把先印的油墨拉掉。解决办法是把色组间的紫外固化强度加大或彻底使用湿→湿叠印法,固化选择在收纸部位一次完成;二是印刷后在纸张表面的墨层牢固度不好,易拉掉。解决方法是使用高韧性紫外固化油墨,并可在油墨中适量加入调墨油改变其难度。
二、彩虹转移纸在印刷完成后柔软性差,有爆色现象
造成这种现象的原因很多,一般的解决办法有三种。一是在紫外印刷前,进行水性光油打底;二是采用两次叠印的方法提高耐折性;三是如果是印刷油墨调整不好也会造成爆色,应尽量使用高韧性油墨。
三、彩虹转移纸在印刷完成后有异味
消除异味的方法为:一是加长印刷后的晾晒时间;二是进行表面水性光油打底涂布;三是增加设备及车间的强制排风。
四、彩虹转移纸印后产生龟裂
由于转移纸表面有一定涂层,而涂层在受到外界环境影响时会产生合力,涂层就会受到破坏而产生龟裂,主要的解决方法是保持印刷过程中适宜的环境温度和湿度,选择快干性油墨减少油墨中溶剂对转移纸涂层的渗透。
五、彩虹转移纸表面耐高温的问题
用彩虹转移纸印制成的烟标,在上机包烟时,容易发生烫伤现象,主要是出于转移纸表面涂层受高温变化所致,因而解决方法是卷烟厂应尽量采用热封温度比较低的BOPP热封膜。
以上是笔者对彩虹转移纸在印刷过程中常见问题的粗浅认识,不当之处请指正,彩虹转移纸无论是它的环保性、印刷适应性、包烟速度、防伪性、美观性等都优于其他材料,只要印刷厂家与材料厂家通力合作,人们就会熟悉其特性,因而广泛应用,这种合作的实现,不仅能提高包装印刷的档次,还会为我国的环保事业作出贡献。
全息技术发展对防伪印刷业的影响
一、 全息术的发明与防伪行业的形成
防冒、伪造已是一个全球性问题,伪造货币、信用卡、有价证卷、证件、商标、标识、名优产品等的犯罪的活动遍及世界各地,已成为仅次于毒品犯罪的全球第二大公害。与此同时,世界各国政府和人民也纷纷重视防止假冒伪造行为的发生,全息图这一神奇概念作为一项有效而实用的防伪技术当然也受到人们的青睐,得到了空前规模的迅猛发展。全息和防伪几乎被人们等而视之,似乎全息商标就是防伪商标,或防伪商标就是全息商标。
虽然我们不能简单地说全息术的发明催生了当今的防伪行业的形成,但我们可以看到,全息印刷产业的形成和发展其根本动力是防伪造,而正是在这项产业蓬勃发展的时候,人们对防伪的热情空前高涨,从而各种防伪协会相继诞生,同时,在现有从事防伪的产业中,全息印刷产业仍然是绝大多数。
二、全息防伪商标的泛滥及反思
全息图作为一种有效的防伪手段,从80年代末开始,逐渐被人们所接受,很多著名的机构和品牌都将其作为防伪标识而获得了巨大成功。在中国,庞大的防伪市场,貌似丰厚的利润,以及对全息图的盲目迷信,激起了人们最大胆的幻想和欲望。一时间大量的资金投向这个领域,仅91年到93年短短两年间,至少新诞生了300家企业从事生产经营全息防伪商标,其规模从几十万元到几千万元不等。而且这种投资势头一直持续了二至三年。除少数企业具备开发能力和市场开拓能力外,绝大数属于盲目投资,相当一部分甚至连产品都未生产出来就倒闭了。由于政府对全息防伪行业缺乏监管,以及该行业发展如此迅猛无序,从而造成目前全息防伪商标泛滥的现实。更有甚者,专门从事伪冒防伪商标,以获取暴利,扰乱市场,一时间防伪商标被仿冒事件屡屡发生,极大地损害了广大消费者的利益,从而对全息图能否真正起到防伪作用提出质疑。
产生这种现象的主要原因有以下两个方面:一是人们对全息图的认识还很片面,在全息印刷发展初期认为只要是全息图就是防伪的,从而当全息图生产厂家越来越多时,就自然地走到另一个极端即全息图根本不防伪;二是人们对全息术这种新的图像技术的基本知识还很缺乏,在辨别真伪时只停留在是否全息图这个思维层次,而对全息图本身的内函却视而不见。
实际上,全息术只不过是一种类似照相技术的新技术,全息图并不是什么高深莫测的玩意,将全息图用作防伪,其更重要的意义在于应用全息术所产生的标识图案,相对于印刷,照相等传统技术来说更难仿造,从理论上讲要完全仿制一张全息图是根本不可能的。那些仿冒的全息图和真品全息图相比,只要稍加注意就不难发现其巨大的区别,这一点,传统印刷照像等技术很难实现。
三、原理防伪与防伪全息术
防伪技术是一种应用现代科学理论与技术识别产品真伪,揭露并防范伪冒的实用知识与技能。我们可将现有的防伪技术分为两大类,一是材料防伪,即采用专门的防伪纸张或油墨进行印刷。二是技术防伪,即利用新颖的技术,复杂的工艺及昂贵的设备投入来制作防伪标识。
在此我们提出另一种防伪的概念即原理防伪。所谓原理防伪就是在设计防伪方案,制作防伪产品时,除了应用特殊的材料和新颖的高科技外,更重要的是从原理上保证该产品绝对不可能被伪冒,即使是制作者本人也不可能复制。现实生活中,生产这类产品是完全可能的,只要在制作过程中巧妙地引入相应的随机机制即可。 全息术实际上就是一种原理防伪的过程,因为每一次拍摄全息图的各种环境参数都绝不会一样,要使每毫米一千多线对的信息两次拍摄都完全一样是绝对不可能的,这就是为什么对全息图来说,只要稍加对比,仿冒品都和真品就大相径庭的根本原因。虽然全息图从原理上讲是绝对不可能仿制的,但从视觉效果上讲,还必须给消费者以明显的识别特征,才可能真正起到防伪的作用。
防伪全息术的主要任务就是在拍摄制作全息图时利用特殊的技术和工艺,使得全息图不可复制的现实,以消费者容易识别的明显特征表现出来。这些技术包括:1,激光阅读、2,光学微缩、3,低频光刻、4,莫尔加密、5,干涉条纹、6,二维动态变幻、7,三维微雕、8,电脑立体等。
采用以上技术所拍摄的全息图,其防伪性表现在两个方面,一是仿冒者知难而退,因为将多项复杂工艺组合起来牵扯到对全息术的深刻理解和巧妙给合,不是每个人都能做到的;二是即使仿冒者硬着头皮生拉硬套,其结果也与真品差之甚远,因为即使是同一个人在不同的时候以同样方式制作的全息图,其效果也大不一样。拍全息图本身的过程就隐含着许多随机性,如物体摆放,颜色搭配,曝光条件等,而以上技术强调了这些随机性所带来的特征变化。
四、全息防伪技术前景展望
全息学作为一门学科应用于防伪,并围绕防伪得到了空前的发展,形成了独特的全息印刷产业,这无疑也是二十世纪科技发展史上的重大成果。围绕防伪这一永恒的主题,防伪全息术今后的发展方向是:
1.全立体、动态、真彩色全息防伪包装。 三维全立体显示本是全息术相对于普通照像技术的最主要特征,从防伪的角度上讲,三维全息的防伪力度远远大于普通2D\\3D全息图。另外全息术所具备的图像表现能力是其它印刷技术所不能替代的,将一幅精美的全立体、动态、真彩色全息图以烫印或粘贴的形式融入包装中,不仅可起到防伪作用,而且,当光线射入时还能看到动态的三维真彩色图案以烘托产品特征,吸引消费者注意。
2.数字全息与专用识别仪器。 虽然全息的基本原理是波前的记录和再现,但全息图不一定只靠两束光(物光和参考光)直接干涉而产生。随着计算机技术的发展,完全有可能从电脑上直接输出所需要的全息图。这依赖于全息图精细条纹的计算方法及相应的输出设备。目前比较成熟的有点阵技术(dot matrix)和电子束扫描(e-beam)。从防伪的角度上讲,数字全息可精密地反应全息图精细条纹的特征,尤其适用于设计专门的识别仪器。
3.全息图批量复制方法的创新。 模压全息是目前生产全息图最经济最普遍的方法,近两年来,随着新材料的出现,如杜邦(Dupont)公司的光致聚合物(Photopolymer),直接用光学方式类似于胶片自动冲洗复制全息图的工艺也开始流行,而且所制作的反射全息图从亮度和立体感上都优于模压全息图。但将全息图和印刷有机结合批量生产,目前还不尽人意。随着科技的进步,全息图的精细条纹除用光和热复制外还会有其它方法,将全息图考虑成印刷中的一色,用UV油墨或其它光固材料印制其精细条纹也不是不可想象的。
4.结合其它防伪技术,进行综合防伪。在知识经济时代,科技发展日新月异,只有跨学科,跨行业,进行有系统,有组织的综合防伪协作,才能从根本上有效的打击假冒伪劣行为。全息图可以同电码防伪,核径迹防伪等防伪新技术结合,以增强防伪力度。
实际上,全息术只不过是一种类似照相技术的新技术,全息图并不是什么高深莫测的玩意,将全息图用作防伪,其更重要的意义在于应用全息术所产生的标识图案,相对于印刷,照相等传统技术来说更难仿造,从理论上讲要完全仿制一张全息图是根本不可能的。那些仿冒的全息图和真品全息图相比,只要稍加注意就不难发现其巨大的区别,这一点,传统印刷照像等技术很难实现。
看激光全息行业苦与乐
中低端市场之苦
1. 市场规模小
从产品角度看,激光全息材料包括很多种,例如激光全息电化铝商标、激光全息电化铝烫印箔、激光全息定位烫印箔、激光全息膜、覆膜激光全息纸、激光全息转移纸等。激光全息电化铝商标、激光全息电化铝烫印箔等材料的防伪性稍微逊色一些。它们最初的使用价值,正是其防伪性,但由于生产管理环节不当,以及法律对专利技术缺乏保护,激光全息退去了神秘的光环,市场出现了混乱和无序的状态。
目前,激光全息虽然是一种产业,但它只是一个很小的行业。从我国激光全息行业的销售收入来看,2003年全行业的销售收入仅为7亿元左右,由此可见,它的市场规模不大,需求量有限。
2.市场不规范
1995年之前,激光全息市场由于具有较大的利润空间,吸引了众多投资者的目光,他们蜂拥而至,各立门户。这些企业以私营企业居多,功利色彩过浓,为了首先在市场上立足,竞相降价以扩大销售量,结果形成了混乱无序的市场局面。
企业竞争不规范,管理不规范,包括运营模式不规范等,影响了中低端激光全息市场的发展。近几年,中丰田、光群等台资背景的企业对内地激光全息行业冲击比较大,他们已经实现产业化,产品质量比较高,产品链也比较好,并且资金雄厚。但大部分内地企业没有那么大的实力,没有那么多的资金,更为致命的是没有自己独到的技术,只能在低端市场苦苦拼杀。
3.企业规模小
激光全息行业太小,关注的人多了,投资的企业多了,企业的规模就很难做大。目前,国内的激光全息企业有民办、国营、校办等多种形式,由于没有形成资金积累,因此发展就失去了后劲。企业要生存,就要不断发展,这就需要研发和资金投入,没有新技术就没有大的发展,只能引进国外技术或模仿别人的技术。
正如北方九星薛强总经理所说,“一个行业,如果没有形成强势企业,行业再发展就很困难”。
高端市场之乐
中国的烟草市场规模巨大,其垄断性注定了烟草行业的高利润性,所以国内众多卷烟厂不惜重金,全力打造豪华烟标,成为中国乃至全球包装的一大亮点。自然而然,烟草行业就成为激光全息材料的最大用户,同时也推动了一次又一次激光全息新技术的发展。
卷烟厂推出新产品时,会提出自己的要求,首先侧重于防伪,其次要求为这种产品设计一种效果,美观并富有视觉冲击力。
在激光全息市场,作为采购者的卷烟厂占据了主动,不仅质量要求高,而且常常还会在主观上找一些理由。面对卷烟厂挑剔的选材要求,只有那些技术含量高、生产条件一流的企业,才能满足要求。因此,这是一个高端市场,进入市场的门槛较高,激光全息企业只有不断扩大自己的规模和技术含量才能够涉足这一高端市场,与卷烟厂和印刷厂实现共赢。
1.卷烟厂的选材依据
卷烟厂是激光全息材料的最大用户,对激光全息材料的要求很高。例如,安徽合肥卷烟厂的红色皖烟,不允许在烟标上出现任何小砂眼和斑点,印刷后还要求从各个方向观察颜色无色相、亮度差异。而激光全息材料生产环境中的灰尘、粒子等,最终都会影响模压和镀铝工艺造成激光全息材料的质量问题,如经常在激光全息材料表面出现小砂眼和斑点等。因此,激光全息材料制备过程中的质量控制十分重要,也相当难以控制。
为了增强香烟的防伪性,很多烟标采用了激光全息定位烫印技术,这种技术要求全息烫印箔的技术含量高,定位精度极高,以保证在烫印过程中,每个图案都能烫印在固定的位置。此外,还要求全息图案清晰、逼真、色彩斑斓。作为终端用户,财大气粗的卷烟厂在选择激光全息材料时,只有那些技术含量高、材料质量稳定的供应商,才会进入卷烟厂的视线。例如,昆明卷烟厂在精心打造品牌名烟时,明确只选购技术含量高的进口激光全息材料,尽管这些产品的价格是国产材料的好几倍。
2.印刷厂的选材依据
在选用激光全息材料时,包装印刷厂要求其质量稳定性,不同批次和同一批次的材料,要求涂布均匀、亮度高、镀铝层细腻、印刷适性良好。
包装印刷厂在选择全息材料供应商时,还会考虑其实力和规范程度,保证所供应的材料不会流失到造假者手中,以保障卷烟厂的利益。
同时,材料供应商的生产规模和生产能力,也是包装印刷厂在选择供应商时考虑的重要因素之一,确保供应商能够及时供货,不延误烟标产品的生产。
激光全息材料在印刷过程中比较容易出现问题,随着烟标加工周期的缩短,包装印刷企业希望能够在短时间内得到材料供应商的技术支持,因此,能够提供快捷技术支持的激光全息材料供应商,更具有竞争力。
总而言之,中国的烟草行业与激光全息行业密切相关,烟草行业的垄断性和巨大的利润空间,使得卷烟厂能够游刃有余地选择豪华、高档的激光全息材料,借助组合印刷工艺和材料,打造出赏心悦目的烟草包装。同时,只有那些技术实力雄厚的激光全息企业,才能进入卷烟厂的视线之中。
路在何方
2000年以后,激光全息企业开始向包装行业进军。2003年以后,激光全息转移纸开始应用于包装行业。2004年,激光全息行业又碰到了发展的难题,很多企业面对这个市场,迷失在发展中,是坐以待毙,还是选择突围,成为困惑激光全息企业决策者的难题。
扩大激光全息技术的应用领域,已经成为众多全息企业的共识。市场蛋糕做大了,谁切一块,都会给厂家带来丰厚的利润。现在,已经有企业打算把全息图像做到金属上、塑料上,据闻瓶装可口可乐等也将会使用全息包装,这是激光全息技术未来的一个发展方向。
提高激光全息材料的技术含量,向高端市场迈进,决定了企业的生存空间。烟草行业是激光全息材料的最大用户,用量稳定而且潜力巨大。如果国内全息企业能够在技术和生产工艺上达到烟草企业的要求,则可分流进口激光全息材料的市场份额。这个过程可能是漫长而复杂的,同时需要资源和技术的整合,形成产业一体化,以形成强势企业。加强企业的强强组合将是中国未来激光全息行业的一条出路。
另外一个问题是企业的发展空间,企业将出现两极分化,一部分做纯技术,有大量的资金投入和其他支持;另外一部分则进入竞争比较激烈的印刷行业,像酒包装、药品包装印刷领域,这些企业进入新的领域将面临新的挑战,同时市场中也存在新的机遇。例如,无锡新光印防伪技术有限公司已经在这个方面做出了尝试,公司从日本购买了印刷机,从激光全息领域向上游的印刷领域开拓新的市场。