基于物联网下的印刷技术研究毕业设计论文(编辑修改稿)

基于物联网下的印刷技术研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

息调制反射，同时还要捕获阅读器发射的电磁波，为标签芯片提供能量 .由于 RFID 电子标签要粘贴 到被识别的物体上，这就需要电子标签能够足够小，标签天线不仅要求 尺寸 小，而且具有全向 的方向性 .另外，作为数据载体的微型芯片基本已模块化，但芯片的数据信息及读写要求不同，芯片阻抗不确定，这就需要 RFID 电子 标签天线能够实现可变性，以便与芯片阻抗共轭匹配，以提供最大功率给芯片 .当然， RFID 电子标签要实现 大规模使用，要求标签天线加工简单，成品率高，制造成本低 .标签天线作为 RFID 系统中最易变的 部分，面临着小 型化、 低损耗和低成本的实际要求，其制造在整个 RFID 系统中占有重要地位 . 随着“物流网”的发展，未来物品携带的信息会越来越多，对卷标容量的需求会越来越高， RFID 技术可以很好地适应这种形式的发展 .能够快速、准确地采集与处理 ID信息的 RFID 技术， 从 20 实际 90 年代开始发展起来后， 被专家列为继移动通讯 技术、互联网技术之后影响全球经济与人们生活的一项革命性的新技术， 其在生产制造、交通运输、流通零售、物流与供应链、安全防伪、人员和动物跟踪以及监管等方面都具有广基于物联网下的印刷技术研究 5 阔的应用前景，现已逐渐成为企业提高物流供应链管理水平、 降低成本、企业管理信息化、参与国际经济大循环、增强企业核心竞争力的不可缺少的工具和手段 . 现代印刷技术概述 21 世纪是一个以信息数字化、网络化为主要技术特征的知识经济 时代，印刷的应用越来越广泛 .印刷出版业作为信息媒体的主要提供者，作为信息产业的一个重要组成部分，其影响力将越来越突出 .当今印刷工业的发展趋势是既有高新技术知识的服务业性质，又有高生产力的制造业性质，印刷工业将成为信息产业的一个重要组成部分 .所以说，印刷工业已经进入了把数字化、网络化作为技术发展的方向，积极采用数字化工作流程和跨媒体出版技术的信息化进程 . 印刷行业是一个比较特殊的行业：一方面，它需要大量的人员和生产设备来支撑其生产；另一方面，它会生产出许多实实在在的产品 .因此，物联网的应用对于印刷行业的信息化显得更加有意义 .尽管目前诸如条码技术、红外扫描等在印刷行业也已经得到较多的应用，然而，距离成熟的物联网还很遥远 .首先，物品条码只是被动的条码，其记录和处理过程仅存在于生产线、库房与销售网络当中，仍缺乏实时跟踪的机制 .如果有效地引入物联网的机 制，印刷企业可以给每一个人员配备一个 RFID 电子标签，通过安装在工厂内部各处的 RFID 读取设备，就可以实现对工作人员的自动识别和位置定位管理 .同样的方法也可以应用到印刷企业的产品上，这样每一个产品都有了专属于自己的“身份证号码”，通过分布在各个流通环节的 RFID 读取设备，就能随时了解该产品所处的位置，使印刷企业对自己产品的行踪和状态了如指掌，便于管理 . 纵观印刷技术漫长的发展历程， 从早期的雕版印刷到后来的胶泥活字版印刷，从木活字版印刷一直到德国人谷登堡发明的铅合金活字版印刷，印刷技术都在社会文化生活中占据着 举足轻重的地位 .而谷登堡 的铅合金活字版印刷为现代印刷技术 的进一步发展奠定了坚实的基础 .近代由于有了电子计算机的出现，使制版印刷技术有了新的发展 .从20 世纪 50 年代开始，印刷技术不断地采用电子技术、激光技术、信息科学以及高分子化学等新兴科学技术所取得的成果，从而进入了现代化的发展阶段 .70 年代，感光树脂凸版、 PS 版的普及，使印刷迈入了向多色高速化方向发展的阶段 .80 年代，电子分色扫描机和整页拼版系统的应用，使彩色图像的复制达到了数据化、规范化，而汉字信息处理技术及激光照排工艺的不断完善，使文字排版技术产生了根本性的变革 .90 年代，彩色桌面出版系统的推出，表明计算机全面进入印刷领域 .在中国现代印刷技术的发展变迁被形象地归纳成为了一句话“告别铅与火，走过光与电，进入 0 和 1” .从技术形态看，“铅与火”的时代就是以铅字、热排工艺和照相制版为代表的模拟技术时代，“光与电”的时代是以电子分色、照相排字和计算机到胶片（ CTF）为代表的模拟与数字技术并存的时代，“ 0 和 1”的时代是以 CTP 和 CIP 为代表的数字时代 .目前，印刷正在经历从“光与电”向 “0 和 1”时代的转变，计算机到印制（ CTP）和计算机集成印刷（ CIP）成为印刷技术的发展方向和热点领域 .总之，随着近代以来科学技术的飞速发展，印刷技术也迅速地改变着自己的面貌 .在传统印刷继续发展的同时， 数字印刷和 电子印刷也应运而生 .江南大学学士学位 论文 6 而现在提起的 印刷技术主要包括传统 的模拟印刷技术和数字化印刷技术 .传统的模拟印刷技术主要是指平 、凹、 凸、 孔四大印刷技术 .数字化印刷是 指把计算机处理好的数字化信息直接输出到纸张或其他基材上去的印刷技术， 主要包括静电照相数字印刷，喷墨数字印刷，数字胶印技术等 . 本论文的主要内容和结构 论文的第二章系统介绍了电子标签印刷，以及电子标签印刷的具体技术、方法，以及应用前景等问题 . 第三章主要研究有机 RFID 标签天线印刷产业的原理及发展，从整体上认识了有机智能标签市场的新机遇 . 第四章主要研究 RFID 标签印刷中至关重要的导电油墨，具体探究了其组成、分类与工作原理等问题 . 第五章主要是在数字喷墨印刷的具体方式上，研究了标签天线印刷的流程 . 基于物联网下的印刷技术研究 7 第 2 章 RFID 电子标签印刷 电子标签印刷的理论基础 标签是日常生活中最常见的印刷品 .其虽然看上去很简单 ，但却包含了商品的很多信息，给我们的日常生活和工作带来了很多便利 .近年来，随着标签印刷工艺的成熟，传统标签印刷技术 的 发展 放缓 .RFID 电子标签的出现，无疑为标 签印刷业注入了新的活力，为标签印刷技术的发展，开辟出一条更加广阔 的道路 .事实上， RFID 并不是一项新技术，在其发明初期 只是用于军工产业，上世纪 80 年代以后 才开始逐渐应用于商业产品 .近年来，随着电子标签技术瓶颈的消除和技术优势的显现，其 受到广大厂商的热烈欢迎 .从美国国防部到中国标准化管理委员会，从全球零售业帝国沃尔玛，到国际 IT 巨头 IBM、惠普、微软等， 都对电子标签 的发展投入了巨大的资本 . 目前，全球每天大约印刷 400 亿个条码，其中就有 1%是采取电子标签印刷的，这对印刷企业是一个巨大的市场 .而随着印刷电子标签的市场份额的增加，使得电子标签的制作成本大大降低，尤其是采用先进的印刷工艺、联线封装技术和导电油墨印刷的方法后，更是降低了 RFID 智能标签的成本，满足了未 来物流领域的巨大需求，同时也给传统的印刷行业开创了新的天地 .20xx 年全球 RFID市场增长势头强劲 , 市场增长主动力是处于高峰期的中国二代身份证、图书标签、 RFID 旅游卡等 , 卡片和基础设备总值达 50亿美元 , 使中国成为最大的 RFID 市场 .这些项目的射频工作频率仍是最常用的高频 ( 13. 56MHz), 该频段的市场前景十分可观 . 随着 RFID 市场的成长，电子标签的使用量也呈倍数地增加 ，但真正阻碍 RFID 产业发展的因素却是电 子标签的制造成本仍高居不下 .一直以来，成本问题是影响 RFID 标签广泛 普及的重要原因之一 .由于 RFID 标签成本太高 ,不适合中、低档的日常消费品 ,大大阻碍了其普及和推广 .RFID 标签由芯片、内置天线及底材三部分组成 ，底材的 价格 和性能 已经相对稳定， 因而 只能从天线的制作方法入手 .导电油墨的出现为 RFID 电子标签印刷 成本的降低提供了契机 .后来采用 印刷方法 制作天线 ,也 大大降低了 RFID 标签的制作成本 .因为 采用印刷方法制作天线 ， 操作简单省时 , 底材选择灵活多样 ， 印刷速度快 ，生产效率高 ， 还具有弹性好 ， 油墨转移能力好和环保无污染等优点 .因而印刷式的电子标签 具有成本优势 ，深受市场所冀望 .现如今， 印刷式电子技术被广泛应用在软性电子、有机显示器、 EMI 防治、纸电池及 RFID 等领域，其中又以 RFID 被动式的电子标签印刷所面临的技术难题最多 .当导电油墨印刷上去时，油墨会渗入毛细孔，导致电子标签天线阻抗分布不均，此种现象在频率愈高时问题愈严重 .印刷天线的附着力、晶片封装及油墨特性等，则是决定此类产品寿命的重要因素 .RFID 被动式的电子标签印刷 主要使用的油墨 称为“导电银胶” .由于印刷时需使用银粉材料，而近来原料价格不断攀升，使得银胶的成本居高不下，导致原本占有制造成本优势的印刷式电子标签，一时之间成 本降不下来 .不过从长期来看，印刷式电子标签仍是未来低价电子标签的最佳解决方案之一 . 江南大学学士学位 论文 8 以下主要介绍 RFID 电子标签 天线印刷的技术方法和印刷方式 . 电子标签天线印刷的技术方法 目前 ，主要 有四种 电子标签 天线 的 制造技术 ： 蚀刻天线、绕线式天线、印刷天线及印刷与电镀混合制作天线 ， 目前国内外主要是以蚀刻法和电镀法为主，直接印制法 （导电油墨印刷法） 是最近正在兴起和研究的印制技术 .上述各类工艺比较见表 21. 表 21 各类天线印刷工艺比较 天线类型 设备投 入 生产效率 制造成 本 天线性 能 结构灵活 应用局 限 环保问题 印刷天线 低 高 低 良好 大 较小 较小 蚀刻天线 高 高 高 优良 一般 有 有 绕制天线 低 低 低 优良 小 较小 无 印刷与电镀混合 低 较高 低 良好 大 有 有 可以看到采用印刷方式制作天线 ， 具有设备投入 少、生产效率高、制造成本低、天线结构应用灵活及环保问题较少等优点 . （ 1）蚀刻法， 称印制腐蚀法，或减成印制法 .先在一个底基载体（如塑料）上面覆盖一层 20mm~25mm 厚的铜或铝，另外制作一张天线阳图的丝网 .印刷用网印的方法将抗蚀剂印在铜或铝的表面上，保护下面的铜或铝不受腐蚀剂侵蚀；而未被抗蚀剂膜覆盖的铜或铝会被腐蚀剂溶化，露出底基成为天线电路线的间隔线；最后涂上脱膜液去除抗蚀膜，进而制成天线 .工艺流程如图 21 所示 . 图 21 蚀刻法的工艺流程图 （ 2） 电镀法，也称印制电镀法，或加成印制法 .在底基上通过印刷涂覆一层薄的（几微米）起催化作用的油墨，呈天线的阳图形状此种特殊油墨含有金属颗粒，在印制之后，印过的材料再经过电镀过程，铜被镀在材料上，只附着在油墨形成的图形上电镀过程持续到材料上沉积的铜的量达到一定的厚度使之具有合适的导电性，进而形成天线具体的工艺流程（以网印为例）如图 22 所示 . 底 基制作 天线的阳图底片 覆盖 铜或铝膜 印制 抗蚀膜 蚀 刻 去除 抗蚀膜 晒制 抗蚀膜的网版 制作 天线 基于物联网下的印刷技术研究 9 图 22 电镀法的工艺流程图 （ 3） 直接印制法，又称导电油墨印刷法，是直接用导电油墨在绝缘底基（薄膜 、 纸张等）上印制导电线路，形成天线和电路，具体工艺流程见图 23 所示 . 图 23 导电油墨印刷法的工艺流程图 导电油墨印刷法的优势 (1)导电油墨印刷法制作 RFID 电子标签与蚀刻法和电镀法相比，主要有 3 方面的优点： 用传统蚀刻法和电镀法制作 RFID 电子标签天线，工艺复杂，成品制作时间长；导电油墨印刷法制作 RFID 电子标签天线高效快速 .如今，直接印制法已开始取代制作各频率段的蚀刻天线，如超高频段（ 860MHz~950MHz）和 微 波 频 段（ 2450MHz），同时在天线质量方面，直接印制法制作的天线可以与传统工艺制作的天线相媲美 . (2)传统蚀刻法和电镀法制作的 RFID 电子标签天线要消耗大量的金属材料，成本较高；而直接印制法的原材料成本要低于传统的金属天线，这对于降低电子标签的制作成本有很大的意义 . (3)传统蚀刻或电镀工艺的制作过程产生大量含金属和化学物质的废液，对环境造成较大的污染；导电油墨印刷法采用导电油墨直 接在底基上进行印制，不含侵蚀性材料，化学试剂的使用较少或没有，具有绿色环保的优点 . RFID 电子标签天线的印刷方式 天线印刷方式概述 RFID 电子标签是一种微结构，对印刷的要求较高，且需要用导电油墨印刷，印刷的膜层要求高 .通常的胶印机由于墨膜厚度较小，并不适合这种微结构的印刷 .为了能让导电油墨均匀而极薄地涂布在很薄的基材上，必须解决两个问题：一是导电油墨的研发；二是印刷设备提供商能够提供出印刷电子标签的理想解决方案，如采用混合印刷技术 . 德国开姆尼茨工业大学印刷和媒体技术研究所目前正在进行聚合物电子印刷的项目底基 印制 油墨 晒制 油墨的网版 油墨 上电镀铜或铝 制作 天线的阳图底片 制成 天线 底基 制作 天线的 阳图 底片 晒制 导电油墨的 网版 印制 导电油墨 制成 天线 江南大学学士学位 论文 10 研究 ， 目的是研制一种适合于工业化生产的聚合物电子产品的新型印刷方法 ， 这 种研究思想就是利用现有的胶印机将导电油墨叠印在宽幅的卷筒材料上 .根据研究所介绍 ， 用一台高效率印刷机在 40min 内可以生产出传统电子标签厂 1 年的产量 ， 并且制作价格也降到。