浅析喷墨印刷发展新技术

武秋敏 郭文龙

随着社会经济与科学技术的不断进步与发展，跨媒体出版技术以及数字印刷技术逐渐兴起并快速发展。数字印刷是以数字化图文信息通过特定的中间载体记录到承印物表面的工艺技术，以静电照相复制技术和喷墨印刷技术最为典型。近年来，喷墨印刷技术因其印品质量高、承印物范围广而得到迅猛发展。鉴于此，本文对当前喷墨印刷的主流技术进行了探讨与梳理。

可伸缩性打印技术

可伸缩性打印技术SPT（Scalable Printing Technology）广泛应用于HP PageWide Web Press系列产品中。借助SPT技术，打印头的薄膜集成电路和厚膜流体结构，都采用芯片级的光刻工艺进行制造。薄膜层构成集成电路和用于喷射墨滴的电阻加热器硅制的进料槽可向进料槽任意一侧的墨滴发生器腔室供应墨水。墨滴产生腔室和喷嘴板也由相同的光刻基板制成，腔室的厚度和孔板的厚度均小于50μm，其生产精度达到了亚μm级。为确保使用寿命，硅衬底上的薄膜层、供墨槽、腔室和孔板材料都具有很强的耐水腐蚀性，如图1所示。图2所示为HP PageWide XL 8000印刷机中使用的基于SPT技术的HP打印头模块，模块的S形允许它们在纸张的宽度上无缝堆叠，以构建不同格式的印刷机。

高清晰度喷嘴结构HDNA

惠普HP PageWide Web Press系列不仅运用了SPT技术制造打印头，而且在打印头的结构方面采用了高清晰度喷嘴结构HDNA。喷墨打印头每英寸每色有2400个高密度喷嘴。每个打印头包含21120个喷嘴，并被分隔为两个独立的腔室，每个腔室为10560个喷嘴提供油墨。大部分喷嘴处于备用状态。所有的喷嘴部件被整合为一个统一的打印头后端组件，便于设备后期的升级，其结构如图3所示。

HDNA是基于双墨滴技术的喷嘴结构。该喷嘴被分为高落喷嘴和低落喷嘴两类，将微小的低落（LDW）喷嘴放置在高落（HDW）喷嘴中间。这种打印头配置使得每个像素能够达到五级灰度，从而在同样使用通用的HPA50基色墨时，可以在色域内达到更准确的色彩还原。在质量模式下，每英寸同时可有1200个高落喷嘴和低落喷嘴同时工作，印刷分辨率可达600dpi。此时，LDW低落喷嘴和HDW高落喷嘴被稍稍错开，交替进行工作。而在速度为800 ft/min的生产模式中，则只有HDW高落喷嘴被使用。

喷墨印刷为了在混合色、肤色调或较浅颜色区域处得到没有颗粒感的外观，通常通过两种技术来实现：增加打印小液滴的能力或增加浅色调的组合（例如浅青色、浅品红、浅黑色等）。这两种技术都是通过降低白色背景下全阶调和全幅面CMYK的网点反差来降低颗粒感。HP是通过改变标准四色的喷墨墨滴大小来满足这一要求。

图4是单墨滴技术与双墨滴技术的效果对比图。可以看出，放大的黑白眼睛部分在雙墨滴技术下阶调还原更为细腻，在彩色印刷也是如此，双墨滴技术能够有效抑制阶调断层（条纹）现象的产生。HDNA能够在色域范围内增添更多的层次，从而在高光和暗调部分带来更生动的细节。

反向散射墨滴检测

高速喷墨印刷设备的喷嘴高度集成，是故障高发区。因此，对喷嘴的状态进行实时监测、对故障喷嘴进行有效补偿就显得尤为重要。HP对其喷嘴设计了完整的管理系统。HP PageWide Technology系列印刷机使用光学传感器校准打印头、衡量喷墨嘴性能并监控纸张运动。这些传感器位于小型滑轨上，能对纸张和打印头进行扫描。同时还会定期测试打印喷头上所有的42240个喷墨嘴，从而确保打印质量。这个自动流程可以发现性能不符合规格的喷墨嘴，并修正可能影响打印质量的故障。

BBD（Backscatter Droplet Detection）是一种反向散射墨滴检测的技术。它可以检测墨滴通过聚光束时的反向散射光的方式来检测喷嘴的好坏，每秒可以测试数百个喷嘴。当喷嘴出现故障时，可借助HP热喷墨技术的高喷墨率和高喷嘴密度同时提供主动或被动喷嘴替换，以消除喷嘴故障造成的影响。

被动替换是指一个喷嘴出现故障时，利用喷嘴的高密度集成特点，使墨水从邻近的点扩散补偿，使之覆盖喷嘴故障导致的空白区域。当故障喷嘴的数量大于2个时（连续），需采用主动替换方式。如当连续3个黑喷嘴出现故障时，在中间列的彩色喷嘴将会被调用，通过3种彩色喷嘴来混合出打印缺失的黑点，以完成主动替换，其具体过程如图5所示。

基于纳米技术的喷墨印刷技术

基于纳米技术的喷墨印刷是由兰达公司提出的，其代表机型是Landa S10和Landa W10。该技术的工作原理在胶印的印刷原理上融入了喷墨印刷的成分，即使用喷墨打印头将纳米油墨直接喷绘在橡皮布上，再将橡皮布上的图像通过压印滚筒转印至承印物上，如图6所示。

兰达基于纳米技术的喷墨印刷技术的核心主要包括纳米油墨、喷墨打印头以及橡皮布。

①处于纳米印刷工艺核心地位的是兰达纳米油墨，它由尺寸仅为数十个纳米的颜料颗粒组成。采用纳米油墨印刷，可获得超清晰网点、高光泽保真度和更宽阔的CMYK色域范围。如图7所示，纳米油墨的色域范围比胶印油墨的色域范围更为宽广，再现色彩更为鲜艳，饱和度更好。

此外，纳米油墨无须额外的干燥系统。首先，纳米油墨是水基的，喷射到橡皮布上时，水分会被高温的橡皮布蒸发，并被系统内的排风装置排走;其次，纳米油墨被橡皮布承载，在转印前油墨已失去了水分，转移过程中没有有水和油性物的参与，印刷完成的图案已经干燥，不存在向承印物内部的扩散与渗透的问题。如图8所示，纳米油墨在非涂料纸和涂料纸上的圆整度较好，且多次转移的一致性也较好。

②兰达纳米喷墨印刷机具有8个喷墨打印头，呈线性排列，前4个是常见的CMYK四色喷头，另外4个是专色墨喷头，根据需要加载指定的专色油墨，如图9所示。该设备采用墨水喷射模块，即将液滴喷射到一个高温的橡胶滚筒或橡胶传送带上，纳米油墨以微小的墨滴喷射到加热的橡皮布上高温将成像中的水分蒸发，使之完全干燥，只留下涂料和一层超薄的聚合物膜。转印时，这层超薄的聚合物膜会紧紧地粘贴到承印物上，实现100%的转移。转移后的墨膜厚度仅为500纳米左右，是传统胶印厚度的一半，如图10所示。

③橡皮布是用特殊材料做成的。印刷工作中，橡皮布的温度非常高，橡皮布承载着纳米油墨高速运动，如图11所示。之后橡皮布在与承印物接触时，利用压力将橡皮布上的图像通过压印滚筒转印至承印物上。

Pre-Fire技术与ColorGrip网点预涂布技术

为克服细小喷嘴易堵塞及墨水在纸张的过度扩散问题佳能公司提出了Pre-Fire技术与ColorGrip网点预涂布技术。

Pre-Fire技术是佳能对高效连续喷嘴的维护技术，其代表机型为Océ ColorStream系列喷墨打印机。由于原稿空白区域的存在，会使得墨水在未使用的喷嘴中快速干燥，固结在墨嘴中的墨膜会导致喷嘴的喷射位置产生偏差，从而导致套印缺陷。为克服该问题，Pre-Fire技术使处于空闲状态的喷嘴，利用压电致动器的作用，使墨水在腔室内循环流动，从而避免墨水干燥固结，如图12所示。

Pre-Fire技术保证了油墨在喷出前一直在喷头中处于循环运动状态，使喷嘴内的油墨干燥最小化。保证了墨滴尺寸和位置的稳定性。同时，Pre-Fire技术也延长了喷头的使用寿命。

ColorGrip网点预涂布技术是佳能改善印品质量的一项技术，其代表型号为Vario Print i300。传统的油墨墨滴喷射到纸张上时会产生铺展和扩散，影响印品质量。ColorGrip网点预涂布技术让经过涂布的特定区域仅接受油墨，使得油墨更易在样张上附着带来更好的反差效果，如图13所示。

包装印刷行业的发展进入了数字化、绿色化、高效化时代，为提升印品质量和设备稳定性，各种喷墨印刷的新技术不断涌现。作为印刷大国，我们一定紧跟时代步伐，加快研发速度，使我国完成从印刷大国到印刷强国的转变。

综上，喷墨印刷新技术的不断涌现，不仅极大地改善了印品质量，也有效地提升了设备的稳定性和可靠性。同时，喷墨印刷技术的发展也推进了包装印刷行业向数字化、绿色化、高效化发展的步伐。

作者单位：西安理工大学

责任编辑：李倩 liqian@cprint.cn