漫谈喷墨技术的发展历程

2017-09-22周广亮

网印工业 2017年9期

文周广亮

漫谈喷墨技术的发展历程

文周广亮

随着计算机技术的提升以及在印刷行业的使用，喷墨印刷作为一种新型的印刷方式，颠覆了传统印刷的生产模式。同时也因其各种优势使得喷墨印刷广泛的应用于短版印刷、大幅面喷绘、印花等领域，具有不可估量的前景。本文就随着笔者一起来了解下喷墨技术在印刷行业中的发展历程。

喷墨印刷作为计算机技术与印刷设备结合下的产物，有着印刷速度快、印刷幅面大等优势，极大的满足了人们在生产生活中的需要，快速冲斥着整个印刷行业。

概述

喷墨印刷是指在计算机系统的控制下，通过喷墨头将呈色墨水直接或间接喷射到承印物表面进而形成图文信息的印刷技术。实现了无压非接触印刷，对于印刷方式来说是一次质的转变。

喷墨印刷技术受到计算机技术、墨水、喷墨头技术等方面的制约。其中，大规模集成电路计算机从上世纪70年代问世以来，计算机的运算能力和各类程序软件有了飞跃性的提升，使得计算机技术能够很好的应用到各个行业当中；同时，颜料类墨水随着研磨工艺的提升，颗粒度也逐步符合喷墨印刷的要求，特别是染料类墨水的使用降低了耗材对喷墨印刷的制约性。所以本文主要从喷墨头的技术发展以及在印刷设备中的使用这个方面来展开。

喷墨印刷根据喷墨头的工作原理的不同可分为连续喷墨印刷和按需喷墨印刷。前者根据偏转模式的不同还可以分为双态偏转和多态偏转；后者也可以分为热喷墨和压电喷墨。各类喷墨头的工作原理不尽相同，同时喷墨头的大小也会影响到最终成品的印刷精度。

喷墨技术的发展历程

连续喷墨原理要比按需喷墨起源早，在1858年出现的Siphon记录装置可以认为是喷墨印刷的雏形，1873年第一台以墨水喷射原理的图案输出设备问世。后续20世纪初期成为了连续喷墨技术的孵化期，比如1931年一批研究工作者将连续喷墨技术用于记录各种信号的记录器，而最终第一台真正意义上的连续喷墨印刷设备则为Elmqvist研制的字符打印机。

后期连续喷墨技术在发展中逐渐形成Sweet和Hertz两大主流。其中Richard Sweet博士是在Elmqvist的基础上，采用静电偏转的原理来控制墨滴的转移，使得连续喷墨的控制机理更有方向性。其工作原理就是使用恒定动力装置给予墨水固定压力，使之连续喷射并在振荡器的作用下分离成墨水滴（振荡器同时保证墨滴的均匀效果，提高后续墨滴在承印物上成像时的精确位置），控制系统根据打印信息对墨水滴进行选择性附加电荷。最终在通过偏转电场时带电电荷发生偏转后喷射到承印物表面形成图文信息，不带电电荷直行进入回收装置，这就是前面提及的双态偏转；而如果成像电荷因所带电荷量多少在承印物垂直方向不同位置成像时，则为多态偏转，具有控制难度大、工作原理结构复杂、打印速度快、易于实现多色印刷等特点。该项技术现在为柯达所有，代表设备机型为柯达鼎盛PROSPER 1000喷墨印刷机，能够实现高质高量低耗的生产效果，在短版图书领域有很大的优势。

尽管连续喷墨都是通过偏转墨滴来实现图文与非图文的区分，可最终的实现方式还有不同。若说Sweet技术为电荷调制型，控制成像墨滴在承印物表面精确成像，那么Hertz技术则是选择更加细窄的墨滴，通过调节墨滴的流动性能，控制成像墨滴在图文局部区域（每一个像素点）的数量来实现色彩密度的再现，有点“调频加网”的味道，可以得到更加理想的灰色调效果。1989年Iris Graphics使用该技术推出了一款连续调喷墨打印设备，处于高端喷墨印刷领域领先地位。

按需喷墨技术的发展起步较晚，起源于上个世纪70年代，主要代表人物为Zoltan。按需印刷主要通过断续的墨滴喷射到承印物表面形成图文信息即可，相对于连续喷墨系统中的墨滴带电装置、偏转硬件和墨路回收系统等更加简单。按需印刷的关键点在于如何实现对墨滴断续喷射的控制，Zoltan技术是在喷嘴中使用加电压技术，通过控制压电陶瓷片的机械运动来改变喷嘴内的空间压力，进而控制喷嘴内墨滴是否喷出。

温度提升，墨水会产生水蒸气泡，也可改变喷嘴内部压力大小，在这一思路下，佳能公司于1979年发明了热喷墨技术，其中打印头包括加热元件、墨水容器和喷嘴三部分组成，是热喷墨打印系统的核心部件。并且为了增加热喷墨设备的工作效率和产品精度，对单位长度内喷嘴的数量以及排列方式都有了一个完善。在1983年佳能和HP公司联盟共同拥有该项技术，并各自陆续有相应的热喷墨设备上市。

按需喷墨的断续性影响到印刷设备的工作效率，特别是热喷墨印刷设备，由于其技术特点必须选用水基墨水，在后续的温度控制出墨效果方面也不如压电喷墨（电能和机械能相结合）好，且容易造成油墨高温下的化学变化。所以在按需喷墨技术革新方面压电式喷墨技术更具优势。1990年seiko-epson发明的微压电式喷墨技术在压电式喷墨技术基础上进行了完善，通过更精细的机械变化元件来把控喷嘴内部空间的精确变化，以此来保证墨水的正常喷出以及更完美的控制墨量大小，极大的推动按需喷墨印刷设备向高精方向的发展。