在对比分析多层油墨堆叠、数码打印—溶剂侵蚀以及数码打印—膜压3种方式生产仿真木纹饰面人造板工艺优缺点的基础上，设计了一条以数码打印机、膜压机、干燥固化设备为核心设备并通过对纹系统优化的数码打印—膜压仿真木纹饰面人造板生产线，并分析了基于数码打印—膜压的仿真木纹饰面人造板生产流程以及核心设备的技术特点。该生产线设备运行稳定，生产的饰面人造板漆膜性能良好，满足一般涂料饰面人造板的要求。在此基础上，进一步提出了未来的发展方向，为饰面人造板技术提升提供参考。
随着人们生活水平的提高，人们越来越关注高品质室内家居的美好环境，消费者已不再满足于传统明显塑料感、纸感的家具材料，而涂料饰面的木纹家具材料能够体现其自然与舒适感，深受消费者喜爱，但是以优质名贵装饰薄木饰面成本较高。因此，消费者期待市场能提供一种新产品，既可以满足对实木高端表面效果的追求，又能够兼顾环保、高品质、高性价比等要求。在此背景下，基于3D打印仿真木纹的人造板饰面技术开始受到重视。在人造板表面首先进行3D打印赋予其高档木材的花色与图案，再通过涂料涂饰与仿真木纹处理，可实现其木质触感。
目前，实现仿真木纹饰面人造板有3种方式：一种是通过在人造板表面喷印油墨，以多层油墨堆叠固化的方式形成木纹肌理，其采用的油墨通常为紫外光固化（UV）油墨［1］；第二种是首先在人造板表面打印出木材图案，再进行涂料涂饰，随后通过溶剂溶解表面部分涂层（俗称溶剂侵蚀）形成仿真木纹［2］；第三种是以膜压线为基础，首先在人造板表面打印出木材图案，再进行涂料涂饰，在未完全固化的涂料表面利用倒膜工艺将木材纹理压贴转印到人造板表面［3］，随后将涂料完全固化形成仿真木纹。
笔者结合仿真木纹饰面人造板的生产工艺，对上述3种方式进行了分析，认为第三种以3D打印膜压为基础的仿真木纹饰面人造板生产是效果最好且最省成本的一种工艺，研发和设计了一条能够生产仿真木纹饰面人造板的生产线，分析对比了生产饰面板的技术优势和检测数据，旨在为促进我国饰面人造板产业的转型升级和提升其自动化制造水平提供参考。
1 仿真木纹饰面人造板生产工艺及其优缺点对比
1.1 生产工艺分析
1.1.1 多层油墨堆叠方式
以多层油墨堆叠方式生产仿真木纹饰面人造板，首先要对人造板表面进行除尘处理，防止板面因灰尘等形成凹凸不平；之后在人造板表面进行腻子填充和底漆涂布，封闭人造板表面的孔隙，形成平整表面；再通过油墨以“非接触式”的打印方式，将油墨液滴从喷头喷出并迅速固化在人造板表面，通过多层油墨的固化沉积，最终在人造板表面形成纹路清晰、层次感强、颜色饱满且高度仿真的立体仿真木纹。
由于使用的油墨需要兼具耐磨、耐划、耐污以及快速固化等特点，通常采用紫外光固化（UV）油墨，在保证表面性能的同时提高生产效率。这种生产方式在打印过程中无溶剂挥发、绿色环保，无需制版，但对油墨和喷头的要求较高。
油墨需具备低黏度特性，确保多层堆叠时均匀渗透且不堵塞喷头，同时需保持流动性，避免因层间张力差异导致油墨堆叠错位或溢墨。此外，还需具有适度触变性，保证打印后快速恢复黏度，防止流平过度导致纹理模糊。
喷头的喷嘴直径通常为纳米级，确保油墨颗粒粒径≤300nm，避免喷嘴堵塞并实现细腻纹理堆叠［4］；需要具备独立可控的墨路通道，支持多色油墨同步堆叠；需要具有校准功能，保证墨点位移误差＜0.1mm，以确保纹理的清晰度；还需要具备电磁屏蔽系统，确保高频喷射信号的稳定性［5—7］。
1.1.2 数码打印—溶剂侵蚀方式
以数码打印—溶剂侵蚀方式生产仿真木纹饰面人造板，首先是板面除尘，随后进行打腻子以及封闭底漆涂布并固化，之后在人造板表面打印出木纹图案。在打印了木纹图案的人造板表面再进行多次的保护底漆涂布并固化，随后利用特定溶剂（例如酮类、酯类等）对涂层进行局部侵蚀，通过控制溶剂浓度、溶剂侵蚀时间及温度，形成一定深度的凹凸纹理。侵蚀完成后，还需要在板材表面进行纹理定型和后处理，通常涂饰一层透明耐磨面漆层来增强其耐久性。
这种生产方式利用了高分子涂层被有机溶剂溶解的特性，因此，需要选择特定的高分子涂料，如聚氨酯、聚丙烯酸酯等。这种技术相比多层油墨堆叠方式具有效率高的特点（通常5～30s即可完成侵蚀），但是由于使用了溶剂，会存在溶剂挥发、挥发性有机化合物（VOC）释放等环保问题；对溶剂侵蚀精度控制的要求较高，侵蚀深度一般为0.1～0.5mm，且不能破坏打印涂层而出现层间剥离等；为保对纹精度要求，通常要使用耐溶剂的掩模版，精准限定侵蚀区域，实现复杂几何纹理复刻［8］。因此，掩模版表面需涂覆耐溶剂腐蚀层（如聚酰亚胺薄膜），耐受酮类/酯类溶剂侵蚀时间≥30s，防止掩模版变形或渗透污染基材。在加工完成后需要对掩模版进行保养与清理，使用低腐蚀清洗剂进行维护，确保纹理一致性；在使用一段时间或一定次数后，需重新制备掩模版。
1.1.3 数码打印—膜压方式
以数码打印—膜压方式生产仿真木纹饰面人造板，首先是板面除尘，随后进行打腻子以及封闭底漆涂布并固化，之后在人造板表面打印出木纹图案。将打印了木纹图案的人造板表面辊涂保护底漆之后送入膜压机，在膜压机和紫外光固化的双重作用下，将压膜上的纹理转印到液态漆膜表面，同时采用紫外光进行表面固化，再通过揭膜辊将压膜收走，从而在板面留下带有一定深浅纹理的涂层，随后再在纹理涂层表面进行耐磨面漆涂布处理以增强其耐久性。
这种生产方式需要利用同步对纹的技术，结合高清图像定位，同时控制膜压压力梯度，一般在饰面板表面形成深度0.1～0.5mm的立体木纹落差，从而呈现出仿真木纹效果。这种生产方式也是仿真木纹饰面人造板生产效率最快的，膜压与固化在几秒内即可完成，成品生产线（标准幅面1220mm×2440mm）日产量可达500～800张；连续生产效果较好，废品率低；环保性好，无溶剂释放。同溶剂侵蚀所使用的掩模版一样，压膜属于消耗品，在使用一段时间或一定次数之后，需使用新的压膜。同时在生产过程中应定期校准对纹精度，控制误差在±1mm。
聚二甲基硅氧烷（C6H18OSi2，PDMS），分析纯，上海阿拉丁科技股份有限公司；1H，1H，2H， 2H-全氟辛基三氯硅烷（C8H4Cl3F13Si，PFOTS），分析纯，上海麦克林生化科技股份有限公司；氟硅聚合物（FSi），某公司；无水乙醇，分析纯，国药集团化学药剂有限公司；试验全程使用去离子水。
基材：油漆饰面实木复合地板（以下称饰面实木复合地板），91cm×12cm×1.5cm，锯切成小块试件15cm×12cm×1.5cm，圣象集团有限公司；三聚氰胺浸渍胶膜纸饰面刨花板（以下称饰面刨花板），244cm×122cm×1.8cm，锯切成小块试件12cm×10cm×1.8cm，广东艾高智能家居有限公司。
仪器：光泽度仪，WGG60，杭州齐威仪器有限公司；接触角测量仪，OCA50，德国dataphysics公司；原子力显微镜（AFM），Dimension Icon，美国布鲁克公司。
1.2 优缺点对比
3种生产仿真木纹饰面人造板方式的优缺点对比分析，对其环保性、生产效率、生产成本、设备要求、产品效果等进行了分析。从对比数据可以看出，以数码打印—膜压方式制备仿真木纹饰面人造板具有环保性好、生产效率高、成本低、仿真效果好的优点。此外，以数码打印—膜压方式制备仿真木纹饰面人造板技术还是我国自主知识产权，不受限于国际专利约束。
2 基于数码打印—膜压技术的仿真木纹饰面人造板生产线整体设计思路
基于数码打印—膜压技术的仿真木纹饰面人造板生产线整体设计思路是对核心设备（数码打印机、涂布机、膜压机、干燥固化设备）进行设计，同时配置对纹控制，以实现饰面人造板生产连续化。生产线各核心设备需通过运输装置连接，由总线通讯连接各台设备和运输机，通过数据统计功能实现设备参数（包括故障记录、故障时间、停机时间、开机总时间等）的自动统计，各运输装置之间水平度误差通常控制在0.5mm/1000mm，线速度1～20m/min，确保板件能够有效同步输送。
2.1 数码打印机
数码打印通常包括机头部分、工作平台、电源开关、主控机箱、油墨槽、方向传动部分、升降平台、喷车主板及小板、喷头、喷头排线等。大幅面饰面板工业级数码打印机特性体现在以下几个方面：打印机设备所用压电喷头，要求墨点更精准、出墨量大且更稳定、可智能变换墨滴大小，以确保打印图像的高保真；使用UV油墨和高强度LED固化系统，油墨色泽鲜艳、饱和度高、污染小、可满足大墨量和高速打印快速固化；以无接触式的喷印模式在板面上完成连续打印，有效减少油墨雾化导致的浪费，同时保证打印图案的真实度，减少漏色现象发生。此外，打印机需要配有在线除尘系统，提高打印质量和喷头使用寿命。数码打印机在主梁直线电机驱动上加双导轨系统，使打印过程更加高速、静音和平稳。
2.2 涂布机
板材涂布机是通过涂布辊将涂料均匀涂覆在基材表面的设备，分为单辊涂布机和双辊涂布机。通常在涂布量较低、速度较快时使用单辊涂布机，如腻子、底漆以及UV面漆仿真木纹饰面板的最后一层UV面漆涂布；而对于涂布量较高且需要保证涂布均匀性、计量涂膜厚度时，如需要进行膜压的面漆涂布时，通常采用双辊涂布机。涂布机主要包括涂布辊、涂料供给系统、基材输送系统、压力调节机构等。涂料通过供给系统进入两辊之间的间隙，利用两辊的转速差、压力差等将涂料均匀分布并转移到基材上。可通过调节两辊的间距、转速比、涂料流量等参数精确控制涂布量和涂层质量。根据涂布辊旋转方向与基材移动方向的不同，可分为顺辊涂布和逆辊涂布等类型。顺辊涂布适用于低黏度涂料的涂布，涂布厚度、平整度、均匀性一般；逆辊涂布可用于中等黏度涂料，涂布厚度、平整度控制更精确，均匀性较好。
2.3 膜压机
当板材的板面经过涂漆后，再通过膜压机上的离型膜进行膜压，将离型膜上的纹理转印到板材的板面上。膜压机主要包括膜压主动辊及驱动部件、膜压从动辊、张紧辊及驱动部件（升降）等。
在运输装置输送板件之前，驱动张紧辊向上移动以张紧离型膜，使得离型膜的外表面与运输装置的上表面间具有足够空间，以便于板件通过该空间时，使离型膜的外表面能够贴合于板件的上表面。
在运输装置输送板件的过程中，膜压主动辊转动，当板件通过离型膜和运输装置上表面之间的间隙时，离型膜的外表面贴合于板件的上表面，且该贴合处的环形离型膜的移动方向和移动速度均分别与板件的移动方向和移动速度相同，使得环形离型膜贴合在板件上的部分外表面与板件的上表面相对静止，以完成板件的上表面印刷。
为了保证板材表面同步对纹精确，实现立体感和真实触感，膜压机运输装置与贴合处通常需要配备精准对纹系统。
2.4 干燥机
干燥机利用热风将漆膜充分干燥，为了保证连续生产，干燥机通常由加热箱体、干燥箱体、运输平面及温湿度控制模块系统构成。加热箱体内部需设有加热装置、热风出口和冷风进口等；干燥箱体内部需要有热风导向装置，利用热风导向装置将热风导向至涂饰板面；运输平面用于输送饰面板，与温湿度控制模块系统连接。将涂饰后的饰面板放在运输平面上缓慢移动，同时冷空气从冷风进口进入到加热箱体的内部，加热后通过热风导向装置导向至涂饰板面，再经由热风出口排出，实现饰面板的自动干燥。
3 结论应用实践
笔者所在团队，基于上述设计思路，分别研发设计了适用于UV面漆和水性面漆的基于数码打印—膜压技术的仿真木纹饰面人造板生产线，其组成如图2所示。该生产线将整体成本降低，控制在130万～150万元，生产过程中的单件成本降低5元/㎡以上，并且提高了饰面板生产效率，保证饰面板表面图案和纹理的逼真度达到90%以上，表面性能满足一般油漆饰面板的使用要求。
3.1数码打印机
数码打印设备种类繁多，优选工业级在线板材数码打印设备，如Sure Bord TW 1250型板材数码打印机。该数码打印机的主要技术特征为：1）最大打印速度40m/min，可根据产品打印需求设置；2）颜色选择4色、6色、8色，高保真输出；3）打印物理精度600×600 DPI、600×1200 DPI；4）多种打印模式，慧眼同步对纹、单片大板打印、多片拼板打印、多板完整拼图打印等，满足多种打印工艺要求。
3.2 涂布机
根据涂饰人造板幅面（1220mm×2440mm）对膜压前的双辊涂布机进行了优化。在设备上增设了自动升降机构，可根据板厚进行自动调节；在计重辊上增设了称重装置，可实时计算涂料损耗与成本；进料端配置防偏轮，以有效纠正输送带偏移。该双辊涂布机的主要技术特征为：1）生产速度15～20m/min，可根据产品工艺需求设置；2）涂布辊直径和材质Φ245硅胶；3）最大加工宽度1250mm；4）可选加工长度2440、2745 mm，可根据产品工艺需求，进行设备定制。
3.3 膜压机
在生产过程中，现有膜压机上的离型膜从放卷辊移动至收卷辊，需要工人定时将离型膜从收卷辊上取下并重新安装在放卷辊上，并且需要调整定位，以便离型膜上的纹理能够与板材相吻合，避免出现图案错位等情况，该生产方式操作复杂，工作效率低下。因此，为了提高板材表面的印刷质量、提高生产效率、降低生产成本，研发了循环膜压机。该循环膜压机的环形离型膜能够循环使用，不需要经常更换，提高了工作效率；避免采用收卷和放卷的传统印刷方式，从而避免了需要多次调整离型膜与板件之间的定位，保证了饰面板的图纹质量。
循环膜压机的主要技术特征为：1）生产速度15～20m/min，可根据产品工艺需求设置；2）离型膜材质为PET；3）最大加工宽度1250 mm；4）可选加工长度2440、2745 mm，可根据产品工艺需求，进行设备定制；5）离型膜的使用效率≥2000面/张；6）纹理类型可按客户需要调整。
为了保证对纹效果，采用了靠档/对中精准对位系统、循环膜主版边缘套准标记以及电脑设置套准标记，确保了木纹的精准对齐。靠档/对中精准对位系统，主要精确定位板材左右位置；设置有光电监测，识别板材前后位置，系统控制算法自动运算去匹配使之重叠，主要是输送速度和循环膜压输送速度及循环膜的速度，匹配纹路重合，形成对齐校准标记，并利用循环膜倒膜主版边缘或空白处制作套准标记，在电脑上设置套准标记和打印幅面范围，数码打印用的原图和倒膜主版一致，将对纹精度控制在±0.1mm，纹理对齐。
3.4 干燥机
为了实现板材的流水线干燥，提高生产效率，研制了一款饰面板自动热风干燥机及其温度和湿度控制系统，主要配套使用水性UV漆、UV漆或水性漆涂饰，提高水性涂装的效率，制备更环保涂饰饰面板。通过将加热箱体与干燥箱体分离设置的方式减少加热箱体的体积，使加热棒集中设置，提高了冷空气的加热效率，降低了设备的能耗；加入热风导向装置能够控制热空气的流向，使热空气能够流向板
材表面，解决了热空气在干燥箱体内向上漂浮的问题，减少了热量损耗，提高了饰面板的干燥效率；出风缝隙喷出的热空气流量由弱变强再变弱，能够对运输平面上的饰面板依次进行预热、加热和保温，提高了干燥效率，同时能够防止因过快加热升温导致饰面板爆裂的问题。
干燥机的主要技术特征为：1）皮带运输速度1～20m/min，可根据产品工艺需求设置；2）干燥箱内宽1450 mm，内高5000 mm，可根据实际需求设计；3）温度范围为室温至120℃，可根据产品工艺需求设置；4）风量范围1250～3100 m³/h，可根据产品工艺需求设置；5）箱内功率21kW，可根据产品工艺需求设置。
3.5 生产线试制饰面板
利用研发设计的生产线试制了水性面漆饰面板和UV面漆饰面板，按照GB/T17657—2022《人造板及饰面人造板理化性能试验方法》标准进行了表面耐磨、漆膜附着力、漆膜硬度、表面耐污染、表面耐冷热循环、耐光色牢度、耐干热和耐湿热性能检测，其中表面耐磨性计算了磨100r后的损耗值，漆膜附着力和漆膜硬度参考GB/T18103—2022《实木复合地板》要求进行了判定，表面耐污染、表面耐冷热循环、耐光色牢度、耐干热和耐湿热参考GB/T15102—2017《浸渍胶膜纸饰面纤维板和刨花板》进行了判定。由测试结果可以看出，饰面板漆膜性能良好：水性面漆饰面板和UV面漆饰面板表面耐磨分别为0.13g/100r和 0.12g/100r，漆膜未磨透；漆膜附着力均为五级；漆膜硬度分别为2H3 H；表面耐污染均为5级；表面耐冷热循环测试结果均为无裂纹、变色、鼓泡和其他缺陷；耐光色牢度为>灰度卡4级；耐干热均为五级；耐湿热均为五级，测试结果均为合格，可满足一般油漆饰面板的使用要求。
基于数码打印-膜压技术生产仿真木纹饰面板具有以下优势：
1）成本低。生产设备初期投入成本相比现有技术降低1000万以上，生产过程中的单件成本降低5元/㎡以上。
2）效率高。生产效率相比现有技术提高20%以上，实现大规模工业化生产，产品质量一致性和稳定性达到30%以上；
3）表面质量高。图案和纹理的逼真度达到90%以上，且表面性能满足一般油漆饰面板的使用要求。
4 总结与展望
1）对比3种仿真木纹饰面板生产方式、成本、效率、表面性能等，发现基于数码打印-膜压技术生产仿真木纹饰面板在技术、效率、表面质量、成本控制上均有优势，生产的饰面板表面性能良好，可满足一般油漆饰面板的使用要求。
2）通过对数码打印机、涂布机、膜压机、干燥固化设备设计并进行系统集成，实现了设备之间的高效协作，同时进行对纹系统设计，实现了仿真木纹饰面板生产连续化。该生产线设备成本相比多层油墨堆叠降1000万元以上，生产过程中的单件成本降低5元/㎡以上，且环保性能优良，流程简单。循环膜压机的同步对纹系统使得图案和纹理精准吻合。自动热风干燥机及其温度和湿度控制系统，主要配套UV涂料和水性涂料涂饰，提高水性涂料涂装的效率，制备更环保的饰面板。
3）生产线对异形基材适配成本高，需定制夹具和模具，导致设备初期投入上升，限制了市场推广。后期将研发设计可快速更换的通用夹具模块，适配常见异形基材（如弧形玻璃、异形金属板），减少定制化需求。
4）进一步优化AI驱动的图案对齐精度。基于深度学习算法训练图案匹配模型，实时调整压纹与打印位置，精度目标对齐误差≤0.1mm。
5）研发与应用新型环保涂料。探索无机高分子增强涂料、生物基UV树脂、电子束固化涂料等新材料，提升表面硬度与耐候性。
（来源：中国人造板）
