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喷墨技术及应用

时间:2006-02-01来源:科印网作者:蒲嘉陵

  喷墨技术是DRUPA’04的一个亮点现状及趋势,在参展厂商、展示内容方面均创历史新高,应用领域基本覆盖了印刷的所有领域,呈现出非常诱人的发展前景。计算机整合生产技术是DRUPA’04展览会的主题,因此,本次展览会也被称为JDF-DRUPA。有专家预测曼罗兰,喷墨技术将成为下届DRUPA展览会的主题,下届DRUPA展览会极有可能被称为Inkjet-DRUPA。
  喷墨技术的发展和应用现状可以用这样一句话来形象地描述,即,小小喷嘴,喷出绚丽多彩的大千世界。目前印刷厂,喷墨成像已经成为大幅面数字喷绘(印刷)、数字彩色打样、数字印刷、数字照片打印以及家庭和办公室彩色输出系统首选的彩色硬拷贝技术,获得巨大的应用和商业成功。喷墨技术为什么会取得这样的成功?今后会向什么方向发展?是目前印刷界普遍关心的问题。

  一、喷墨成像及其特点
  喷墨成像系统主要由喷头、受像介质(承印物)和必要的传动控制系统构成,喷头和受像介质之间出于非接触的状态(间距一般在厘米量级),喷头喷射出的细小墨滴直接附着在承印物上,形成可视影像。因此上海光华,从广义上讲,喷墨技术与印刷、静电照相一样,属于硬拷贝技术的范畴。包装安全
  在传统的印刷方法中,成像组件(母版)与承印物处于紧密接触状态,而且母版上的信息不可擦写或改变(这种印版又称为固定印版)胶印机,影像的形成依靠印版和承印物两者之间的压力,因此,严格意义上讲是一种使用固定母版的有版、有压硬拷贝技术(图1)。但喷墨印刷不同,成像组件(喷头)与承印物不接触,影像的形成不需要压力也不要母版其他包装,是一种无版、无压硬拷贝技术(图1)。静电照相正好处于两者之间,母版是一种可擦写的介质、母版与承印物之间的距离为毫米量级,依靠电场而不是压力实现影像的形成,是一种使用可擦写母版的无压硬拷贝技术(图1)。爱普生


图1 常见的硬拷贝成像技术现状及趋势

  从上面的描述不难看出,喷墨成像是一种真实意义的非接触、无版的无压硬拷贝技术EFI,必然具有很多有版(包括固定印版和可擦写印版)硬拷贝成像技术不具备的优点。
  非接触的特点(而且,喷头与承印物之间的距离可以在厘米量级)使喷墨技术可以在非常厚度范围非常大的介质上成像,也可以在不同表面形貌、甚至非平面的介质上成像,这是其它硬拷贝技术,特别是有压硬拷贝技术完全做不到的。同样包装材料,由于非接触的特点,只要油墨与受像介质匹配(不存在亲和性、扩散和干燥等问题),喷墨技术可以在不同种类和机械强度的材质上成像(特别是,“娇嫩”或“疏松”的材质),这也是其他硬拷贝技术难以实现的优点。
  无版的特点经营管理,使这种技术一开始就必须寻找一种在喷射和不喷射两种状态之间进行切换的控制方法,否则就不可能形成影像。因此,喷墨从其诞生的那一天开始就是一种“彻头彻尾”数字成像技术,命中注定是数字系统必然选择的硬拷贝技术。喷墨技术之所以有得到如此迅猛的发展和广泛的认可,是和其天生的数字“先天血统”和今天数字化革命的“后天环境”分不开的。
  
  二、喷墨成像技术的演变和发展出版印刷
  2-1喷墨技术的诞生和发展过程
  与11世纪毕生发明了活字版印刷术上海光华,揭开了现代印刷发展的序幕,Carlson于上世纪的30年代末期提出并发明了静电照相成像过程相比,喷墨技术应该是一项年轻的技术。目前,难以考证是谁最先提出喷墨成像过程,或谁可以接受发明喷墨技术的美誉设备操作,但喷墨成像概念的提出应该是在上世纪的60年代,并经历了以下几个阶段的发展历程。
  1960年代:出现喷墨成像的概念;
  1970年代:出现连续和按需喷射喷墨成像技术和系统;
  1980年代:出现热气泡喷墨技术和系统;
  1990年代:喷墨技术在技术上不断完善和应用领域不断扩大;
  1990年代末到21世纪初:随着产业基础向数字化方向的迁移,喷墨技术的应用领域得到不断扩大,并开始出现专业化趋向,主要有针对强调使用方便和面维护的彩色市场(如印刷工艺,家庭和办公室数字彩色输出终端)、重视影像质量的彩色市场(如,数字照片打印系统、数字彩色打样系统等等)和强调速度和质量平衡的市场(如数字印刷、室内和室外彩色喷绘、大幅面喷绘以及织物等特殊介质的喷绘)等等。
  也有人将喷墨技术的发展和应用分为三个阶段。第一个阶段主要是喷墨技术的诞生以及在包装的标注和打码(产品批号、生产日期等等)方面的应用,这样一个应用在上世纪80年代达到高潮;第二个阶段是喷墨设备(特别是彩色喷墨)大面积进入家庭和办公室,并开始在印刷领域得到应用,在时间上应该处在上世纪的80到90年代;目前上海宏景,喷墨技术正在进入它的第三个发展阶段,即在技术上不断成熟和应用领域、市场份额急剧扩大的阶段。也有人将喷墨的应用粗略分为工业应用和桌面应用两大类。尽管不同的市场应用对喷墨技术的要求并不完全相同,但喷墨成像过程主要由以下三个基本部分构成,即,墨滴产生、扫描成像和受像干燥。印刷配件
  2-2墨滴的产生
  墨滴产生是喷头的最主要组成部分水墨平衡,由油墨供给系统和墨滴产生系统构成。油墨供给系统保证按照设定压力(静压),向喷墨腔输送油墨。墨滴产生系统实际上是一种脉冲压力产生系统,即,按照一定的工作频率(数字脉冲)在喷墨腔内产生一个脉冲压力(动压),将油墨从喷嘴“挤压”出去印后工艺,形成墨滴。脉冲压力的产生主要有压电晶体振荡、热气泡、静电吸引等几种方法,但目前常用的主要有压电晶体振荡和热气泡两种。
  压电晶体振荡主要利用压电晶体在电场作用下变形的特点(通常利用的有伸缩和剪切两种变形),在喷墨腔内部空间产生一个体积变化,由此产生的压力将油墨从喷嘴“挤压”出去,实现墨滴的喷射。因为压电晶体振荡与油墨没有任何关系雅昌,这种墨滴产生方式对油墨的物化性质没有特殊要求,可以适合水基、溶剂、紫外等不同油墨的喷射,但这种压电晶体振荡器件相结构复杂,器件小型化比较困难(直接影响喷嘴的集成度),价格比较昂贵。热气泡则利用设置在喷墨腔内的微型热电阻在加热时(由电脉冲控制)温度升高数码印刷,使热电阻表面的油墨溶剂气化(温度可以超过3000C)产生的气泡,由此产生的压力将油墨从喷嘴“挤压”出去,形成墨滴。因为墨滴的喷射涉及油墨的高温气化过程,所以热气泡喷墨要求油墨性能在高温下稳定,而且组成“纯净”认证,不在热电阻表面产生“焦化”(分无机和有机焦化两种)。热气泡喷墨器件结构简单,小型化相对容易(可以实现较高的喷嘴集成度),价格比较便宜。唐山玉印
  墨滴产生过程在喷墨技术中占有非常重要的地位,不管采用哪种墨滴产生方法,一般都要求所产生的墨滴尺寸稳定故障分析与排除,能够准确地控制。对二值喷墨系统,要求所产生的墨滴尺寸恒定不变,对可灰阶喷墨系统则要求不同大小的墨滴能够按照控制信号准确、稳定地控制。墨滴的大小与喷嘴尺寸(开口大小)有密切关系,直接影响喷墨成像系统的一级分辨力(即,由喷头器件的物理尺寸决定的分辨力)。尽管最终影像的分辨力还与油墨与受像介质相互作用有关裁员,但一般情况下,300dpi的分辨力要求墨滴尺寸不超过80pl,600dpi不超过40pl,1200dpi不超过4pl,2400dpi不超过2pl。(注:1pl=10-12升)。为了减少墨滴尺寸印刷市场,实现高精细彩色成像的要求,喷嘴的尺寸也在不断减小,目前高分辨力喷头的喷嘴尺寸已经在10微米以下,墨滴尺寸已经降到1pl,甚至亚pl(即报纸印刷,零点几个pl)。提高分辨力的另外一个有效途径是通过喷嘴集成排列和扫描控制,由这种方式得到的分辨力增益称为二级分辨力。这将在下一节中重点介绍。

蒲嘉陵专栏

总访问量:62636 更新时间:2017-10-24 10:02:59

简介:工学博士,教授,北京印刷学院副院长。中国感光学会副理事长、教育部印刷包装教学指导委员会副主任委员、全国印刷标准化术委员会副主任委员、中国印刷技术协会理事兼学术委员会主任会员,中国仪器仪表学会复印科学与工程学会副理事长、中国科学技术协会全国委员会委员、印刷媒体专业人员协会(IPP)会士,国际影像科学委员会(ICIS)秘书长。1983~1989年赴(日本)千叶大学和东京工业大学留学,1990年回国创建信息记录材料研究室。2007年获“毕昇印刷杰出成就奖”,2008年入选北京高校“高层次人才”。

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