【佛山陶瓷网】喷墨印刷：先进装饰技术 引发行业变革

    喷墨印刷：先进装饰技术 引发行业变革

经过欧洲陶瓷业十多年来的设计、研发和生产，陶瓷砖喷墨印刷技术与设备从2009年开始在中国迅速推广与普及。短短五年，中国陶瓷行业在线生产的喷墨设备约有1600台，并且从进口迅速国产化，发展速度极为惊人。陶瓷喷墨印刷技术像一场革命，改变了瓷砖的装饰生产工艺，带给中国瓷砖业深远的影响。

为了让业内人士更好地了解陶瓷喷墨印刷技术的发展走向，本报特邀陶瓷行业高级工程师黄惠宁，就陶瓷喷墨印刷开设“陶城大讲堂”，并进行专场演讲。喷墨讲堂共分六讲，分别为：基本概念、发展历程、装备综述、应用情况、墨水综述、未来预测。

在第一期，黄惠宁对陶瓷喷墨印刷技术的基本概念开展详细答疑，从设备、喷头、墨水等全方位揭开该技术的神秘面纱，为行业人士更好应用和把握陶瓷喷墨坚定了夯实基础。

主讲人简介：

黄惠宁，1983年7月毕业于华南理工大学的无机非金属材料专业，获高级工程师资格。2012年2月获评“首届佛山创新领军人才”、2013年7月荣获中国陶瓷工业协会颁发的“陶瓷行业有突出贡献的科技工作者”。

黄惠宁曾先后在江西省建材科研设计院、广东唯美(马可波罗)陶瓷有限公司、广东石湾鹰牌陶瓷有限公司、广东佛山欧神诺陶瓷有限公司、上海亚细亚(asa)陶瓷有限公司工作，现任广东金意陶陶瓷有限公司副总经理，以及广东佛山三水金意陶科技有限公司总经理。

2010年，黄惠宁主持广东金意陶陶瓷有限公司第一台引进西班牙kerajet-700gs(3色)喷墨印刷机及新品研发工作，组织金意陶第一台国产hope700(4色)和hope-900(5色)新产品开发工作。2013年，主持三水金意陶科技公司进口uv喷墨印刷机和大规格(宽1600mm，8色)精陶机电三度烧喷墨设备的试生产及新品开发工作，经过不断学习、实践和总结，现将相关的资料整理成文，与行业分享，共同进步。

技术

喷墨印刷的基本概念

工业化喷墨印刷建立在大幅面的图像、大量的编码上面，其最根本之处便是使得印刷行业进入了一个新的应用领域。喷墨印刷相比于其他印刷技术的关键优势就是其无接触印刷喷头无须接触介质。这就意味着喷墨印刷能够应用到其他传统印刷手段无法印刷的表面，如木板，厚度很薄的底片，大的乙烯基薄片，三维的物体之类的。同时意味着无须按压被印刷物体，这个对很脆的物体印刷非常重要。同时，喷墨印刷能处理不同范围的墨水。这些墨水能被不同的基质所充分利用;比如，玻璃、塑料、纸张或者陶瓷砖。这些优点是喷墨印刷被快速接受的驱动力。最终，无论是传统的模拟印刷还是最新的激光印刷都受到最大尺寸的限制，但是喷墨印刷能无限印刷，同时还可以改变图像，因为它是凌空印刷。

模拟印刷和数字印刷的比较

工业灰度印刷经常被定义为既是一种模拟又是一种数字处理过程。简单地说，模拟印刷是指传统的用感光底片、辊筒或者丝网印刷，这种印刷被数以千计的使用。数字印刷通常是指利用喷墨或者激光印刷来将数字信息印刷在载体上。

热转换印刷是一种用来印刷所使用的信用卡收据的方法，也是一种数字印刷。但是他们仅仅用于特殊的纸张，因此在这一讲中我们不进行讨论。所有的数字印刷技术和传统的印刷比起来都会大大减少原材料的使用和准备所花费的时间，更少的准备时间和成本。因此数字印刷对于短周期的印刷而言节省很多成本，这个短的范围是指少于几千份。

印刷过程

所有的印刷都是从图像或者文件开始的。这些文件(包含文字，图像和图表)都是设计师设计出来的，它可以用于传统印刷和数字印刷，但是离开设计师事务所后会根据需要进行不同的处理。

在丝网印刷过程中，第一步就是出片，制作网版，这些网版是用来不断进行印刷的。用数字印刷处理的话，制作网版的过程被省略了。省略这些步骤可以节约很多时间和金钱。这些劳动力和金钱的节约对你的快速生产是很有利的。反映真实购买者参考的一个重要依据便是看印刷出来后的效果。用数字印刷的话，可以印刷出想要的图像和最终的效果，给购买者以信心，但是不增加任何的附加费用。

做好准备意味着生产更多。在所有的印刷手段中，一旦准备好印刷文件，生产线必须设定好，也就是所说的准备好。这个过程有很多的步骤。无论是传统的印刷还是数字印刷都要求印刷介质准备好，丝网对齐和供墨系统准备好。在丝网印刷中，不同颜色的网版的位置要对好。对齐丝网需要熟练的技术，同时需要生产几片才能看出来是否已经对好。为了生产更加理想，刮板系统的印油需要仔细调节。上述的所有过程都需要占用大量时间并且浪费材料。使用喷墨印刷的话，做好准备工作只要检查所有的喷头都准备好即可，所以没有任何的浪费。

喷墨印刷节省成本

大部分的印刷还是传统的印刷方法，传统的方法还在为长周期的印刷节约成本。尽管这个转折点取决于你印刷的类型，包括准备成本的话，生产短时间的话，传统印刷比数字印刷更耗钱。直到拐点的来临，在这之前数字印刷更贵一点。数字印刷开拓了一个新的印刷市场，例如个性化和长幅度的印刷，给当地的经销商制作个性化产品，生产促销产品，或者是印刷产品标签。保证了供货的速度，因为这个无须准备。它避免了浪费，因为你只要印刷你所需要的东西，替代了印刷10000份所有的压力，因为任何的低质量产品都是不合算的。印刷任何你想印刷的产品，节省了大量金钱的同时保护了环境。它在潜意识中提升了商业效率，使得供货的环节变得更短，同时也可以在家里进行印刷。

喷墨印刷和传统印刷的比较

彩色印刷通过丝网来实现已经有了近20年的历史，在质量上有所提升但是时间上的消耗却不可避免。现在随着技术的成熟，喷墨印刷被广泛用于短时间的生产上。无论是最快的喷墨印刷或者是传统的丝网印刷都不能跟上快速的生产速度，但是喷墨印刷的技术不需要准备时间，同时两者都保证了印刷的质量，喷墨印刷的质量完全能媲美传统印刷的质量。在标签的印刷上，两种印刷技术相互追赶，争论点在于谁更加经济。在其他的应用方面，灵活的喷墨印刷无疑胜出。

喷头

连续式喷墨印刷

连续式喷墨印刷(cij)技术是指在压力储墨罐里面连续的喷墨。连续喷墨技术以电压调制型为代表。这种喷墨印刷的原理是利用压电驱动装置对喷头中墨水加以固定压力，使其连续喷射。为进行记录，利用振荡器的振动信号激励射流生成墨水滴，并对其墨水滴大小和间距进行控制。由字符发生器、模拟调制器传递而来的印刷信息对控制电报上电荷进行控制，形成带电荷和不带电荷的墨水滴，再由偏转电极来改变墨水滴的飞行方向，使需要印刷的墨水滴飞行到纸面上，生成字符、图形纪录。不参与纪录的墨水滴由导管回收。对偏转电极而言，有的系统采用两对互相垂直的偏转电极，对墨水滴印刷位置进行控制，即二维偏转型;有的系统对偏转电极采用多维控制，即多维偏转型。

这种连续循环的喷墨系统，能生成高速墨水滴，所以印刷速度高，可以使用普通纸。不同的印刷介质皆可获得高质量的印刷结果，还易于实现彩色印刷。但是，这种喷墨印刷机的结构与随机式相比，比较复杂，对墨水需要加压装置，终端要有回收装置回收不参与纪录的。并且工作方式的效率不够高，而且不精确。现在采用这种技术的喷墨印刷机已经极少见到。

按需喷墨

按需喷墨系统中墨水只在印刷需要时才喷射，所以又称为按需式。陶瓷用喷墨印刷机采用该类喷墨方式，它与连续式相比，结构简单，成本低，可靠性也高，但是，因受射流惯性的影响墨滴喷射速度低。在这种随机喷墨系统中，为了弥补这个缺点，不少随机式喷墨印刷机采用了多喷嘴的方法来提高印刷速度。

热气泡喷墨技术

喷墨印刷机一般多采用热气泡喷墨技术，通过墨水在短时间内的加热、膨胀、压缩，将墨水喷射到印刷纸上形成墨点，增加墨滴色彩的稳定性，实现高速度、高质量印刷。由于除了墨滴的大小以外，墨滴的形状、浓度的一致性都会对图像质量产生重大影响，而墨水在高温下产生的墨点方向和形状均不容易控制，所以高精度的墨滴控制十分重要。热泡式喷墨印刷的原理是将墨水装入到一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点。这样就生成了一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射到毛细管的顶端。停止加热，墨水冷却，导致蒸汽凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生蒸汽并生成一个墨滴。

微压电技术

微压电技术把喷墨过程中的墨滴控制分为3个阶段：在喷墨操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩;然后，元件产生一次较大的延伸，把墨滴推出喷嘴;在墨滴马上就要飞离喷嘴的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把墨水液面从喷嘴收缩。

二元和灰度

喷墨印刷通过喷出墨滴来实现。从正常的间距来看，这些墨点从视觉上来看混合成一个可视的图像或者可读的文字。第一代喷头的发展是二元，意思就是喷或者不喷，这就不能喷部分墨滴。最新的墨滴大小的可改变性广泛用于商业印刷，这些喷头称之为灰度喷头。灰度级印刷的结果让人们感觉到质量更加高档。

二元喷头

在二元喷头里面只包含喷或者不喷。通常二元喷头所喷出的墨滴大小从30皮升(pl)到100皮升，通常用于户外图像的印刷，我们要从几米外看的图像。更大墨滴意味着需要更大规格的喷嘴，所以这些喷头对手工艺品不敏感，对印刷环境要求不高。尽管如此，更大的墨滴就意味着分辨率更低。通常小规格的墨滴是可以接受的，多重通道是为了实现完全的印刷覆盖，如果用单一通道来获得密集的喷嘴来获得印刷全覆盖的话既不实际也不经济。

灰度喷头

灰度喷头的墨滴由不同规格的墨滴组成(3皮升到6皮升，12、18、24、30皮升……)。这些墨滴的大小都不一样，它使得肉眼辨别的图像是平滑的，给人的感觉分辨率更高。小的墨滴实现了更清晰的图像，大的墨滴实现了颜色的覆盖。尽管你能通过小规格的墨滴来实现图像的平滑真实，但用不同规格尺寸的墨滴，而不需要一些小的喷嘴，意味着你可以获得更高的产量，更好的质量。这就是典型的成本节约生产效率高的印刷方法。

和图像相关的喷头参数

如何设定使用多少喷头呢?大部分的生产厂家描述他们的产品是多少dpi的，dpi并不是最终输出图像的质量。在实际情况中，dpi的数据感知分辨率或者1个图像的质量而言并不是唯一的重要参数。最小的墨滴尺寸才是有意义的参数。墨滴之间的间距同样是一个非常值得参考的因素;一个广告牌不需要用1000dpi来印刷，这个dpi是一个相册所需要的。

实际上，dpi所告诉我们的是喷头的分辨率。例如，一个360dpi的喷头在1/360英寸上有一个喷嘴，这是可变的，你可以认为他们能在70微米的地方能喷出墨滴(1/360英寸=70微米)。认为dpi是喷头的一个重要参数，它可以在网格中进行喷墨。如果1个墨滴的大小是80皮升，它可以喷出大于70微米的间距。一系列的这种墨滴在360dpi的网格喷墨。他们之间的重叠使得墨滴完全覆盖该区域。

分辨率实际上和视觉的灵敏度息息相关——我们视觉上分辨两种事物的不同能力。对于一个有着大众视觉的人而言，这就意味着是一种感知图像是由很多分散的点所组成的能力。人类感知图像的极限(通常的视觉范围是30厘米或者一个手臂的长度)。用二元印刷，你需要用1000dpi来欺骗人类的眼睛来展示眼前的图片是平滑完整的。一个好消息是，用灰度印刷的话，随着每个点的像素的提高，更少的dpi就可以实现这个效果。

扫描式与单一通道

喷墨印刷通过单一通道或者多重通道印刷。这可以理解为喷头在介质上来回运动或者介质在一系列的固定的喷头下面运动。大幅面图像的喷墨印刷通常是用扫描的，但是最新的工艺技术意味着单一通道印刷狭小的标签变得可行。喷墨印刷条码例如邮票直接让介质通过喷头来实现。

扫描式是指多通道印刷。扫描式意味着在介质上面有很多通道的喷头使得印刷完全覆盖或者提供更加清晰的印刷，即喷头来回地扫描。这就是家庭式印刷机的工作方式。扫描式的主要优点是使得工作中发生的错误很难被发现。这些错误可能是由于喷嘴堵塞造成的或者是机械上的错误造成的。扫描式印刷同样保证了整个幅面的覆盖，因此印刷的边缘不会出现白边，保证了图像看起来更加平滑更加色彩丰富而没有断点。扫描式同样使得喷出的墨滴在更加精细的网格里面使得分辨率更高。这些精细的粒度是通过多通道的喷出的墨滴来实现的。交错的墨滴使用最少数量的喷嘴，使得整体的系统花费更少。扫描式的缺点是印刷速度相对较慢，因为多通道通过同样的一个区域需要提供完全的墨水覆盖，这个扫描过程就需要消耗时间。扫描式对于印刷文字和线条不是很好。

在单通道印刷里面，喷头是固定在一个位置不变的，直接印刷在移动的介质上面。最主要的优势在于单一通道的印刷速度更快，生产效率高。喷头整齐地安装在一条线板上面，然后安装在机器里面。印刷线板使得用多通道喷头更加简单，因为你只要对齐线板之间的喷头就可以了，不同的线板印刷不同的颜色。

墨水

染料与色料

墨水可以使用染料或者色料。选择染料或者色料基质的墨水取决于其应用：染料由小的颗粒组成，它比色料基质的墨水有更大的色域和颜色活跃度，但是其缺点是染料容易被阳光和臭氧所破坏。这就是为什么你会看到户外广告的颜色会褪色。色料基质由大颗粒组成，它由悬浮剂所悬浮起来，对于染料基质而言它的颜色范围窄小，但是非常耐阳光和臭氧的侵蚀。

墨水类型

你需要选择一个最合适的墨水来供你使用。在大多数情况下，墨水由它们的载体所描述，但是也有由它们的性能所描述的。

墨水总体上可分成两大类：

一类是颜色的载体，实现色彩的转移，这一类我们统称为传统型墨水;另一类则是功能的载体，实现功能的转移，这一类我们统称为非传统型墨水或称为功能性墨水。

水基质墨水

水基质墨水其载体是水。这种墨水使用的水能迅速蒸发，色的基质能保持在印刷的物体上面，用染料或者色料对其进行染色，他们广泛用于图像和纺织品方面。

溶剂型墨水

溶剂型墨水其载体是溶剂。通常情况下其溶剂类型是有机溶剂(voc)，这意味着墨水干起来非常迅速。溶剂型墨水便宜、耐久。这种类型的墨水能在没用空隙的基质上很好地使用。虽然他们被认为非环境友好型，但是他们的耐久性意味着这种类型的墨水能广泛用于户外广告的印刷。

油性基质墨水

油性基质的墨水由粘合剂、亮光漆和颜色体组成。亮光漆是一种植物类的油，用于提高干燥后的基质的光泽度。油性基质的墨水干燥起来很快，能用于平面纸和有图层的纸张和纸板。这种墨水广泛用于大规格的图像印刷方面。

uv墨水

uv墨水代表了高速发展的墨水市场。这种墨水处理成一个固体。因为他们不是溶剂型的，uv墨水被认为是一种比任何其他墨水更加环境友好型的墨水。同样，不像水基质墨水和溶剂型墨水一样，运载体会留有颜色，uv完全是固体，不会留下痕迹。uv型墨水被用于无缝隙基质上，主要应用于图像和工业印刷方面，例如pos机引导标示和产品装饰。

热融化墨水

热融化墨水牵涉到相变，墨水被喷头加热使得他们保持成液体然后进行喷射，牢固地印刷在基质上面。这个相变发生在墨滴喷射之前。这种墨水相比于水基质墨水不受渗透等情况的影响，广泛用于包装印刷方面，缺点是能被擦掉。

乳胶型墨水

乳胶型墨水是一种最新的墨水，它由70%的水和30%的添加剂组成。乳胶指的是微聚合物的粒子悬浮在墨水中。这种粒子不同于乳胶，因为他们是不会引起过敏的。乳胶墨水的耐久性很好，他们并没有和低成本的溶剂型墨水一样被广泛使用，但是乳胶型墨水是环境友好型和对健康无害型的墨水。一些公司开始使用乳胶墨水用于印刷室内和室外的指示牌。不同于溶剂型墨水，乳胶墨水需要一个干燥设备，因为这不是溶剂的蒸发，乳胶将颜色体封装在里面。

功能性墨水

很多人都使用过喷墨印刷机，但不是在装饰行业上面。在这些方面的应用上面，墨水的形式是功能性的流体，因为它需要印刷到介质上面去，例如玻璃或者硅酸盐。另外一个例子就是，当金属或者导电的流体被印刷的时候就会形成电流。在这种情况下，功能性的流体是由毫微米级大小的导电例子组成。一旦开始印刷，这些墨水就开始加热，使之能顺利印刷。其它的功能性流体包括焊料、环氧树脂、光学聚合物、导体和半导体聚合物、透明导体、电介质和绝缘体。这种墨水的先进性在于其能减少浪费和减少有毒物质的使用。

选择墨水

有这么多的墨水，怎么选择呢?通常来说第一个需要考虑的就是最终产品效果的选择。如果你需要你的户外广告能够抵抗日晒雨淋或者其他自然现象，你就需要选择一个能抵抗上述情况的墨水，因此你的选择可能是色料基质的溶剂型墨水。相反，如果你需要的是低成本的话，你的选择可能是在纸张上不会渗漏的墨水。因为工业喷墨印刷的喷涂极其精细，所以对墨水的成分选择匹配就要非常仔细，以此来保证墨水能顺利且连续地从喷头中喷出。

在工业化的喷墨印刷中，墨水通常是用1升或者5升的罐子来装。你多长时间来担心墨水会挥发干掉呢?如果你使用xaar1001喷头，1000个喷嘴的话，喷头的最大喷出尺寸是42皮升，最大的频率是7khz。如果你用这样的机器进行生产的话：1000×42×1012×7000×60×60=1.06升/小时。在实际生产中，你可能很少会100%用到某一个单一颜色，加上在扫描式的机器中有来回的时间，这会有白色的边缘印刷不到。在任何情况下这能给出一个大概的墨水使用量。

供墨系统

在按需喷墨的压电式喷头中，供墨系统首先需要做的是使其保证合适的压力，第二项工作就是印刷的时候喷头不能缺墨。简单地说，如果墨水不够的话，你就会发现印刷出来有线条;太多的墨水又会导致喷头线板被浸没，导致非正常喷墨，导致质量降低。

　　供墨系统需要做如下的事情：过滤墨水避免墨水堵塞喷头，排除空气气泡，加热墨水保证其在正常的温度下运行，不断地计算墨水通过喷头的数量。在使用扫描式印刷机的情况下，供墨系统必须能够承受装墨系统的加速和减速，当它在介质上来回运动时又不会造成任何的压力差。喷头在工作时使用少量的能量来使得喷嘴进行喷墨。喷墨意味着需要破坏墨水的表面张力。不需要喷出的墨滴要被吸收回来否则其会滴下。弯月面的墨滴在喷嘴的表面张力下形成。想象一下，一个装满水的杯子，仔细观察你会发现水的表面形成一个凸状的外形，这就是弯月面。

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