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浅谈喷墨印刷技术的现状及其发展

发布时间:2019-03-14 09:56:03 作者:雅昌双层覆禙打印宣纸批发 来源:美术163商务 点击:

   十几年前,当互联网技术刚刚兴起时,不少业内人士就为数字媒体是否会取代纸质媒体争论不休,甚至有人预言,数字出版">数字出版将成为印刷技术的“终结者”。然而时至今日,印刷工业仍凭借其强大的生命力在迅速向前发展。现在的问题已经不是印刷是否已经或者正在濒临灭亡,而是哪种印刷技术将在未来几年内呼风唤雨。正如当年胶印技术逐渐取代铅字印刷一样,数码印刷">数码印刷技术已经在胶印占主导地位的市场上开辟了一条属于自己的道路。数码印刷本身在不断发展变化,有“行业发展风向标”之称的drupa2008已向我们展现了喷墨印刷">喷墨印刷技术的魅力。

  喷墨印刷技术的发展

  喷墨印刷技术的历史可以追溯到1884年,美国人C·H·Richard受到注射器挤压飞出液滴的启发,并使此飞出液滴带电,用电控制其落点,从而可以在纸上形成画像,并将其称为雾墨印刷。到了1951年,西门子公司将液态的墨水转变成墨滴的技术申请专利,当时因为针头与墨水的原因,效果不佳,直到1960年才正式进入实用阶段。

  1964年,出现了喷墨机的雏形,它通过一个特殊机台来控制墨滴的大小及喷出的速率。直到1967年,Hertz发明了连续式的喷墨印表机,这就是目前在工业上使用的连续式喷墨印刷机的前身。1972年西门子公司推出Piezoelectric(压电式)的按需喷墨打印机,1979年佳能推出热发泡按需喷墨打印机,1984年惠普也推出热发泡按需喷墨打印机,并开始将喷墨打印技术运用于条码加工和产品序号的印刷中,但那时的分辨率无法让人满意。直到近10年,喷墨印刷的品质才有了突飞猛进的发展。先是drupa2000上,以色列的Aprion公司展示的彩色喷墨印刷机,拉开了喷墨印刷技术发展的序幕。之后的drupa2004上,喷墨印刷技术成为亮点之一,显示出了巨大的发展潜力。4年后,喷墨印刷技术最终成为了drupa2008的主题以及整个行业关注的对象。

  喷墨印刷的原理

  喷墨印刷是一种无接触、无压力、无印版的印刷复制技术。它具有无版数码印刷的共同特征,可实现可变数据">可变数据印刷。喷墨印刷技术省去了传统印刷方法所需的制版设备、胶片以及印版等耗材,而且能在不同材质以及不同厚度的平面、曲面和球面等异形承印物上印刷,不受承印表面的限制。

  喷墨印刷技术的基本原理是先将电子计算机存储的图文信息输入到喷墨设备,再通过特殊的装置,在电子计算机的控制下,计算出相应通道的墨量,由喷墨成像装置向承印物表面喷射雾状的墨滴,根据电荷效应在承印物表面再现稳定的图文信息,生成最终的印刷品。

  喷墨印刷的方式有20多种,按墨水喷射是否连续可分为连续喷墨和按需喷墨两类。

  1.连续喷墨技术

  连续喷墨技术的基本原理是:在设备工作期间,墨水在墨滴发生器的作用下从喷嘴连续不断地喷射出去,被引导进入充电电极之间分裂成细小的墨滴,并同时带上相同的电荷;带电墨滴进入偏转电场,依靠其在偏转电场中偏转幅度的不同,或被墨滴收集器捕获进入循环回路并最终被送回墨滴发生器供重复使用,或发生偏转避开墨滴发生器最终到达承印物表面,形成图文。

  连续喷墨印刷系统的印刷速度较快,但结构比较复杂,需要加压装置、充电电极和偏转电场,终端要有墨滴回收和循环装置,在墨水循环过程中需要设置过滤器来去除混入的杂质和气体等。

  2.按需喷墨技术

  顾名思义,按需喷墨技术就是只在图文部分喷出墨滴,而在空白部分则没有墨滴喷出。这种喷射方式无须对墨滴进行带电处理,也就无须配备充电电极和偏转电场,所以喷墨头结构简单,可以使用多嘴喷头来达到更高的输出质量;通过脉冲控制,容易实现数字化;但按需喷墨的墨滴喷射速度较低。常见的按需喷墨技术有热发泡喷墨、压电喷墨和静电喷墨3种类型。

  (1)热发泡喷墨技术

 

  热发泡喷墨技术是在加热脉冲(记录信号)的作用下,使喷头上的加热元件温度积聚上升,将其附近的油墨溶剂汽化生成许多小气泡,随着温度的上升,气泡体积不断增加,到一定的程度时,气泡内部的压力将使油墨从喷嘴喷射出去,到达承印物表面再现图文信息。热发泡喷墨技术原理如图1所示。

 (2)压电喷墨技术

 

  压电喷墨技术是在喷墨头附近放置许多小型的压电陶瓷,压电晶体在电场的作用下会发生变形,达到一定程度时,墨水会借助于变形所产生的能量从喷嘴中喷出,图文数据信号控制压电晶体的变形量,进而控制喷墨量的多少。压电喷墨技术原理如图2所示。

  (3)静电喷墨技术

  静电喷墨技术是在喷墨系统和承印物之间制造一个电场,通过图像信号改变喷墨头表面张力的平衡,在静电场吸引力作用下, 使墨滴从喷墨头喷射出去, 到达承印物表面形成图文信息。静电喷墨技术的基本原理如图3所示。

  由于静电喷墨技术产生的墨滴尺寸比喷墨头的尺寸要小得多,所以能够达到很高的分辨率,但需要较高的工作电压。

  喷墨印刷纸张

  喷墨印刷对承印物的适应性很强,其承印物所需具备的基本特性是吸墨速度快,墨水能够快速干燥,避免墨点在承印物表面上扩散,印出的图像清晰美观,色彩均匀,印刷效果理想。单就喷墨印刷用纸而言,要求表面光洁并有一定施胶度,既能快速吸收墨水,又能避免光的散射。要求纸面涂层有一定的牢度和强度,不易划伤;保存性好,耐水、耐光,不易退色,为防止墨点在纸上扩散,一般采用涂布纸或高光相纸。

  目前市场上常用的有3种喷墨打印纸:普通喷墨打印纸、喷墨印刷涂布纸和微孔型喷墨印刷涂布纸。

  (1)普通喷墨打印纸

  普通喷墨打印纸属于低档打印介质,用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机上,价格较低。由于没有经过专门的涂布处理,只适用于单色打印,在要求高质量的彩色打印特别是照片质量的打印时,易出现渗透、粘脏等现象,严重影响喷墨打印质量。

  (2)喷墨印刷涂布纸

  喷墨印刷涂布纸的接收层能与着色剂有效作用,增加其黏着性能,获得较高的印刷质量,不同颜色交界处不会发生相互渗透模糊边界的现象,印刷出的线条比较锐利;印刷图文的耐水、耐光性能也非常好。

 
 (3)微孔型喷墨印刷涂布纸

 

  微孔型喷墨印刷涂布纸具有特殊的微孔结构,其涂层吸墨力很强,即使是印刷暗调的部分也能表现很好的层次感;干燥速度很快,能够满足高速喷墨印刷的要求;其涂层材料很细腻,亮度高,能够匹配高精度的照片打印;具备很好的耐水、耐光性能。

  喷墨印刷油墨

  根据喷墨印刷的原理,喷墨印刷所使用的油墨应该具备以下特点:无毒、不堵塞喷墨头、喷射性良好、不腐蚀喷墨头的金属构件。目前国内市场上的喷墨印刷用油墨种类繁多,根据油墨的性质,可分为3种:UV喷墨油墨、溶剂型喷墨油墨和水性喷墨油墨。

  (1)UV喷墨油墨

  UV喷墨油墨凭借其三大优势——节能化干燥、对承印材料具有广泛的适应性、可快速固化从而缩短后续工序的时间而被广泛用于喷墨印刷。用UV喷墨油墨印刷出来的图像具有更强的持久性,并且不容易退色。但是UV喷墨油墨的成本偏高,且柔软性不好,如果卷曲过度,就会发生断裂。

  从市场的角度来看,由于UV喷墨油墨对于承印物的适应性较好,所以非常适合数码印刷的应用。UV喷墨油墨最大的优势是能够在UV光的作用下瞬间干燥,所以非常适合高速喷墨印刷,很可能成为今后大幅面彩色喷墨打印市场的主流。

  (2)水性喷墨油墨

  水性喷墨油墨主要以水为溶剂,具有墨色稳定、亮度高、着色力强、印后附着力强、干燥速度可调、耐水性强等优点。与其他印刷油墨相比,由于水性喷墨油墨不含挥发性有毒有机溶剂,故在印刷过程中对操作人员的健康无不良影响,对大气环境及印刷品本身均无污染。广泛用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机。

  但是,水性喷墨油墨也存在一定的技术局限性:不抗碱、不抗乙醇和水、干燥慢、光泽度差、易造成纸张收缩。这主要是由于水的表面张力较高,导致油墨难润湿,干燥缓慢。此外,水性喷墨油墨在很多承印物上都难以很好地润湿和印刷,除非印刷设备配有合适的干燥设备,否则印刷速度会因此而受影响。另外水性喷墨油墨光泽性低于溶剂型喷墨油墨,这也大大限制了水性喷墨油墨在光泽度要求较高的场合的使用。因此,喷墨印刷市场呈现了以下趋势:水性喷墨油墨有向溶剂型喷墨油墨转变的趋势,水性喷墨油墨的发展将变缓,溶剂型喷墨油墨和环保的溶剂型喷墨油墨还将有进一步的发展。

  (3)溶剂型喷墨油墨

  溶剂型喷墨油墨能适应各种承印材料,印刷出来的图像具有更好的耐久力,并且其价格低于水性喷墨油墨,无须覆膜。因此溶剂型喷墨印刷机开拓了广告牌、车身广告和所有以前印刷不可能进入的领域。

  溶剂型喷墨油墨的缺点是其在干燥过程中,通过溶剂的蒸发向空气中排放有害物质,影响室内外空气质量。尽管溶剂型喷墨油墨比水性喷墨油墨干燥速度快,但仍需要一定的时间。但是,由于溶剂型喷墨油墨的固有优点,使其在较长一段时间内市场比重会加大。目前相关油墨制造商也正在改进油墨配方,推出了不含有害物质的环保的溶剂型喷墨油墨和环保的溶剂型喷墨印刷机,新一代的溶剂型喷墨油墨将会更加完善,对环境的危害也会越来越小。

  喷墨印刷技术的应用现状与前景

  喷墨印刷技术的应用范围很广,在包装印刷行业主要用在包装物的标签、生产日期、条形码的打印,如易拉罐和瓦楞纸箱的印刷;在商业流通领域中,用于各种商业单据、广告、票证、表格等的印刷;在航空气象领域,用来记录人造卫星的各种数据,绘制大气云图,记录远距离传输的文字、图像信息等。

 

  英国纸张印刷包装技术研究协会(PIRA)的一份报告显示,数码印刷包含的干碳粉和液态碳粉及喷墨的印刷方式,在2000年,两种碳粉印刷方式占99%,喷墨印刷方式只占1%。但到2015年,喷墨印刷方式预计占25%,可见,喷墨印刷技术的发展速度是很快的。随着惠普、柯达、爱克发等公司不断推出最新的喷墨印刷设备,我们相信,喷墨印刷不再是传统印刷的补充,而有望成为继胶印、凹印、柔印和网印之后的又一主流印刷方式,并将在工业应用中大展宏图。