我国应快速发展陶瓷喷墨印刷机喷头产业（续一）

黄惠宁

（广东金意陶陶瓷有限公司 广东 佛山 528000）

1 陶瓷喷墨印刷机喷头的发展概况

全球喷墨印刷用喷头生产企业大约有20家，在工业领域应用较多的品牌有：赛尔（XAAR）、精工（SEIKO）、Spectra、柯尼卡、爱普生、东芝等，而我国至今没有生产喷头的企业。喷头（Print head）是喷墨印刷机的核心，属于微电机高精度产品。目前，能用于陶瓷行业喷墨印刷机的喷头主要有4大生产企业：日本精工（SPT）、英国赛尔（XAAR）、美国Spectra（日本富士收购）以及柯尼卡（Konica）。

在陶瓷砖行业使用的喷墨打印用主要喷头生产企业是：日本精工（SPT）、英国赛尔（XAAR）、美国Spectra（日本富士收购），这3家生产企业简况见表1。

表1 喷头生产企业简况

表2 喷头的升级情况

西班牙Kerajet公司是全球最早研发生产陶瓷砖用喷墨印刷机的企业，与日本SEIKO公司的SPT（精工电子）合作，使用SPT510喷头。在2004～2007年，有几百台二进制喷头（Biary head）应用于西班牙、意大利等国的瓷砖企业。

自2007年起，为了适应瓷砖企业的要求，西班牙Kerajet公司采用SPT508GS喷头（灰阶打印喷头）装配喷墨印刷机，随后在2011～2012年又开始推出使用XAAR1001GS6／GS12的喷墨印刷机喷头，SPT与XAAR喷头可互挨并兼容，满足了陶瓷砖企业的需要。纵观近5年喷头的技术进步，主要是打印速度与精度的不断进步，喷头的升级情况见表2。

2 陶瓷喷墨印刷喷头工作原理与制造工艺简介

图1 赛尔XAAR1001GS6喷头外形图

赛尔XAAR1001喷头的工作原理是：通过压电陶瓷将电能转化成动能，并通过压电陶瓷的变形而致使通道内的墨水受到挤压而流动或者被喷出。与一般简单的压电陶瓷片的变形所不同的是，赛尔XAAR1001喷头内部的压电陶瓷的变形不是简单的伸缩，或是直接模式变形（压电陶瓷片的形状变得细长的变形），而是呈现出横截面由长方形向菱形变形的趋势，俗称剪切模式变形（其横截面的长短不改变，改变的是变为倾斜的，类似菱形的形状）剪切模式变形见图1，再将2片压电陶瓷组合起来当作一片来使用，就是“人形”构架，用4片压电陶瓷组合起来（每边2片）就形成一个墨水通道。那么，在施以电压之后，使得这些压电陶瓷片产生共振，共振之后所有的压电陶瓷片就不停地变形并在墨水通道内产生挤压的力量，墨水就在通道内持续循环地流动了。

图2 日本精工电子SPT510喷头外形图

图3 日本精工电子SPT508GS喷头外形图

与直接变形相比，赛尔XAAR1001喷头所采用的剪切变形具备更多优势：①能够形成共振，共振后无需再持续施加更多的电能来刺激其变形，可节约能量的消耗；②可以产生更少的热量，使得喷头内的温度更稳定，从而拥有更稳定的持续打印性能；③由于这是一种无机械的压力，依靠共振而产生动力，所以使用寿命更长久。

关于喷头的墨水循环方式有2种：一是以英国赛尔公司为代表的内循环技术；二是以日本精工电子为代表的外循环技术。通过多年的生产实践表明，这2种墨水的循环方式各有优缺点，但都在陶瓷砖喷墨印刷机上大量地使用。喷头内循环与非内循环喷头的比较见表3。

表3 喷头内循环与非内循环喷头的比较

图4 赛尔喷头墨水内循环专利技术

赛尔喷头墨水内循环专利技术 Hybrid side shooter（HSS）和TF Technology的优点如下：

1）通过持续的循环，能够带走从喷嘴进入的气泡，避免气泡的产生而影响喷嘴的工作。

2）通过持续的循环流动，使喷头中的墨水散热。

3）能够防止墨水沉淀，并可以将其中的杂质带走，防止喷头堵塞。

4）可做垂直于喷嘴的墨水循环运动，还可使喷嘴持续自吸，避免喷嘴滴墨现象的发生。

赛尔喷头制造工艺：

制造要求：室温21℃（恒温）；湿度：50%±5%（恒温），7cm×3cm，打孔1000个，孔径20μm；清洁等级：空间尘埃个数，100～10000等级（0.5μm 尘埃颗粒数／m3空间）；镀层：4层不同材料，每层厚度≤0.5μm。

3 几种喷头性能的对比分析

3.1 陶瓷喷墨打印用喷头简介

日本精工电子集团所生产的精工产品最先使用于精密钟表上。目前，集装压电式喷头已具备相当雄厚的实力与基础，其主要有SPT510和SPT508GS这2种型号喷头在陶瓷行业中应用。

1990年，英国赛尔（XAAR）公司成立，为发展和大规模开发新的数码喷墨印花技术奠定了基础，并在1984年获得专利。目前在陶瓷行业中主要使用XAAR1001型号喷头。

1984年，美国Spectra公司成立，最早主要是生产办公打印热发泡喷头，由于某些原因最终转为研发工业压电式喷头，现在已经非常成熟。其喷头的特点是：墨滴较小（对应精度高、速度快）、与墨水的匹配范围广。目前应用在陶瓷行业的喷头有Spectra Galaxy、北极星。

目前生产的产品既有优点，又有缺点，简单分析如下：

3.1.1 XAAR1001喷头

XAAR1001喷头的喷孔数量最多，可达到1000个、喷头精度可达360dpi。实际上，喷头是分2排，每排500个孔，墨滴的大小在6～42pl，灰度级别控制在8；喷头有2个进墨口，可以进行外部循环。

XAAR1001喷头的缺点是：点火频率低、墨点速度慢、喷头不耐磨损，采用特氟龙材料制作；陶瓷墨水采用的是纳米颗粒，打印时间太长会使喷孔变形、变大，导致打印精度下降。

XAAR1001喷头主要应用在欧洲市场和国内的希望陶瓷机械设备有限公司的设备中。据了解，目前由于XAAR1001喷头的产量有限，且价格昂贵，与墨水相匹配较难等方面的原因，导致其生产受到一定的影响。

3.1.2 精工SPT510和SPT508GS喷头

精工SPT510和SPT508GS两款喷头的主要区别为灰度级别。SPT510不带灰度级别；SPT508GS带3级灰度。这两款喷头外观形状基本相同，喷孔数量也差不多。喷头的点火频率不算最高，其最大的优点是采用不锈钢材料制成，耐磨损。但它们都只有一个进墨口，只能进行内循环，不适合陶瓷墨水在喷头上使用。因为陶瓷墨水容易沉淀，墨水进入喷头墨囊时有可能导致沉淀产生，影响产品的图案效果。SPT510和SPT508GS喷头只有精工指定的独家代理，才可以进行其设备的销售与生产，因此目前国内只有广东晶绘的精陶机电设备有限公司采用这款喷头，使用的墨水需要精工喷头厂家认证。

早期，精工喷头就已在市场上进行了大量的推广，所有的喷绘机都是采用精工喷头进行喷绘。XAAR1001与Spectra喷头的出现，导致精工喷头在陶瓷行业的市场占有率明显下降。

图5 喷头品牌示意图

3.1.3 Spectra Galaxy喷头

Spectra Galaxy喷头的喷孔数量最少，仅有100个，但在陶瓷行业中运用得较广。从其结构上看，喷头有2个进墨口，因此可以进行自循环；从其它性能上看，喷头的点火频率较高，喷墨速度快，可以达到8m／s；它采用不锈钢材料制成，耐磨损，使用寿命长。喷头使用后不易堵孔，如选用同种墨水不同喷头进行喷墨，其它喷头就会出现堵孔现象，而Spectra Galaxy喷头喷墨比较顺畅，形成的图案效果较好，易于使用。即使因颗粒过大将喷孔堵住，也很容易清洗疏通。

目前这款喷头在国外在陶瓷行业中应用得较多。与Spectra Galaxy喷头匹配的墨水种类很多，如水性、油性、溶剂型、银导电墨水、硅墨水、CIGS墨水、生物细胞墨水等。

3.1.4 北极星喷头

北极星喷头与Spectra Galaxy喷头区别很大。北极星喷头由2片喷头组成，每片喷头上有2个进墨口，每片喷头喷孔分成两排，相当于这个喷头有4个进墨口，4排喷孔，每排有128个喷孔 。

北极星喷头采用不锈钢制成，其优点为：点火频率高，可达30kHz；喷墨速度快，可达8m／s。它与Spectra Galaxy喷头的区别在于喷孔不易疏通，刚上墨水时较难一次性把全部孔洞疏通。但其墨水与喷头的匹配性能较好，不需要喷头厂家认证。

（未完待续）