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1、喷墨印刷原理与技术特点分析目录一. 结构3二. 分类及原理32.1连续式喷墨原理32.2间歇式喷墨印刷原理42.2.1热喷墨技术。42.2.2压电喷墨技术52.3对比：间歇式与连续式性能比较5三. 技术特点53.1喷墨印刷用纸53.2喷墨印刷油墨63.3.喷墨打印头的设计63.4喷墨印刷精度73.5其他7四. 喷墨印刷应用领域的发展趋势84.1大幅面彩色喷墨印刷市场84.2数字彩色打样（包括合同打样）市场84.3高速按需和可变数字印刷市场84.4数字彩色照片的输出84.5家庭/办公室数字彩色输出终端94.6纺织物喷绘及其它领域9结构喷墨印刷，是一种无接触、无压力、无印版的印刷。电子计算机中存储
2、的信息，输入喷 墨印刷机即可印刷。喷墨印刷机由系统控制器、喷墨控制器、喷头、承印物驱动机构等组成。油墨在喷墨控 制器的控制下，从喷头的喷嘴喷出喷印在承印物上。按照印刷要求，驱动器输送承印物，系 统控制器负责整机工作的运转。二分类及原理喷墨成像印刷是将油墨以一定的速度从微细的喷嘴（一般直径在3 0um-50um喷 射到承印物上，最后通过油墨与承印物的相互作用，使油墨在承印物上形成稳定的影像。为 使油墨具有足够的干燥速度，并使印刷品具有足够高的印刷密度和分辨率，一般要求油墨中 的溶剂能够快速渗透进入承印物，而油墨中的呈色剂（一般多为染料）应能够尽可能固着在 承印物的表面。因此，所使用的油墨必须与承
3、印物匹配，以保证良好的印刷质量，所以一般 的喷墨印刷系统都必须使用专用配套的油墨和承印材料。从原理上讲，喷墨印刷属于高速成 像体系，根据喷射方式的不同，墨滴的产生速度可以在每秒钟数千滴到数十万滴的范围变化。 但是喷墨打印的高速性还取决于具体的扫描机构，采用线阵列多嘴头的体系具有非常高的成 像速度，是数字印刷系统通常采用的方式;采用独立喷头往返运动的成像方式速度就比较低， 但容易实现大幅面成像，是大幅面彩色喷绘（包括彩色数字打样）通常采用的方式。喷墨印刷是通过控制细微墨滴的沉积，在承印材料上产生需要的颜色与密度，最终形成 印刷品的一种复制技术。根据墨滴形成的形式，总体上可分为连续式喷墨和间歇式喷
4、墨（又 称随机式喷墨）两大类。2.1连续式喷墨原理颂转电柢油零图1连续喷墨印刷方式连续式喷墨印刷是指喷墨印刷系统在印刷过程中，其喷嘴连续不断地喷射出墨滴，再采 用一定的技术方法将连续喷射的墨滴进行“分流”，使对应图文部分的墨滴直接喷射到承印 物上，形成图像，而对应非图文部分的墨滴则被偏转喷射方向，而被喷射到回收槽中转移回 收。在连续喷墨印刷方式中，液体油墨在压力作用下通过一个小圆形喷嘴，依靠高频而产生 连续性的墨流，再被分离为单个墨滴，并带上静电，然后在图像信息的控制下，墨滴被喷射 到承印物上或被转移回收（如图1所示）。原稿信息首先由信号输入装置输入到喷墨印刷主机部分的系统控制器，然后由它来分
5、别 控制喷墨控制器和承印物驱动装置。喷墨控制器首先使连续喷射的墨水粒子化，形成单个墨 滴，接着墨滴经过设在喷嘴前部位置的、并可根据图文信号变化的充电电极时感应上静电并 使之带电，这时带电的墨滴通过一个与墨滴运动方向垂直的偏转电极，在偏转电极的作用下 向上偏转，越过墨滴拦截器，以高速喷射冲击在承印物表面，形成图文。而未带电或带电少 的墨滴不受偏转电场的影响，直接穿过电场而被拦截进入墨水槽的循环系统，以便循环使用。2.2间歇式喷墨印刷原理间歇式喷墨印刷也称为按需喷墨或随机喷墨印刷，它是一种根据图文信号使墨滴从喷嘴 中喷出并立即附着在承印材料上的方法，即喷嘴供给的墨滴只有在需要打印时才喷出。间歇式喷
6、墨印刷主要有两种技术：一种是热喷墨技术，另一种是压电式喷墨技术。2.2.1热喷墨技术。间歇式喷墨技术中应用最广的是热喷墨技术。热喷墨技术是依靠热脉冲产生墨滴。在热 喷墨印刷系统中，打印头的墨水腔的一侧为加热元件，另一侧为喷孔，印刷时，加热元件在 图文信号控制的电流作用下迅速升温至高于油墨的沸点，与加热元件直接接触的油墨汽化后 形成汽泡，汽泡充满墨水腔进而使油墨从喷孔喷出到达承印物，形成图文。一旦油墨喷射出 去，加热板冷却，而墨水腔依靠毛细管作用由贮墨器重新注满（如图2所示）。却拱.尤件r_in畛殳笔清刑奇卜4图3间歇式压电喷墨印刷2.2.2压电喷墨技术间歇式压电喷墨技术是采用压电晶体的振动来产
7、生墨滴。压电晶体把压力脉冲施加在油 墨上，当压电产生脉冲时，压电晶体发生变形而形成喷墨的压力，喷墨管在压力作用下挤出 油墨而形成墨滴，并高速向前飞去，这些墨滴不带电荷，不需要偏转控制，而是任其射到承 印物上而形成图像。在墨水腔的一侧装有压电晶体，印刷时，墨腔内的压电板在图文信号控 制的电流作用下发生变形，表面凸起呈月牙形，并凸向墨水腔，从而挤压墨滴从喷嘴中喷出， 然后压电晶体恢复原状，墨水腔中重新注满墨水（如图3所示）。2.3对比：间歇式与连续式性能比较 与连续式喷墨印刷相比，间歇式设备的简单紧凑，采用这一工作原理的设备成本底可 靠性高。 由于间歇式不需要墨水循环系统，从而省去了连续喷墨印刷设
8、备所必须的墨水加压泵 等设备。 间歇式的输出速度受到喷射惯量的限制。为了提高输出速度可采用增加喷嘴数量来解 决。三.技术特点3.1喷墨印刷用纸喷墨印刷的特性决定了它的承印物可以多种多样，如纸张、塑料和金属等，要求的基本 特性是吸墨速度快，墨滴不扩散。还应具有以下性能： 要有良好的记录性能，吸收能力强，吸收速度快，有较高的分辨率，印出的图像清晰美观， 色彩均匀，印刷效果理想； 记录速度快，喷上的墨水能够快速蒸发干燥，避免墨点在承印物表面上扩散。 单就喷墨印刷用纸而言，为防止墨点在纸上扩散，一般采用涂布纸或高光相纸，要求表面 光洁并有一定施胶度，既能快速吸收墨水，又能避免光的散射。要求涂层有一定的
9、牢度和强 度，不易划伤； 保存性好，耐水、耐光，不易褪色。目前市场上常用的有三种喷墨打印纸：通喷墨打印纸、喷墨打印涂布纸和微孔型喷墨打 印涂布纸。普通喷墨打印纸属于低档打印介质，用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机上，价格较 低。由于没有经过专门的涂布处理，只适用于单色打印，在要求高质量的彩色打印特别是照 片的打印时，极易出现渗透、粘脏等毛病，严重影响喷墨打印质量。喷墨打印涂布纸的接收层能与着色剂有效作用，增加其粘着性能，获得高印刷色度；不 同颜色交界处不会发生相互渗透模糊边界的现象；图文的耐水、耐光性能也有很大的提高。微孔型喷墨打印涂布纸具有特殊的微孔结构，其涂层吸墨力很强，即使是打印很深色调
10、 的部分也能表现很好的层次感；干燥速度很快；其涂层材料很细腻，不但亮度高，而且能够 匹配高精度的照片打印；具备很好的耐水、耐光性能。3.2喷墨印刷油墨墨水是喷墨印刷系统的主要耗材。墨水的类型决定了一个喷墨印刷系统所能使用的承印 材料、印刷适性以及印刷速度。喷墨印刷用油墨，是粘度适中的专用墨水，应具有以下性能： 无毒、不堵塞喷嘴、喷射性良好、对喷头的金属构件不腐蚀等； 对于热气泡式喷墨系统，要求热稳定性良好，因为工作温度达到300-400C，如果墨水不 耐高温就会分解或变色； 必须有足够的表面张力，以防止喷出时墨水溅射出去； 具备快干性，以防止墨水在承印物上扩散。当前可用于喷墨印刷的油墨主要有两
11、种，一种定义为非全固含量油墨；还有一种叫全固 含量 量油墨。在非全固含量油墨当中，又分为水基墨和溶剂墨。水基墨使用颜料或者染料作为成色剂， 其它主要原料就是水。水性油墨通常用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机上，依靠其渗透 和吸收能力完成整个干燥过程，当然这个过程中也伴随着水分的挥发，但总体来说干燥速度 是比较缓慢的。这种墨水自身的性质降低了色密度，同时因为油墨会渗入基材的深层，会降 低油墨在纸张上的分辨率。相对于水性油墨来说，溶剂型油墨干燥速度快，这种油墨的印品相对来说光泽度还可以， 油墨干燥后对承印物的附着度高，一般对环境的温、湿度不敏感。但是溶剂型油墨中的有机 溶剂会对环境造成污染。环保溶
12、剂型油墨应运而生，用无毒无污染的溶剂来代替普通溶剂。当在喷墨打印纸或涂布基上打印或印刷时，使用水性和溶剂型油墨，图像的质量和持久 性都可以接受，但是当在吸收性较差的承印物（比如金属、玻璃和塑料等上）打印或印刷时， 就有可能得不到持久、清晰的图像效果。为了解决这个问题，就引进了全固含量油墨。全固含量油墨主要有两种，相变化油墨和UV紫外固化油墨。相变化油墨没有需要挥发 和渗透的组分，干燥速度非常快。它的组成很简单，主要连接剂就是低熔点高分子。还有一种就是UV紫外固化油墨，是本世纪初刚刚发展起来的。主要的组成连接剂就是 予聚物+单体+引发剂。UV固化油墨印刷适性强，能够满足于多种承印物的需要，用这些
13、油 墨印刷出来的图像具有更强的持久性和不褪色的能力，而且打印头的可靠性和稳定性也得到 了前所未有的提高。除此之外，UV固化油墨的干燥性能优良，具有良好的环保性能。UV 固化油墨结合数字喷墨技术，能够带来较高的经济效益，无论从技术角度还是经济角度考虑， UV固化油墨都有较广阔的应用前景，成为未来喷墨印刷油墨发展的方向。33.喷墨打印头的设计喷墨打印头技术非常重要，喷墨技术的巨大发展主要是始于喷墨打印头技术原理的发 展。连续喷墨系统具有频率响应高，可实现高速打印等优点，但这种方式的喷墨打印头结 构比较复杂，需要加压装置、充电电极和偏转电场等，难以大批量生产。按需喷墨系统喷墨打印头结构简单，容易实现
14、喷墨头的多嘴化，数字化和彩色化容易， 图像质量较为精细，但一般墨滴喷射速度都较低。热气泡式喷墨头喷嘴总数可达几百个甚至上千个，喷嘴相当精细，能产生出丰富的调和 色及更平滑的网目调。墨盒与喷嘴组成一体化结构，更换墨盒时即同时更新喷墨头，这样就 不必再担心喷头堵塞，但却造成耗材浪费，成本相对较高。由于热气泡喷墨的工作温度都很高，一般大于300C，往往会在加热电极上沉积了不容 物（这些沉积物有无机盐类，主要来自油墨中的无机杂质；也有有机化合物，主要来自油墨 的热分解产物），从而使加热电极的汽化作用降低，会造成墨滴数量少、墨滴体积减小，严 重时会造成打印头不能正常工作，对使用寿命造成影响。此外，高温下
15、墨水易发生化学变化， 性质不稳定，打印质量也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很不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，也在一定程度上影 响了打印质量。压电式喷墨技术通过控制电压来有效调节墨滴的大小和使用方式。与热气泡喷墨技术相 比，压电喷墨技术具有墨滴形状相对规则、墨滴大小和喷射速度可控、没有溅射、定位准确、 可以选用更多类型的墨水、喷墨头使用寿命相对较长等优点。压电式喷墨技术还可采用颜料 墨水，防止紫外线照射时所引起的变色和褪色现象。用压电式喷墨技术制作的喷墨头成本较 高，为降低用户使用成本，一般都将打印喷头和墨盒分离，更换墨水时不必更换打印头。压 电喷墨技术的缺点是一旦喷头堵塞，无论疏通或更换费用都较高，且不易操作。在压电技术的基础上研发出的微压电喷墨头技术对墨滴的控制能力更强，墨滴微粒形状 更为规则、定位更加准确，打印分辨率提高，更容易实现高精度打印。基于压电喷墨的打印 技术最具发展潜力，能够挑战传统的印刷工艺。3.4喷墨印刷精度喷墨印刷精度大约在20-150 U m，偶尔还会出现“卫星点”，即在墨滴喷射过程中， 墨滴尾部残留脱离主体形成的小点；墨滴蒸发过程中还会出现“咖啡环”效应，即油墨在承 印物表面干燥，呈现四周高、中间低的特殊形貌。这些都影响喷墨印刷在新领域中的深入应 用，因此提高喷墨印刷精度是
