作者：韩政

摘  要：分析HNB电子烟产品加热组件的结构形式及常见基材特性，研究圆管厚膜印刷设备的关键技术，结合案例，验证该类设备在提升印刷精度、阻值一致性及生产稳定性方面的效果显著，为未来研发奠定基础。

关键词：HNB电子烟；厚膜丝网印刷；圆管印刷设备；加热组件；CCD视觉对位；

随着HNB（Heat Not Burn）电子烟产品的快速发展，加热组件对温度控制精度、结构可靠性及批量生产一致性提出了更高要求。厚膜丝网印刷技术通过在圆柱形基材表面直接印刷电阻图案，实现了发热结构的一体化设计，相比传统绕丝加热方式具有结构紧凑、加热均匀和制造效率高等优势[1]。

图1  HNB电子烟产品

一、HNB加热组件结构与材料

HNB电子烟（见图1）的加热组件通常由圆柱形发热体构成，发热体内部可放置烟草条进行加热。传统发热体通常采用金属丝套管等结构，而采用厚膜印刷技术则可以直接将精密的电阻图案印刷在圆管外表面，实现一体化的紧凑结构。在这种厚膜发热结构中，圆管基材为加热电路提供支撑和包裹烟草，其机械强度和耐温性能直接影响组件的可靠性[2]。

圆管基材常见种类包括陶瓷、不锈钢、石英玻璃及高温工程塑料等（见图2）。陶瓷管（如氧化铝陶瓷）耐高温、绝缘性佳，可承受厚膜印刷后的高温烧结过程，广泛应用于高性能加热管中；不锈钢管导热性好、强度高，但需先涂覆绝缘层（如绝缘浆料）烧结固化后再印刷电阻层；石英玻璃管具有极高的耐热性和电绝缘性，通常可通过表面预处理后直接印刷厚膜浆料；高温塑料管（如聚酰亚胺）耐温稍低，只能用于低功率加热场合，印刷过程需使用低温固化型浆料。

图2  传统香烟燃烧VS加热不燃烧电子烟

基于不同基材的热膨胀和表面特性，厚膜印刷工艺也需相应调整。例如，陶瓷管印刷后通常进行高温烧结以确保粘附和致密性；金属管印刷前要进行喷砂或活化处理以增强浆料附着力（见图3）；石英管表面常采用电晕或等离子体处理以增强浆料附着力（见图4）；塑料管则需严格控制烘烤温度和时间，避免变形或开裂。加热管材料的最终选型需综合考虑工作温度、热导率、机械强度及制造成本等因素，以满足HNB加热产品的具体性能需求。综上所述，根据基材类型选用相应的厚膜印刷工艺是保证加热组件性能与质量的关键。

图3  不锈钢材质HNB组件

图4  石英材质HNB组件

二、厚膜印刷技术在HNB中的应用

1.厚膜印刷的优势

厚膜印刷是一种通过丝网版进行的增材制造工艺，在HNB加热组件制造中具有显著优势。例如，其采用多次印刷，将电阻浆料直接图形化传递到基材表面，形成精密的电阻图案。相比传统绕丝加热元件，网版印刷的厚膜发热体结构紧凑，无需额外加热丝嵌套加工步骤，是简化和轻量化装配工艺。

一般情况下，厚膜电阻图案可以设计为螺旋形、波浪形或条形，以实现在圆管表面的均匀加热分布，网印可使线宽达到几十微米并良好地控制膜层厚度，满足现代HNB器具的要求。由于厚膜材料本身导热性能良好，系统加热效率通常可达90%以上，电阻值稳定，响应速度快，所以预测未来HNB产品会迎来大范围的市场占有率。

典型发热体温度可达到300～350℃，在PID控制下温度稳定性可达±1℃。厚膜加热体寿命长，常用的电子电阻浆料，如银浆、铑铂与钯合金氧化物浆料等具有优异的热稳定性和抗氧化性能，可保证数万小时可靠工作[2]。

2.金属管HNB印刷流程

成熟的厚膜印刷工艺流程主要包括基材表面处理、电子浆料制备、丝网版制备、印刷传递浆料、干燥以及烧结固化。圆管加热器印刷制备流程通常是先对圆管基材进行去油和去灰尘的表面处理，然后印刷第一层绝缘介质浆料并烧结；接着印刷厚膜电阻浆料，经过预烘干后置于高温窑炉中烧结；如需要导线层，可在烧结后印刷金属浆料并烧结，以形成电极或过渡层；最后可印刷一层保护介质层并再次固化，以增强耐磨和防护性能。以上是典型的金属管HNB的整个印刷过程，需要4次循环印刷和烧结，每层都需要把握良好的印刷膜厚。浆料克重。烧结温度等。

三、圆管厚膜印刷设备关键技术

图5  HNB加热组件专用印刷设备 HS-S30CCD

1.机械结构设计

一般传统的网印设备仅针对平面产品印刷，HNB加热组件专用印刷设备HS-S30CCD（见图5，专利公开号 CN221851451U）是广东恒锦智能装备有限公司等企业结合厚膜印刷原理和圆管的形状特性，所开发的一款专用设备，其也是厚膜印刷技术在圆柱形产品上的应用拓展，该设备具有整体结构紧凑、精度高、操作简便等特点。

一方面，这类设备的机械结构通常采用高刚性设计以确保长期运行稳定性。据报道，一款高精密自动对位厚膜印刷机采用全铝合金或钢材加工的精密结构部件，能够保证印刷平台、网版和刮刀等关键部件的稳定性，其制造工艺和材料选择旨在确保长时间运行过程中的结构稳定性和印刷精度。在实际生产中，整个印刷机机座、立柱、滑轨等核心结构件都需要严格的材料与工艺控制，例如采用厚壁方管焊接、经过充分的退火和整平处理，以提升框架的刚度和耐用性。

另一方面，解析设备的“大体重”特征。与传统印刷机相比，厚膜圆管印刷机需着重考虑长期使用的稳定性，因此在设计时要综合考虑整机重量和体积。实际案例中，广恒锦智能研发生产的圆管印刷设备整机重量约在600 kg级别，同时保持机器外形紧凑，占地面积较小，这种设计可有效抑制振动，既保证了设备的稳定性，又使生产车间空间利用更加灵活美观。此外，设备通常配备结构优化的工作平台，如铝合金蜂窝板或钢质沉板，这些材料兼顾轻质、刚度高和金属美感的特点。经研究发现，高刚性铝型材框架与厚钢结构的合理结合，使得印刷台板在长时间高负载运转时仍能保持平整度与定位精度，从而提高印刷重复性和可靠性。

2.材料选用与平台稳定性

在厚膜圆管印刷机的构造中，高强度材料的使用对平台稳定性至关重要。众多业内专家建议使用高强度铝型材或钢结构材料作为机架骨架，例如在选材上，部分印刷设备采用80 mm×80 mm×5 mm规格的高应力方管焊接而成的机架，比60 mm×60 mm×3 mm方形钢管具有更高的抗弯强度和刚度。

类似地，整体铝型材框架方案也得到广泛采用，其材料本身具有较高的质强比和热稳定性，且表面经硬质氧化处理后具有极佳的耐腐蚀性和耐磨性。这些特性能够有效减少温度变化或长期负荷带来的形变。部分设备还引入主动减震或阻尼材料来吸收杂散振动，如在机座与地面的接触处加装减震垫块，减少外界振源传入机器内部。所有这些设计都旨在在长时间连续运行中“无明显振动”，极大提高设备的精度稳定性和耐久性。

此外，重要部件的加工精度与组装精度也是保障设备性能的关键。例如，印刷头、刮刀机构、产品夹具等机构件均采用精密加工，并配合线性导轨和平面滚珠丝杠等传动元件，确保运动过程中无抖动和反复定位精度高。同时，多处采用伺服电机驱动取代传统气缸或步进电机，使得印刷压力、速度和位置更加可编程可控制，减少设备部件加工误差给加热管带来不良性能。实际生产表现方面，“伺服驱动+高刚性结构+精密气缸”相结合的设计理念，能够在实际运行中有效抑制振动因素，提高设备的稳定性。

综上所述，通过选用高强度铝型材和钢材等材料，并采用整体刚性框架设计，可以显著增强厚膜印刷机的结构稳定性，从而保证印刷平台的稳定性和长期使用精度。

3.刮刀运动系统

圆管印刷设备的印刷头通常采用悬浮式设计，通过高刚性导轨和滚珠丝杆在X/Y方向移动，同时装配Z轴微调机构保证刮刀与管壁间隙一致。圆管印刷头后端装有回墨刮刀，可在印刷时把电子浆料平铺在网版中。印刷头支撑架采用高强度耐腐蚀性材料，设有可调高度的印刷平台，能通过气缸或伺服电机控制自动升降；刮刀平台角度可调整以适应不同管径，并且可以数字显示刮刀压力，保证印刷一致性。此外，刮刀压力等都可通过数据调节，相比人工依靠技能或记忆去调节要更精准。

多家厂家反馈，HNB加热组件在专用圆管厚膜印刷机上进行生产时，设备在连续大批量印刷下仍能保持高度稳定性，无振动痕迹，显著提升了印刷精度的一致性和产品良率。这是由于印刷头整体铸造和高精度加工，配合高响应伺服系统和精密气缸，确保刮刀在往复运动时压力均匀、路径无偏移。这也是设备保持圆管印刷可实现无缝印刷的主要支撑点。此外，实际生产中也要选择合适硬度和角度的刮刀，以匹配电子浆料和印刷基材的特性 。

4.CCD视觉对位系统

为满足微米级印刷对位精度，现代圆管厚膜印刷设备普遍配备了CCD视觉对位系统。为产品定制的工装治具固定和对位系统是关键环节。圆管工件通过专用治具夹紧，并配合气压或伺服锁紧机构等实现稳定定位。圆管上通常预留定位标记或参考缺口，产品上下料位置设有高清CCD视觉系统自动识别标记，进行工件精确定位，实时调整印刷头或工件位置，以消除装夹误差和机械偏差。该网版视觉通过识别网板图案特征实现自动对位，对位系统可达微米级精度，并支持U、V、W三轴微调补偿，以减少更换网版板带来的时间成本和技术人员的设备调试时间，辅助印刷图案与圆管表面对齐。

具体来说，CCD对位流程通常包括扫描圆管四周或两端的对位标记，通过图像识别算法计算实际与目标之间的偏差，再由控制系统发出指令调整工件位置或印刷头高度角度。由于CCD系统的精度可以达到±5μm或更高，可以有效补偿手动上下料或机械臂传送带带来的累积误差，加之真空吸附或锁紧机构固定产品，确保了工件在印刷期间不移动。配备CCD自动对位厚膜印刷机，不仅能显著提高单件产品的印刷精度，还能大幅度提升批量生产时的重复一致性。因此，CCD视觉对位系统已成为现代高端厚膜印刷设备的标配技术之一，是实现智能化、高精度印刷的关键所在。

四、应用实例与效果

在实际应用中，上述关键技术显著提升了圆管厚膜印刷设备的综合性能。例如，在某企业的HNB电子烟加热管的生产线中（见图6），引入恒锦智能的圆管厚膜印刷机后，印刷产品的精度稳定性得到极大改善。具体体现在：产品图形重复偏差小于±5μm，印刷后电阻一致性提高了20%以上，测试浆料称重误差在±0.001 g, 显著提升了管材整体的发热一致性。HNB加热组件专用印刷机每小时产能稳定在450 pcs，在全自动生产线中，一名操作员即可监管10台印刷设备，保证设备的正常运作；由于机台整体采用自动化控制与高可靠性设计，优秀的售后团队服务，设备日常维护量减少，使用寿命也得到延长。

图6  圆管加热器印刷烧结自动线示意

综合来说，厚膜圆管印刷设备集成了坚固的机架设计、优质材料、精密加工及先进视觉对位等多项技术手段，有效解决了HNB加热组件印刷工艺中的诸多挑战。刚性结构提供了可靠的机械基础；CCD对位系统保证了高精度对位；振动抑制设计则持续提升了印刷一致性和设备耐用性。这些技术的融合应用，不仅满足了HNB加热组件制造的严格要求，也为未来厚膜印刷在电子烟及其他领域的推广应用奠定了基础。

结语

厚膜丝网印刷技术为HNB加热组件制造提供了高效可靠的解决方案，通过在圆柱形基材上直接印刷发热电阻，厚膜发热体实现了结构一体化和可控加热。优化CCD对位、伺服运动和在线清洗等设备技术，可进一步提升产品一致性和产率。在行业加速发展背景下，高精度厚膜印刷及专用设备将成为确保HNB产品质量和性能的核心竞争力。

随着HNB市场和电子器件集成化需求的发展，圆管厚膜印刷设备将持续向高精度和智能化方向升级，未来设备定位精度有望达到亚微米级，以满足更细间距和微结构印刷需求。与此同时，人工智能视觉检测将深入应用于印刷设备，通过图像识别和机器学习算法，实现自动对位校正、实时缺陷检测和工艺优化。此外，随着工业互联网和智能制造的发展，印刷设备将更好地与上下游自动化设备连接，实现全线无人化生产，包括自动添加浆料、更换网版等。智能工厂和大数据分析技术将被整合进生产流程，使设备能够实时监控生产数据和远程诊断。总体而言，未来的圆管厚膜印刷设备将更加精密、高效和智能，为HNB加热组件等高端电子元器件制造提供强大支撑。

参考文献：

[1]李强,王志远,刘鹏.厚膜丝网印刷技术在电子器件制造中的应用研究[J]. 电子元件与材料,2018.

[2]陈凯,赵建军.厚膜电阻材料及其在微型加热器中的应用[J].功能材料,2019.

（作者单位：广东恒锦智能装备有限公司）