噴墨打印技術(shù)簡介

1、噴墨打印技術(shù)簡介噴墨打印的發(fā)展歷史、熱發(fā)泡和微壓電式噴墨方式介紹三、噴墨打印重要的參數(shù)四、工業(yè)噴墨印刷的主要應(yīng)用領(lǐng)域五、主要工業(yè)噴墨打印頭制造商一、噴墨打印技術(shù)的發(fā)展歷史噴墨打印技術(shù)主要經(jīng)歷了連續(xù)噴墨打印技術(shù)、熱泡式噴墨打印技術(shù)和壓電式噴墨打印技術(shù)三個(gè)階段。而噴墨打印技術(shù)的進(jìn)步及其在工業(yè)中的應(yīng)用也相應(yīng)推動(dòng)了工業(yè)噴墨打印頭的進(jìn)步與發(fā)展。20世紀(jì)60年代，隨著墨滴形成及其在電場運(yùn)動(dòng)等基礎(chǔ)理論的研究，連續(xù)噴墨打印理論逐步形成并開始進(jìn)入應(yīng)用階段。20世紀(jì)70年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用于噴墨打印機(jī)的連續(xù)噴墨打印頭。20世紀(jì)80年代，熱泡式打印原理被發(fā)現(xiàn)。隨后熱泡式噴墨打印技術(shù)得以完善并出現(xiàn)了熱

2、泡式噴墨打印頭。與連續(xù)式噴墨打印頭相比，熱泡式噴墨打印頭工作效率和打印精度更高，同時(shí)供墨方式簡單，不需要額外加壓裝置和終端回收裝置。因此，熱泡式噴墨打印頭開始逐步取代用于噴墨打印機(jī)的連續(xù)噴墨打印頭。90年代，熱泡式噴墨打印頭還被開始應(yīng)用于戶外廣告用的廣告數(shù)碼噴繪設(shè)備。20世紀(jì)90年代，隨著壓電式噴墨打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，壓電式噴墨打印頭開始逐步進(jìn)入實(shí)質(zhì)性應(yīng)用階段。與熱泡式噴墨打印頭相比，壓電式噴墨打印頭對墨滴的控制能力更強(qiáng)，噴射過程中形成的墨滴體積更小，噴射速度更快，噴射頻率更高。同時(shí)壓電式噴墨打印頭在噴射過程中無需加熱，墨液不會(huì)因受高溫而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，大大降低了設(shè)備對墨液質(zhì)量的要求。此外，壓

3、電式噴墨打印頭還能適用于不帶電荷、不受高溫汽化產(chǎn)生氣泡的打印介質(zhì)；但由于與熱泡式噴墨打印頭相比，壓電式噴墨打印頭的成本較高。因此，壓電式噴墨打印頭僅在對打印質(zhì)量要求較高的中高端戶外廣告噴繪領(lǐng)域得到逐步應(yīng)用。而隨著科技的不斷進(jìn)步以及噴墨打印技術(shù)應(yīng)用成本的逐步降低，工業(yè)噴墨打印技術(shù)在工業(yè)的應(yīng)用也日益廣泛。當(dāng)前壓電式噴墨打印頭在工業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于中高端戶外廣告噴繪，而是逐步拓展至紡織印染、陶瓷建材、電子、3D打印等工業(yè)領(lǐng)域；壓電式噴墨打印頭也成為工業(yè)噴墨打印頭的主流，而熱泡式噴墨打印頭仍主要應(yīng)用于家用和辦公用打印機(jī)。:、熱發(fā)泡和微壓電式噴墨方式介紹1.熱發(fā)泡噴墨技術(shù)通過加熱噴嘴，使墨水產(chǎn)生氣

4、泡，噴到打印介質(zhì)上，屬于高溫高壓打印技術(shù)。其工作原理是：利用薄膜電阻器，在墨水噴出區(qū)中將小于5pixellite的墨水瞬間加熱至300c以上，形成無數(shù)微小氣泡，氣泡以極快的速度（小于10微秒）聚為大氣泡并擴(kuò)展，迫使墨滴從噴嘴噴出。氣泡再繼續(xù)成長數(shù)微秒，便消逝回到電阻器上。氣泡消逝，噴嘴的墨水便縮回。接著表面張力會(huì)產(chǎn)生吸力，拉引新的墨水補(bǔ)充到墨水噴出區(qū)準(zhǔn)備下一次的循環(huán)噴印。由于接近噴嘴部分的墨水被不斷加熱冷卻，積累的溫度不斷上升（至30-50C）,因而需要利用墨盒上部的墨水循環(huán)冷卻，但在長時(shí)間打印中，整個(gè)墨盒里的墨水仍然會(huì)保持在40-50C左右。在如此嚴(yán)苛的條件下工作，用于熱氣泡噴印機(jī)的噴墨因而

5、需要極高的穩(wěn)定性，造成成本較高，微型電阻發(fā)熱器的使用壽命也相對縮短，因長時(shí)間冷熱交替工作，使其產(chǎn)生不可避免的腐蝕，以致報(bào)廢。由于熱氣泡噴印是在較高的溫度條件下進(jìn)行，所以其噴墨必須設(shè)計(jì)為低粘度（約40mN/m）,以保證長時(shí)間持續(xù)高速打印。HeaterrInkHeagr頂部發(fā)射式側(cè)面發(fā)射式2 .壓電式噴墨技術(shù)此技術(shù)是將許多微小的壓電陶瓷放置到打印頭噴嘴附近，壓電陶瓷在兩端電壓變化作用下具有彎曲形變的特性，當(dāng)圖像信息電壓加到壓電陶瓷上時(shí)，壓電陶瓷的伸縮振動(dòng)變形將隨著圖像信息電壓的變化而變化，并使墨頭中的墨水在常溫常壓的穩(wěn)定狀態(tài)下，均勻準(zhǔn)確地噴出墨水。與發(fā)泡技術(shù)相比，壓電噴墨技術(shù)具有墨點(diǎn)形狀規(guī)則、沒有

6、濺射、墨點(diǎn)大小可控、噴射速度可控、定位準(zhǔn)確、可以選用更多化學(xué)成分不同的墨水、腐蝕機(jī)會(huì)減少、噴頭壽命延長等優(yōu)點(diǎn)，還可以采用顏料墨水，防止紫外線照射時(shí)所引起的變色和褪色現(xiàn)象。而專為壓電技術(shù)開發(fā)的墨水，具有溶解特性和速干特性，能快速滲透入紙張，不起毛邊，不暈染，尤其是在噴墨紙和光澤紙上，打印質(zhì)量非常好。陶瓷壓電式噴印系統(tǒng)幾乎可以打印任何種類的墨水，包括水溶性（watersoluble）,溶劑性（sokentink）,和上面所述的加溫固態(tài)噴墨。用于陶瓷壓電式噴印的墨水，有較寬的粘度及張力適應(yīng)范圍（粘度可以在1-20mPa.s之間。張力在30-50mN/m之間）。Fijt5,CUssificaticn口

7、piezninkjet(Fl|)printheadxtchiKiloj?by(hedcFqnmaiionmodeusedtojjcncratpthedrops.3 .熱發(fā)泡與壓電式噴墨技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)（1）熱發(fā)泡噴墨技術(shù)優(yōu)勢：熱發(fā)泡噴墨技術(shù)便是使用水性與油性染料混合的系統(tǒng)，其不論是用在家用打印機(jī)，還是商用打印機(jī)上，都可以得到不錯(cuò)的打印品質(zhì)?？s小墨滴噴出區(qū)域的能力和整合的電路循環(huán)技術(shù)，可望使未來采用此項(xiàng)技術(shù)的噴墨打印機(jī)的墨滴體積更小，噴出墨滴的頻率更高，可產(chǎn)生出更豐富的調(diào)和色及更平滑的網(wǎng)目調(diào)。低操作頻率、高噴嘴數(shù)和單一打印的解析度，都是高速打印的基本要素。目前發(fā)泡噴墨打印技術(shù)，主要生產(chǎn)商是有惠普、高

8、印等知名品牌；另外發(fā)泡噴墨技術(shù)可以提高打印速度，提高打印機(jī)的工作效率。不斷整合的電路技術(shù)也讓發(fā)泡噴墨技術(shù)可以持續(xù)壓低成本，同時(shí)將整個(gè)打印過程最佳化不足：采用熱發(fā)泡技術(shù)的墨頭長期在高溫、高壓環(huán)境中工作，除噴嘴腐蝕嚴(yán)重外，同時(shí)容易引起墨滴飛濺和噴嘴堵塞等。在打印品質(zhì)方面，由于在使用過程中要加熱墨水，而高溫下墨水很容易發(fā)生化學(xué)變化，性質(zhì)不穩(wěn)定，色彩真實(shí)性就會(huì)受到一定程度的影響；另一方面由于墨水是通過氣泡噴出的，墨水微粒的方向性與體積大小不好掌握，打印線條邊緣容易參差不齊，一定程度上影響了打印質(zhì)量。在應(yīng)用方面，因熱發(fā)泡技術(shù)的極限性（只能使用高張力低粘度的墨水為主要介質(zhì)的水基噴墨），不能使用有機(jī)溶劑，因

9、而無法使用溶劑型噴墨以應(yīng)用于戶外大幅面廣告噴印。(2)壓電式噴墨打印優(yōu)勢：壓電噴墨技術(shù)對墨滴的控制能力更強(qiáng)，且墨滴微粒形狀更為規(guī)則、定位更加準(zhǔn)確，打印分辨率提高，容易實(shí)現(xiàn)高精度打印。且微壓電噴墨時(shí)無須加熱，墨水不會(huì)因受熱而發(fā)生化學(xué)變化，降低了對墨水的要求，也延長了打印頭的壽命。因溫度的持續(xù)穩(wěn)定，使長時(shí)間不間斷持續(xù)噴印時(shí)墨水的粘度及表面張力保持相對的穩(wěn)定，保證印件質(zhì)量前后的一致性，及客戶重印顏色的再現(xiàn)統(tǒng)一性。陶瓷壓電式噴印系統(tǒng)幾乎可以打印任何種類的墨水，包括水溶性，溶劑性，和上面所述的加溫固態(tài)噴墨。用于陶瓷壓電式噴印的墨水，有較寬的粘度及張力適應(yīng)范圍(粘度可以在1-20mPa.s之間。弓力在30

10、-50mN/m之間)，且具有溶解特性和速干特性。因此微壓電技術(shù)彌補(bǔ)了熱發(fā)泡技術(shù)的不足，有著更為廣范的應(yīng)用空間不足：微壓電噴墨技術(shù)的最大的不足就是，它將多數(shù)噴嘴集中在一個(gè)打印頭上還是比較困難，因此打印速度就會(huì)減慢。且當(dāng)打印機(jī)墨頭堵塞后，需要浪費(fèi)大量的墨水清洗墨頭。每次更換墨頭，首先要浪費(fèi)30%!水做墨頭清洗，每次開機(jī)都需要23分鐘的清洗，也要浪費(fèi)一些墨水。氣量裝置要求用戶更換墨盒時(shí)，還剩余17%-25%勺墨水。三、噴墨打印重要的參數(shù)打印頭的性能參數(shù)有：1 .DPI:dotsperinch,表示在一英寸范圍內(nèi)的墨點(diǎn)數(shù)。對于打印品質(zhì)和打印成本有很大的影響。2 .墨滴體積(drop-volume):目

11、前體積范圍232pl。分辨率要求越高的圖畫需要越小體積的墨滴。3 .墨量：直接影響打印的成本。單位ml/g/需要根據(jù)DPI和墨滴體積進(jìn)行計(jì)算。4 .墨滴噴射速度：通常以m/s計(jì)算。速度越快，墨滴飛行時(shí)間越短，打印在基材上的位置偏移量就會(huì)越小。不是越快越好。5 .噴墨功率Pjet：衡量噴墨打印頭生產(chǎn)力的關(guān)鍵指標(biāo)。Z=-1；3x(24410一,產(chǎn)6 .噴頭寬度5墨水的性能參數(shù)有：1 .界面張力以mN/m為單位.不同于通常所說的“表面張力”，界面張力包括周圍的介質(zhì)，例如，在檢測時(shí)大多以空氣為介質(zhì)。該參數(shù)影響以下性能。a.打印字體或圖案的邊緣銳利度b.墨水在紙和其他介質(zhì)中的滲透性墨水在墨盒中的流動(dòng)性常

12、見墨水界面張力值的范圍：Epson和Canon黑色和彩色墨水50mN/m2QC,HP和Lexmark彩色墨水34mN/m20Q使用低界面張力的墨水：墨滴小，墨水會(huì)更深地滲入紙或其他介質(zhì)中.使用高界面張力的墨水：墨滴大，向介質(zhì)滲透性小。但是，過高的界面張力會(huì)造成大量泡沫，這樣的墨水也不合格。2 .粘度粘度會(huì)影響墨水以下性能：a.打印字體或圖案的邊緣銳利度及墨水在紙和其他介質(zhì)中的滲透性b.墨水在墨盒中的流動(dòng)性（特別是帶有海綿的墨盒，如HP彩色墨盒和Lexmark黑色/彩色墨盒）c.墨流的堵塞（若墨水粘度過高，墨流會(huì)完全堵塞）。3 .pH值a.若pH值過低（酸性），墨水會(huì)腐蝕墨盒b.若pH值過高（堿

13、性），會(huì)產(chǎn)生額外的鹽而降低墨盒的使用壽命（腐蝕）并提高了電導(dǎo)率c.為保證墨水良好的穩(wěn)定性，墨水的pH值必須與染料所需的pH值相當(dāng)4 .電導(dǎo)率在墨水中，電導(dǎo)率數(shù)值是用來反映其中鹽含量的高低。該參數(shù)受以下因素影響：a.水/墨水中的鹽（如氯化鈉）會(huì)損害墨盒甚至使墨盒失效b.染料的離子性不會(huì)象鹽一樣對墨盒造成損害。一般而言，鹽含量不能超過0.5%,電導(dǎo)率應(yīng)小于10000us/cm,以避免在噴嘴形成結(jié)晶5 .密度和粒度該參數(shù)受墨水的成分影響。6a.染料型墨水的密度大多在1.00和1.03之間b.顏料型墨水的密度大致為1.04.墨水的粒度應(yīng)小于0.2um。四、工業(yè)噴墨印刷的主要應(yīng)用領(lǐng)域1 .戶外廣告：戶外

14、廣告噴繪是噴墨印刷技術(shù)最早進(jìn)入的工業(yè)領(lǐng)域之一。相對其他領(lǐng)域，戶外廣告對印刷精度和印刷速度的要求不高，因而較早采用噴墨印刷。目前戶外廣告噴繪的市場已經(jīng)十分成熟，并且隨著全球城市化水平的不斷提高，市場規(guī)模繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢。2 .陶瓷噴?。簢娔∷⒓夹g(shù)在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用近十年來呈快速增長態(tài)勢，相對于傳統(tǒng)加工工藝，噴墨印刷技術(shù)為陶瓷生產(chǎn)提供了成本更低、質(zhì)量更高的選擇，同時(shí)可以使產(chǎn)品更具創(chuàng)意，滿足客戶的個(gè)性化需求。據(jù)CeramicWorldReview雜志統(tǒng)計(jì)，目前全球有約9000條陶瓷生產(chǎn)線，其中約一半在中國。3 .紡織印花：紡織印花原來主要采用絲網(wǎng)印刷工藝，近年來逐步開始采用噴墨印刷技術(shù)。紡織工業(yè)規(guī)模

15、龐大，而我國是全球最大的紡織品生產(chǎn)國。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2012年我國規(guī)模以上紡織企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到5.78萬億元，同比增長12.3%,這為噴墨印刷技術(shù)的發(fā)展提供了巨大的空間。4 .印刷電子：印刷電子是噴墨印刷技術(shù)在高科技領(lǐng)域的應(yīng)用，主要采用噴印技術(shù)將導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體、高分子聚合物等電子材料準(zhǔn)確打印到所需位置，制成印刷線路板、液晶顯示屏、RFID標(biāo)簽、光電池等高科技產(chǎn)品。近年來，隨著智能手機(jī)、液晶電視、平板電腦等電子產(chǎn)品的流行，噴墨印刷技術(shù)在印刷電子領(lǐng)域的應(yīng)用潛力十分可觀。5方氏品印刷：紙品印刷之前主要采用膠印、凹印、柔印、網(wǎng)印及靜電數(shù)字印刷等印刷工藝，近年來噴墨印刷技術(shù)的優(yōu)勢逐漸為印

16、刷企業(yè)所接受，在出版物、標(biāo)簽、包裝等領(lǐng)域，噴墨印刷技術(shù)已經(jīng)占據(jù)了一定的市場份額，并將繼續(xù)呈現(xiàn)增長態(tài)勢。此外，噴墨印刷技術(shù)在家居裝飾、會(huì)議展覽，乃至新興的3D打印等領(lǐng)域也得到不同程度的應(yīng)用。五、主要工業(yè)噴墨打印頭制造商上海帕毛1 .賽爾公司：賽爾公司成立于1990年，是全球領(lǐng)先的獨(dú)立工業(yè)噴墨打印頭供應(yīng)商，總部位于英國劍橋，1997年在倫敦證券交易所上市。賽爾公司主要設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)壓電式噴墨打印頭，早期主要業(yè)務(wù)是轉(zhuǎn)讓專利權(quán)，多家日本公司均購買了其專利使用權(quán)。1999年7在兼并瑞典MIT公司后建立了自己的生產(chǎn)基地，目前在瑞典和英國擁有兩個(gè)生產(chǎn)基地。賽爾公司早期產(chǎn)品主要面向廣告噴繪行業(yè)，具有較高市場

17、占有率，后受到低價(jià)產(chǎn)品沖擊，產(chǎn)品重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向陶瓷噴印和家居裝飾行業(yè)。2 .富士膠片Dimatix公司：富士膠片Dimatix公司的前身Spectra公司成立于1984年，總部位于美國加州，2006年被日本富士膠片公司收購后改為現(xiàn)名。富士膠片Dimatix主要生產(chǎn)高性能壓電式噴墨打印頭，其特點(diǎn)是技術(shù)全面，是目前唯一可以滿足各類噴墨打印要求的供應(yīng)商，但由于產(chǎn)品售價(jià)較高，應(yīng)用受到一定限制。富士膠片公司Dimatix的產(chǎn)品采用了一種被稱為共享頂(ShareRoof)的技術(shù)，所有噴嘴可以同時(shí)噴射，因此印刷速度較快。3 .柯尼卡美能達(dá)(KonicaMinolta)噴繪科技公司：柯尼卡美能達(dá)噴繪科技公司是日

18、本柯尼卡美能達(dá)的子公司，成立于2005年。該公司購買了賽爾公司的專利使用權(quán)后，開發(fā)了基于賽爾技術(shù)的壓電打印頭，其產(chǎn)品以中低端為主，用于廣告噴繪、紡織等行業(yè)。4 .愛普生(EPSON公司：日本愛普生公司是全球主要的壓電式噴墨打印頭及系統(tǒng)開發(fā)商，其產(chǎn)品主要用于愛普生自產(chǎn)自銷的辦公室及家庭打印機(jī)。面向工業(yè)噴墨印刷市場，愛普生也開發(fā)少量專用工業(yè)噴墨打印頭供應(yīng)其他用戶，但通常要簽訂專門的商業(yè)合同，譬如要求同時(shí)購買墨水。目前日本網(wǎng)屏公司的高速噴墨印刷機(jī)TruePressJet520采用了愛普生的噴墨打印頭，愛普生自身也開發(fā)了面向標(biāo)簽印刷領(lǐng)域的噴墨印刷機(jī)。愛普生的產(chǎn)品在噴墨打印頭領(lǐng)域具有價(jià)格競爭力，但其相對

19、苛刻的合作條款限制了其應(yīng)用。5.SIIPrintek公司：SIIPrintek公司是日本精工的子公司，成立于2001年。SIIPrintek公司購買了賽爾的專利使用權(quán)并以此開發(fā)出基于賽爾技術(shù)的壓電式紡織用噴墨打印頭，而賽爾本身并不生產(chǎn)這類產(chǎn)品。SIIPrintek的產(chǎn)品價(jià)格便宜，但由于工作頻率低以及壽命短，主要應(yīng)用于中低端市場。6.兄弟-京瓷(Brother-Kyocera)公司：日本兄弟(Brother)公司購買了賽爾及Spectra公司的專利使用權(quán)并以此開發(fā)出基于剪切運(yùn)動(dòng)的壓電式噴墨打印頭，日本京瓷(Kyocera)是全球主要壓電陶瓷生產(chǎn)供應(yīng)商。兩家公司通過合作，于2008年共同推出了KJ4系列噴墨打印頭。該產(chǎn)品有2656個(gè)噴孔，是目前噴孔數(shù)最多、速度最快的噴墨打印頭之一。目前奧西、宮腰和多米諾的高速噴墨印刷機(jī)均采用了兄弟-京瓷的噴墨打印頭。7.ITWTRIDENT公司：TRIDENT公司成立于1980年，總部在美國，主要設(shè)計(jì)、開發(fā)和生產(chǎn)用于包裝、條碼等工業(yè)打印的壓電式噴墨打印