浅谈连续喷墨打印及其新技术

浅谈连续喷墨打印及其新技术
喷墨印刷主要分为连续式和按需式两大类，从其结构和控制难度上来说按需式以其结构简单控制难度小节约成本等优势发展迅速，但是在大幅面印刷和印刷速度上来说，连续式拥有很大优势，在此我简单的介绍一下连续式喷墨打印技术的原理及其未来发展方向，当然不全面和需要补充的地方还有很多，希望各位前辈给予指导。

从1873年世界上第一台基于墨水喷射原理的图形花样（图案）输出设备付诸使用开始算起，喷墨印刷已经有100多年的发展历史，比人们想象中的更古老。

如果上溯到1858年出现的类似于喷墨印刷的Siphon记录装置，则喷墨印刷的发展历史更悠久。

整个20世纪初期是喷墨印刷技术发展的孕育阶段，尤其是在1930年前后出现了一批研究工作者，他们大多致力于利用细窄墨水流的连续喷射记录各种信号，以示波器发出的波形信号最为典型。

活跃的研究活动导致多种喷墨记录装置取得专利技术授权，大多是建立在喷墨记录原理基础上的传真机输出部分，这些连续喷墨设备通过偏转连续墨水射流的方法在承印材料上形成记录轨迹。

世界上首台成功应用喷墨印刷原理的设备诞生于1951年，即西门子公司瑞典籍医生和工程师Elmqvist研制的字符喷墨打印机。

严格意义上的打印机应该由计算机控制，或者说打印机通常指计算机控制下的硬拷贝输出设备。

可以这样说，点阵和行式打印机出现前的喷墨设备均以模拟方式工作，大多数情况下不必与计算机的打印机严格区分。

1963年，美国斯坦福大学Richard Sweet博士在Elmqvist喷墨装置的基础上开展对连续喷墨的实验研究，提出了不同于Elmqvist技术的连续喷墨印刷原理。

实验成功的确切时间很难确定，学术界普遍认为形成于1964年到1965年之间。

后来证明，由于Sweet采用静电偏转法控制墨滴是否喷射到纸张，因而工作原理更有普遍意义。

这种技术发展成赛天使数字印刷公司的VersaMark连续喷墨印刷机，目前为柯达公司所拥有。

简单地说，连续喷墨技术发展早于按需喷墨技术，形成了Sweet和Hertz 两大主流技术。

连续喷墨技术以电荷调制型为代表的有SWEET技术。

这种喷墨打
印原理是利用压电驱动装置对喷头中墨水加以固定压力，使其连续喷射。

为进行记录，利用振荡器的振动信号激励射流生成墨水滴，并对其墨水滴大小和间距进行控制。

由字符发生器、模拟调制器而来的打印信息对控制电报上电荷进行控制，形成带电荷和不带电荷的墨水滴，再由偏转电极来改变墨水滴的飞行方向，使需要打印的墨水滴飞行到纸面上，生成字符/图形纪录。

不参与纪录的墨水滴由墨水回收装置回收以便在此利用。

对偏转电极而言，有的系统采用两对互相垂直的偏转电极，对墨水滴打印位置进行二维偏转型；有的系统对偏转电极采用多维控制，即多维偏转型。

（下图为其已充电墨滴和雏形墨滴的等价电荷转换图）
在整个工艺流程中，首先由压电换能器产生墨滴，之后由控制电极对墨滴充电，为了在给定的偏转电场中获得最大的偏转量，墨滴应该被充以尽可能多的电荷，因为墨滴带电量高时偏转量大，从而能够在垂直方向产生更多的记录点，只要走纸机构有足够的精度，则输出结果越精细。

之后在偏转电极产生的电场作用下产生一定的偏转量，使墨滴足以落到指定位置（下图为墨滴偏转后的运动特征）。

喷射到纸面的墨滴产生视觉标记，按需要打印的字母或数字作有规律的排列，因而墨滴喷射到纸面上的位置必须能准确地加以控制。

墨滴喷射位置取决于充电过程，应该在墨滴形成瞬间使之带有特定数量的电荷，并在该瞬间促使墨滴雏形从墨水射流母体分离出来。

当墨滴继续前进到偏转电极时，由于墨滴带电量的不同而产生不同程度的偏转，喷射到纸面时就有垂直位置差异，若走纸机构的运动方向与墨滴偏转方向垂直，且运动精度与偏转精度相当，则字符打印就有了
可靠的保证。

可以看出墨滴发生偏转之后在静电斥力和空气阻力的作用下运动特征的合并过程，因而为了弥补这种复杂运动的发生，采用相位控制的方法来加以改善。

即调整充电信号与墨滴生成激励信号之间的相位差。

为了防止卫星墨滴的生成则采用交叉排列法，保护墨滴技术和真空法三种（下图为保护墨滴法原理图）。

由此可以看出，电荷调制型的连续喷墨控制难度较大，结构也相对较复杂，但是这种连续循环的喷墨系统．能生成高速墨水滴，所以打印速度高，可以使用普通纸。

不同的打印介质皆可获得高质量的打印结果，还易于实现彩色打印。

是大幅面高速印刷的首选技术。

在其新技术和典型设备领域有柯达针对单色应用推出的是柯达鼎盛PROSPER 1000喷墨印刷机。

（下图为其外观设计）
该机采用了柯达革命性的连续式喷墨技术，它是一款紧凑型单色印刷机，能
够以高达 650 英尺/分钟或 200 米/分钟的速度提供印刷宽度高达 24.5 英寸或 62.23 厘米的双面印刷，强大、高性能的喷墨轮转印刷机解决方案可现场升级到彩色，让客户在竞争中脱颖而出，通过高品质、高产能、高经济效益降低运营和供应链成本，提高盈利能力，为不超过7千份印量的短版图书印刷创造优势。

Stream喷墨技术是柯达在连续喷墨领域中的革命性技术，它采用连续性喷墨技术确保喷墨速度和精确定位，大量油墨通过喷嘴时受到热振荡，分离为单个墨滴之后，以非常高的速度喷射出来，确保墨滴的精确定位和高清的图文质量。

Stream喷墨技术的墨滴生成速度高达400KHz，每个墨滴尺寸最小可达2pl（1pl 相当于10-12升）。

经过特殊处理的喷嘴允许使用黏度较大的油墨，并能够有效地防止喷嘴阻塞。

Stream喷墨技术采用了专利油墨。

由于油墨配方先进，能进一步提高印刷质量和持久性，同时也能在高光铜版纸上印刷。

这些高性能的油墨不但能提供跳跃的颜色，极宽的色域和稳定的颜色，还不会堵塞喷嘴，从而进一步提高了Stream 喷墨系统的可靠性和生产效率。

由于油墨中含有较少润湿剂，铜版纸和高光纸的印刷质量和干燥速度都得到显著改善，这两方面都足以和胶印媲美。

鼎盛PROSPER 1000印刷机为紧凑型单色印刷机，可实现单色双面印刷，印刷速度可达650英尺／分钟，同时图文质量接近175lpi，月产能更高达9000万张A4，能处理涂布纸和非涂布纸，可处理45～175g/m2的承印物。

鼎盛PROSPER 1000为目前市场上8、12和16页数字印刷机中最高产能的喷墨轮转印刷机，每月的印量可达9000万张A4幅面。

借助自动化图文质量管理系统（Image Quality
Management System），鼎盛PROSPER1000印刷机可在各类非涂布纸、铜版纸和高光纸上实现175lpi印刷，还具备在高光铜版纸上实现永久性印刷的独特功能。

可实现印刷机之间、作业之间高度一致，让用户最大限度提高产能和正常运转时间。

柯达鼎盛PROSPER印刷机平台可开展各类印刷应用，对于印量3千以下的书刊印刷而言，在很多方面都优于胶印，能减少出版商的设备空转和浪费，加强供应链效率。

鼎盛PROSPER印刷机的可变速度、简单的纸张路径，以及可变的裁切功能，使得系统的使用性能更佳，能减少启动和预印刷浪费，减少纸张消耗，同时改善能源效率，此外系统还使用了水基油墨，让印刷更加环保。

对于直邮印刷商，鼎盛PROSPER印刷机平台透过高品质的定制功能提高响应率，并且相对于胶印配合离线可变信息激光打印的生产系统而言，其总成本要低30%。

在杂志和目录印刷方面，对于3千份以下印量，采用鼎盛PROSPER印刷机的总成本低于胶印，同时还能通过个性化、针对性的营销信息提高响应率。

虽然连续喷墨发展早于按需喷墨，且连续喷墨在大幅面和高速度印刷上有很大优势，但因其控制难度大，机械小型化程度低，成本较高等因素发展较为缓慢，相关设备领域也很难找到应用，发展方向上存在很多问题，在后续的学习和研究中有待发现和改进。