喷墨打印技术简介

喷墨打印技术简介
一、喷墨打印的发展历史
二、热发泡和微压电式喷墨方式介绍
三、喷墨打印重要的参数
四、工业喷墨印刷的主要应用领域
五、主要工业喷墨打印头制造商
一、喷墨打印技术的发展历史
喷墨打印技术主要经历了连续喷墨打印技术、热泡式喷墨打印技术和压电式喷墨打印技术三个阶段。

而喷墨打印技术的进步及其在工业中的应用也相应推动了工业喷墨打印头的进步与发展。

20世纪60年代，随着墨滴形成及其在电场运动等基础理论的研究，连续喷墨打印理论逐步形成并开始进入应用阶段。

20世纪70年代，随着计算机技术的发展，出现了用于喷墨打印机的连续喷墨打印头。

20世纪80年代，热泡式打印原理被发现。

随后热泡式喷墨打印技术得以完善并出现了热泡式喷墨打印头。

与连续式喷墨打印头相比，热泡式喷墨打印头工作效率和打印精度更高，同时供墨方式简单，不需要额外加压装置和终端回收装置。

因此，热泡式喷墨打印头开始逐步取代用于喷墨打印机的连续喷墨打印头。

90年代，热泡式喷墨打印头还被开始应用于户外广告用的广告数码喷绘设备。

20世纪90年代，随着压电式喷墨打印技术的进一步发展，压电式喷墨打印头开始逐步进入实质性应用阶段。

与热泡式喷墨打印头相比，压电式喷墨打印头对墨滴的控制能力更强，喷射过程中形成的墨滴体积更小，喷射速度更快，喷射频率更高。

同时压电式喷墨打印头在喷射过程中无需加热，墨液不会因受高温而发生化学反应，大大降低了设备对墨液质量的要求。

此外，压电式喷墨打印头还能适用于不带电荷、不受高温汽化产生气泡的打印介质；但由于与热泡式喷墨打印头相比，压电式喷墨打印头的成本较高。

因此，压电式喷墨打印头仅在对打印质量要求较高的中高端户外广告喷绘领域得到逐步应用。

而随着科技的不断进步以及喷墨打印技术应用成本的逐步降低，工业喷墨打印技术在工业的应用也日益广泛。

当前压电式喷墨打印头在工业中的应用已经不再局限于中高端户外广告喷绘，而是逐步拓展至纺织印染、陶瓷建材、电子、3D打印等工业领域；压电式喷墨打印头也成为工业喷墨打印头的主流，而热泡式喷墨打印头仍主要应用于家用和办公用打印机。

二、热发泡和微压电式喷墨方式介绍
1.热发泡喷墨技术
通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上,属于高温高压打印技术。

其工作原理是：利用薄膜电阻器，在墨水喷出区中将小于5 pixel lite的墨水瞬间加热至300℃以上，形成无数微小气泡,气泡以极快的速度(小于10微秒）聚为大气泡并扩展，迫使墨滴从喷嘴喷出。

气泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。

气泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。

接着表面张力会产生吸力，拉引新的墨水补充到墨水喷出区准备下一次的循环喷印。

由于接近喷嘴部分的墨水被不断加热冷却，积累的温度不断上升（至30-50℃)，因而需要利用墨盒上部的墨水循环冷却，但在长时间打印中，整个墨盒里的墨水仍然会保持在40-50℃左右。

在如此严苛的条件下工作，用于热气泡喷印机的喷墨因而需要极高的稳定性，造成成本较高，微型电阻发热器的使用寿命也相对缩短，因长时间冷热交替工作，使其产生不可避免的腐蚀，以致报废。

由于热气泡喷印是在较高的温度条件下进行，所以其喷墨必须设计为低粘度（约< 1.5mPa.s)高张力(约> 40 mN/m),以保证长时间持续高速打印。

顶部发射式侧面发射式
2．压电式喷墨技术
此技术是将许多微小的压电陶瓷放置到打印头喷嘴附近，压电陶瓷在两端电压变化作用下具有弯曲形变的特性，当图像信息电压加到压电陶瓷上时，压电陶瓷的伸缩振动变形将随着图像信息电压的变化而变化，并使墨头中的墨水在常温常压的稳定状态下，均匀准确地喷出墨水。

与发泡技术相比，压电喷墨技术具有墨点形状规则、没有溅射、墨点大小可控、喷射速度可控、定位准确、可以选用更多化学成分不同的墨水、腐蚀机会减少、喷头寿命延长等优点，还可以采用颜料墨水，防止紫外线照射时所引起的变色和褪色现象。

而专为压电技术开发的墨水，具有溶解特性和速干特性，能快速渗透入纸张，不起毛边，不晕染，尤其是在喷墨纸和光泽纸上，打印质量非常好。

陶瓷压电式喷印系统几乎可以打
印任何种类的墨水，包括水溶性(water soluble)，溶剂性(solvent ink)，和上面所述的加温固态喷墨。

用于陶瓷压电式喷印的墨水，有较宽的粘度及张力适应范围（粘度可以在1-20 mPa.s 之间。

张力在30-50mN/m之间)。

3.热发泡与压电式喷墨技术的优缺点
（1）热发泡喷墨技术
优势：热发泡喷墨技术便是使用水性与油性染料混合的系统，其不论是用在家用打印机，还是商用打印机上，都可以得到不错的打印品质。

缩小墨滴喷出区域的能力和整合的电路循环技术，可望使未来采用此项技术的喷墨打印机的墨滴体积更小，喷出墨滴的频率更高，可产生出更丰富的调和色及更平滑的网目调。

低操作频率、高喷嘴数和单一打印的解析度，都是高速打印的基本要素。

目前发泡喷墨打印技术，主要生产商是有惠普、高印等知名品牌；另外发泡喷墨技术可以提高打印速度，提高打印机的工作效率。

不断整合的电路技术也让发泡喷墨技术可以持续压低成本，同时将整个打印过程最佳化
不足：采用热发泡技术的墨头长期在高温、高压环境中工作，除喷嘴腐蚀严重外，同时容易引起墨滴飞溅和喷嘴堵塞等。

在打印品质方面，由于在使用过程中要加热墨水，而高温下墨水很容易发生化学变化，性质不稳定，色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度上影响了打印质量。

在应用方面，因热发泡技术的极限性(只能使用高张力低粘度的墨水为主要介质的水基喷墨)，不能使用有机溶剂，因而无法使用溶剂型喷墨以应用于户外大幅面广告喷印。

（2）压电式喷墨打印
优势：压电喷墨技术对墨滴的控制能力更强，且墨滴微粒形状更为规则、定位更加准确，打印分辨率提高，容易实现高精度打印。

且微压电喷墨时无须加热，墨水不会因受热而发生化学变化，降低了对墨水的要求，也延长了打印头的寿命。

因温度的持续稳定,使长时间不间断持续喷印时墨水的粘度及表面张力保持相对的稳定,保证印件质量前后的一致性,及客户重印颜色的再现统一性。

陶瓷压电式喷印系统几乎可以打印任何种类的墨水，包括水溶性，溶剂性，和上面所述的加温固态喷墨。

用于陶瓷压电式喷印的墨水，有较宽的粘度及张力适应范围(粘度可以在1-20 mPa.s之间。

张力在30-50mN/m之间)，且具有溶解特性和速干特性。

因此微压电技术弥补了热发泡技术的不足，有着更为广范的应用空间
不足：微压电喷墨技术的最大的不足就是，它将多数喷嘴集中在一个打印头上还是比较困难，因此打印速度就会减慢。

且当打印机墨头堵塞后，需要浪费大量的墨水清洗墨头。

每次更换墨头，首先要浪费30%墨水做墨头清洗，每次开机都需要2～3分钟的清洗，也要浪费一些墨水。

气量装置要求用户更换墨盒时，还剩余17%～25%的墨水。

三、喷墨打印重要的参数
打印头的性能参数有：
1.DPI: dots per inch，表示在一英寸范围内的墨点数。

对于打印品质和打印成本有很
大的影响。

2.墨滴体积（drop-volume）:目前体积范围2—32pl。

分辨率要求越高的图画需要越小体
积的墨滴。

3.墨量：直接影响打印的成本。

单位ml/㎡、g/㎡.需要根据DPI和墨滴体积进行计算。

4.墨滴喷射速度：通常以m/s计算。

速度越快，墨滴飞行时间越短，打印在基材上的位
置偏移量就会越小。

不是越快越好。

5.喷墨功率P jet：衡量喷墨打印头生产力的关键指标。

6.喷头宽度
墨水的性能参数有：
1. 界面张力
以mN/m为单位.不同于通常所说的“表面张力”，界面张力包括周围的介质，例如，在检测时大多以空气为介质。

该参数影响以下性能。

a.打印字体或图案的边缘锐利度
b.墨水在纸和其他介质中的渗透性
墨水在墨盒中的流动性常见墨水界面张力值的范围：Epson和Canon黑色和彩色墨水<34mN/m@20°C，HP和Lexmark黑色墨水>50mN/m@20°C，HP和Lexmark彩色墨水<34mN/m@20°C。

使用低界面张力的墨水：墨滴小，墨水会更深地渗入纸或其他介质中.使用高界面张力的墨水：墨滴大，向介质渗透性小。

但是，过高的界面张力会造成大量泡沫，这样的墨水也不合格。

2. 粘度
粘度会影响墨水以下性能：
a.打印字体或图案的边缘锐利度及墨水在纸和其他介质中的渗透性
b.墨水在墨盒中的流动性(特别是带有海绵的墨盒，如HP彩色墨盒和Lexmark黑色/彩色墨盒)
c.墨流的堵塞(若墨水粘度过高，墨流会完全堵塞)。

3. pH值
a.若pH值过低(酸性)，墨水会腐蚀墨盒
b.若pH值过高(碱性)，会产生额外的盐而降低墨盒的使用寿命(腐蚀)并提高了电导率
c.为保证墨水良好的稳定性，墨水的pH值必须与染料所需的pH值相当
4. 电导率
在墨水中，电导率数值是用来反映其中盐含量的高低。

该参数受以下因素影响：
a.水/墨水中的盐(如氯化钠)会损害墨盒甚至使墨盒失效
b.染料的离子性不会象盐一样对墨盒造成损害。

一般而言，盐含量不能超过0.5%，电导率应小于10000us/cm，以避免在喷嘴形成结晶
5. 密度和粒度
该参数受墨水的成分影响。

a.染料型墨水的密度大多在1.00和1.03之间
b.颜料型墨水的密度大致为1.04.墨水的粒度应小于0.2um。

四、工业喷墨印刷的主要应用领域
1.户外广告：户外广告喷绘是喷墨印刷技术最早进入的工业领域之一。

相对其他领域，户外广告对印刷精度和印刷速度的要求不高，因而较早采用喷墨印刷。

目前户外广告喷绘的市场已经十分成熟，并且随着全球城市化水平的不断提高，市场规模继续呈现上升趋势。

2.陶瓷喷印：喷墨印刷技术在陶瓷领域的应用近十年来呈快速增长态势，相对于传统加工工艺，喷墨印刷技术为陶瓷生产提供了成本更低、质量更高的选择，同时可以使产品更具创意，满足客户的个性化需求。

据《Ceramic World Review》杂志统计，目前全球有约9000条陶瓷生产线，其中约一半在中国。

3.纺织印花:纺织印花原来主要采用丝网印刷工艺，近年来逐步开始采用喷墨印刷技术。

纺织工业规模庞大，而我国是全球最大的纺织品生产国。

据国家统计局数据显示,2012年我国规模以上纺织企业工业总产值达到5.78万亿元，同比增长12.3%，这为喷墨印刷技术的发展提供了巨大的空间。

4.印刷电子：印刷电子是喷墨印刷技术在高科技领域的应用，主要采用喷印技术将导体、半导体、绝缘体、高分子聚合物等电子材料准确打印到所需位置，制成印刷线路板、液晶显示屏、RFID标签、光电池等高科技产品。

近年来，随着智能手机、液晶电视、平板电脑等电子产品的流行，喷墨印刷技术在印刷电子领域的应用潜力十分可观。

5.纸品印刷：纸品印刷之前主要采用胶印、凹印、柔印、网印及静电数字印刷等印刷工艺，近年来喷墨印刷技术的优势逐渐为印刷企业所接受，在出版物、标签、包装等领域，喷墨印刷技术已经占据了一定的市场份额，并将继续呈现增长态势。

此外，喷墨印刷技术在家居装饰、会议展览，乃至新兴的3D打印等领域也得到不同程度的应用。

五、主要工业喷墨打印头制造商上海帕乇
1.赛尔公司：赛尔公司成立于1990年，是全球领先的独立工业喷墨打印头供应商，总部位于英国剑桥，1997年在伦敦证券交易所上市。

赛尔公司主要设计、开发和生产压电式喷墨打印头，早期主要业务是转让专利权，多家日本公司均购买了其专利使用权。

1999年在兼并瑞典MIT公司后建立了自己的生产基地，目前在瑞典和英国拥有两个生产基地。

赛尔公司早期产品主要面向广告喷绘行业，具有较高市场占有率，后受到低价产品冲击，产品重点逐渐转向陶瓷喷印和家居装饰行业。

2.富士胶片Dimatix公司：富士胶片Dimatix公司的前身Spectra公司成立于1984年，总部位于美国加州，2006年被日本富士胶片公司收购后改为现名。

富士胶片Dimatix主要生产高性能压电式喷墨打印头，其特点是技术全面，是目前唯一可以满足各类喷墨打印要求的供应商，但由于产品售价较高，应用受到一定限制。

富士胶片公司Dimatix的产品采用了一种被称为共享顶（Share Roof）的技术，所有喷嘴可以同时喷射，因此印刷速度较快。

3.柯尼卡美能达（Konica Minolta）喷绘科技公司：柯尼卡美能达喷绘科技公司是日本柯尼卡美能达的子公司，成立于2005年。

该公司购买了赛尔公司的专利使用权后，开发了基于赛尔技术的压电打印头，其产品以中低端为主，用于广告喷绘、纺织等行业。

4.爱普生（EPSON）公司：日本爱普生公司是全球主要的压电式喷墨打印头及系统开发商，其产品主要用于爱普生自产自销的办公室及家庭打印机。

面向工业喷墨印刷市场，爱普生也开发少量专用工业喷墨打印头供应其他用户，但通常要签订专门的商业合同，譬如要求同时购买墨水。

目前日本网屏公司的高速喷墨印刷机TruePress Jet520采用了爱普生的喷墨打印头，爱普生自身也开发了面向标签印刷领域的喷墨印刷机。

爱普生的产品在喷墨打印头领域具有价格竞争力，但其相对苛刻的合作条款限制了其应用。

5.SII Printek公司：SII Printek公司是日本精工的子公司，成立于2001年。

SII Printek公司购买了赛尔的专利使用权并以此开发出基于赛尔技术的压电式纺织用喷墨打印头，而赛尔本身并不生产这类产品。

SII Printek的产品价格便宜，但由于工作频率低以及寿命短，主要应用于中低端市场。

6.兄弟-京瓷（Brother-Kyocera）公司：日本兄弟（Brother）公司购买了赛尔及Spectra公司的专利使用权并以此开发出基于剪切运动的压电式喷墨打印头，日本京瓷（Kyocera）是全球主要压电陶瓷生产供应商。

两家公司通过合作，于2008年共同推出了KJ4系列喷墨打印头。

该产品有2656个喷孔，是目前喷孔数最多、速度最快的喷墨打印头
之一。

目前奥西、宫腰和多米诺的高速喷墨印刷机均采用了兄弟-京瓷的喷墨打印头。

7.ITW TRIDENT公司：TRIDENT公司成立于1980年，总部在美国，主要设计、开发和生产用于包装、条码等工业打印的压电式喷墨打印头。

1999年被世界500强美国ITW集团收购。

大多数产品供应ITW集团内部的打印机生产企业。

近年来，TRIDENT开始开发新产品以进入纺织、电子等工业，其产品性能好但售价较高，在中国市场的推广受到限制。

8.柯达（Kodak）公司：柯达公司最新推出的Stream喷墨打印头采用了连续喷墨原理，但与传统的连续喷墨打印头相比有了很大改进。

Stream喷墨打印头取材于硅，采用了基于MEMS技术的制造工艺，在制造成本上具有优势，并且能够更好地适应不同品牌、不同黏度的墨水，具有改变墨滴大小的能力，能够使印刷质量获得明显提升。

目前，柯达Stream喷墨打印头主要用于其最新的Prosper喷墨印刷机。

9.惠普公司：近几年，惠普公司研发了基于MEMS技术的热敏喷墨打印头Edgeline，其印刷宽度为108mm，每个喷墨头包含两行共10560个喷嘴，可以喷印2种颜色，分辨率达到1200dpi，每个喷嘴最高喷射频率为24kHz，适用于水性墨水。

同时，惠普在喷墨打印头的定位方面进行了改进，从而可实现快速更换喷墨头。

目前，Edgeline喷墨头主要应用在惠普的高速喷墨印刷设备T300和T200中。

从产品类型上看，上述9家公司，除了柯达、惠普，其他公司的产品均为压电式喷墨打印头，而且柯达、惠普的喷墨打印头主要为内部使用，因而目前在工业喷墨打印市场上，压电式喷墨打印头居于绝对的主导地位。

在上述公司之外，还有日本松下、东芝，澳大利亚Silverbook等十余家公司也能够生产提供喷墨打印头产品，但使用量相对较小。