紙引未來網——3D印刷的發展史

 

　　首先我們來了解一下3D印刷的基本原理。

 

　　傳統的彩色印刷品3D效果都是利用柱鏡光柵成像原理（光柵片+3D處理的圖像）實現的。

　　圖1柱鏡光柵原理示意圖
 

 

　　以圖1中3D效果為例，光柵下面是三幅經過3D處理的特殊圖像，通過柱鏡光柵的折射作用，人的右眼接收第一張光柵圖像，左眼接收第二張光柵圖像，光線交叉傳播再經大腦融合就會產生3D空間感。利用柱鏡光柵的成像原理，可以實現3D立體和立體動畫兩種效果。3D立體效果是圖像比較強烈的3D景深感、層次感，圖像內容是固定不變的。立體動畫效果則是圖像可以動態變化，即觀察視角不同時，圖像會在兩幅或者幾幅之間動態變化。

 

 

　　從3D印刷的基本成像原理中可以看出，想要呈現良好的3D效果，優質的光柵片和高質量的印刷圖像是實現3D效果的必要因素。下面我們就從這兩個方面說明一下傳統柱鏡3D印刷實現的難點。

 

　　第一：成本價格比較普通彩印要高。與傳統的平板膠印比較，3D印刷品所需要的光柵片投入更大，尤其是高精度的光柵片。在2000年左右的時候，進口的高精度原版光柵片每平米要1000元以上。如果按普通膠印走紙100張起步，那耗費是巨大的。雖然近年來光柵片的價格一路下降，在進行大批量生產時，價格是可以控制在可接受的范圍以內，但仍然比較普通彩印要高。

 

　　第二：3D圖像需要專業的設計處理。一般通過立體相機攝影和立體設計軟件處理獲得立體圖像。無論哪一種方法都是由多個角度所看到的平面圖像合成的，合成立體圖的圖像張數越多，效果就越清晰，層次感越好。以75線的柱鏡光柵為例，想要獲得比較好的立體效果，做到圖像跳變不明顯，就需要將至少32張平面圖像合并成一個立體圖像。所以信息量巨大的立體圖只能使用專業的立體制作軟件才能完成。

 

　　第三：絕大多數以CTP出版技術為主的數字曬版技術無法達到3D印刷的精度要求。大多數印刷廠CTP出版的曬版精度是2400DPI。以75線光柵為例，要做到32張平面圖像合成一個立體圖像，圖像的分辨率至少要達到2400DPI。CTP系統中2400DPI中每個像素點只有兩個階調（黑白），而立體圖像中每個像素點的階調有28個。所以在制作75線32幅圖的立體印刷品時，會丟失很多圖像信息。可以看出，如果制作100線、200線或者更高線數光柵印刷品時，就必須要提高CTP系統的曬版精度或降低合成立體圖的平面圖像張數。

 

　　第四：傳統膠印機存在網點擴大現象。了解膠印機印刷原理的人都會知道，現在高精度的膠印機印刷都是通過橡皮滾筒將印版上的圖像內容轉印到承應物上。在通過橡皮滾筒轉印時，由于印刷壓力和油墨擴散的原因，網點擴大是無法避免的。網點擴大會造成承印物上的立體圖像不清晰（與印版上的圖像相比）。承印物上的立體圖像不清晰，會影響立體印刷品質，造成立體圖像發虛或者是發糊。

　　第五：3D印刷對顏色套準要求很高。現在所有的膠印機都是采用四色或者多色疊印的方式實現圖像的彩色印刷。在立體印刷中，光柵片的折射效果會放大顏色的套位不準，從而造成立體圖像顏色失真比較嚴重。

 

 

　　因為柱透鏡3D印刷是在一個觀察方向上顯示3D效果，對觀察角度有一定要求，因此人們開始尋找一種不受觀察角度限制的立體印刷成像技術，即微透鏡3D印刷技術。微透鏡是指微小透鏡，通常其直徑范圍在1μm至1000μm，由這些微小透鏡在基材上按一定形狀和周期排列形成的陣列叫做微透鏡陣列，也稱為微透鏡光柵。以面以圓形半球狀微透鏡光柵為例來說明，如圖2所示。

 

 

　　1、與柱鏡光柵比較，圓形微透鏡光柵成像的優點

 

　　與柱鏡光柵比較，圓形微透鏡光柵成像最大的特點就是360度全方位立體成像效果，觀察者不用站在特定區域觀看，可以從各個角度都能看到3D效果；同時，圓形微透鏡光柵成像不會產生跳變，沒有圖像變換造成的暈眩感、晃動點；并可以實現包括上浮、下沉、平行運動、正交運動、多通道等多種效果。再者，微透鏡光柵印刷不用很多幅圖像合成，只需要簡的圖形即可，采用普通的矢量圖形處理軟件即可制作文件。

 

　　2、圓形微透鏡光柵立體印刷技術的難點。

 

　　首先是制作精度問題，傳統的柱鏡光柵在圖像處理時，只需要考慮柱鏡橫向排列方向圖像處理的精度，而圓形微透鏡光柵的半球狀透鏡是按一定角度排列的，這就就要求圖像處理時要在不同角度上都達到非常高的處理精度，才能實現效果非常好的立體圖像；其次是圓形微透鏡光柵片材的制備，特別是高線數的片材制備，目前國內能夠制備出高線數微透鏡光柵片材的企業很少；再者就是圓形微透鏡光柵與要印刷的微圖文的精準復合，需要做到單個圓形半球狀微透鏡與單個微圖文形成一一對應，才能體現出3D動態效果。目前市場上還沒有彩色圖像的圓形微透鏡光柵印刷品，只有一些簡單圖形的單色印刷品。

 

　　盡管現在立體印刷存在各種難點，但是總體來說優點遠大于不足。隨著數字化時代的到來，單純的二維平面印刷已經不能滿足人們的視覺需求，人們希望能夠體驗到更真實的、更具視覺沖擊力的、更新穎的印刷包裝產品。因此，3D印刷越來越突顯其市場需求性及重要性，不僅是在印刷包裝行業，其他各個領域也都可以用到裸眼3D印刷品。相信在不久之后，隨著上述難點的突破，技術發展的進步，消費者需求的提升，3D印刷一定會呈現欣欣向榮的發展景象。

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