《数字印刷设备的原理与工艺》张志华11404100232(湖南工业大学印刷工程，湖南株洲，412007)摘要：随着科学技术的快速发展，喷墨印刷正向着几乎所有的印刷领域进军，其印刷质量也越来越好。
而按需喷墨的压电喷墨技术利用电压直接转换原理，实现喷墨头的常温工；大大提高头寿命，更可方便使用颜料型墨水，实现以户外为主的应用，整体耗墨小；速度方面大有潜力可挖。
关键字：连续喷墨、压电喷墨、工作原理、应用、发展Principle and technology of digital printing equipmentDaniel Chang 11404100232(Printing engineering ,Hunan University of Techonology ,Zhuzhou ,412007)Abstract：With the rapid development of science and technology, ink-jet printing is toward almost all the printing field, the printing quality is also better. And according to the needs of the ink-jet ink technology is used voltage directly piezoelectric transfer principle, the realization of the head of a normal work inkjet; Greatly improve head life, more easily to use pigment-based ink, realize with outdoor primarily application, and the overall consumption ink is small; The speed of the great capacity will be faster。
Key words：Continuous ink jet、Piezoelectric inkjet、Working principle、application、development引言：喷墨印刷，即Ink-jet Printing。
是一种无接触、无压力、无印版的数字成像技术。
他将电子计算机中存储的信息输入到喷墨打印机后即可进行印刷，具有无版数码印刷的共同特征，即使用可变信息的印刷。
该技术省去了传统印刷方法所需要的制版设备、版材以及胶片等耗材，并且能够在不同的材质及不同厚度的平面、曲面和球面等承印物上进行印刷，不受承印物幅面大小的限制。
喷墨印刷分析喷墨印刷的基本原理是利用微细的喷嘴将油墨以一定的速度喷射成小墨滴，再利用喷墨头把细小的墨滴引导至承印物的相互作用实现油墨影像的再现过程。
喷墨墨滴越小，打印的图像就越清晰。
喷墨印刷按喷墨系统中墨水喷射的基本方式（即墨水喷射是否连续），可以讲现在喷墨成像数字印刷技术分为连续喷墨印刷（Continuous Ink-jet Printing）和按需喷墨印刷（Drop-on-Demand Ink-jet Printing）两类。
而连续喷墨成像数字印刷又分为连续喷墨、连续阵列喷墨和连续区域可调喷墨；按需喷墨成像数字印刷主要分为：热泡式喷墨和压电式喷墨。
连续喷墨连续喷墨印刷（简称CIJ）：液体油墨在压力作用下通过一个小圆形喷嘴，依靠高频而产生连续性的墨流，再被分离为单个墨滴，并带上静电，然后在图像信息的控制下，墨滴被喷射到承印物上或被转移回收。
连续喷墨印刷原理（如图1）：来自加压墨源的油墨进入印刷头，经单个喷嘴的小孔，变成一股很细的墨流，这股墨流在充有高压电的金属通道内获得静电，并使喷出的油墨分离成单个墨体，当墨滴通过一个与墨滴运行方向垂直的高压偏转磁场时，带电很少或不带电的墨滴不受静电磁场的影响，直接穿过这个磁场，喷在承印物表面上形成墨迹，完成刷．带电墨滴受高压偏转磁场的影响进入油墨回流管道，送回输墨系统循环使用；从喷嘴小孔喷射出来的连续墨水在压电晶体谐振器的作用下被分裂成一系列单个墨滴，这些墨滴组成的墨水流从一排带电电极前面通过，每一束墨水流对应一个喷嘴，且有一个电极与之对应，当电极被加上电后对应的墨滴被充电，在偏转磁场的作用下，进入墨水回收装置，循环使用；没有被充电的墨滴不发生偏转，则被纵向运动的承印材料吸收，形成图象。
图1图2 连续阵列喷墨印刷工作原理示意图连续区域阶调可变喷墨工作原理：它采用区域阶调可变的喷墨技术，使不同的墨滴束对准同一个打印点，可产生类似凹印的复制效果，看上去是连续变化的色调。
它能产生更高质量的输出效果。
墨滴大小可以变化,把不同的墨滴束对准同一个打印点因而可以实现不同的灰度等级,从而满足了彩色高档印刷的需要。
按需喷墨按需喷墨（简称DIJ）是随机式喷墨系统中墨水只在打印需要时才喷射，所以又称为按需式。
根据图文信号使墨滴从喷嘴中喷出并立即附着在承印材料上，喷嘴供给的墨滴只有在需要时才喷出。
比连续式喷墨分辨率高但速度慢。
其中最有代表性喷墨技术要属压电陶瓷技术。
常见的有热气泡喷墨、压电喷墨和静电喷墨三种类型，当然也有其它类型。
间歇式热喷墨印刷方式（如图3）：打印头墨水腔的一侧为加热板，另一侧为喷孔，发热板在图文信号控制的电流作用下迅速升温到高于油墨的沸点，与加热板直接接触的油墨汽化后形成气泡，气泡充满墨水腔使油墨从喷孔喷出，到达承印物。
然后加热板冷却墨水腔依靠毛细作用由储墨器重新注满。
热气泡式喷墨技术的实现原理是：在加热脉冲(记录信号)的作用下，喷头上的加热元件温度积聚上升，使其附近的油墨溶剂汽化生成数量众多的小气泡，在加热时间内气泡体积不断增加，到一定的程度时，所产生的压力将使油墨从喷嘴喷射出去，最终到达承印物表面，再现图文信息。
图3 间歇式压电喷墨印刷方式（如图4）：采用压电晶体的振动来产生墨滴。
压电晶体将压力脉冲施加在油墨上,当压电产生脉冲时,压电晶体发生变形，形成喷墨的压力,从而形成墨滴,飞出去形成图文.然后压电晶体恢复原状，墨水腔中重新注满油墨。
压电喷墨技术的实现原理是：将许多小的压电陶瓷放置到打印头喷嘴附近，压电晶体在电场作用下会发生变形，到一定的程度时，借助于变形所产生的能量将墨水从墨腔挤出，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。
静电喷墨技术的实现原理是：在喷墨系统和承印物之间的电场，通过图像信号改变喷嘴表面张力的平衡，在静电场吸引力作用下，使墨滴从喷嘴喷射出去，到达承印物表面形成印迹。
静电喷墨的基本原理如图四所示。
由静电喷墨技术产生的墨滴尺寸远远比喷嘴的尺寸要小，因此具有高分辨力的特点，而且容易实现喷头的多嘴化；但需要较高的工作电压。
图4 热发泡式与微压电式比较:热发泡式喷墨技术在使用过程中会加热墨水，在高温下墨水很容易发生化学变化，性质不稳定。
所以打出的色彩真实性会受到一定影响。
另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小很不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度上影响了打印质量。
微压电式喷墨技术是通过微电压来精确控制墨滴的大小和浓度使墨滴在喷出的瞬间无任何星状散点或雾状的扩散。
利用电压直接转换原理，实现喷墨头的常温工；大大提高头寿命，更可方便使用颜料型墨水，实现以户外为主的应用，整体耗墨小；速度方面大有潜力可挖。
间歇式与连续式性能比较①与连续式喷墨印刷相比，间歇式设备的简单紧凑，采用这一工作原理的设备成本底可靠性高。
②由于间歇式不需要墨水循环系统，从而省去了连续喷墨印刷设备所必须的墨水加压泵等设备。
③间歇式的输出速度受到喷射惯量的限制。
为了提高输出速度可采用增加喷嘴数量来解决目前流行的是间歇式打印技术，它又分为“热泡式”和“压电式”两种，HP（惠普）、Canon（佳能）公司均采用热泡式结构，这两家大公司在喷墨技术上竞争很激烈，HP称其喷墨技术是“热敏式”(Thermal)；而Canon称其喷墨技术为“气泡式(Bubble)”。
它是70年代末受注射器原理的启发而发明的。
实际上，这两种技术的原理相同，基本原理都是利用电阻迅速加热喷墨头，使喷墨头内的墨水汽化产生气泡，气泡膨胀将墨水喷出喷嘴，墨滴将以每秒3000至6200点的速度喷射在纸上，当喷头与纸的距离很少时，便可很精确地表现在纸上，形成所需要的图案。
而Epson（爱普生）使用的是另外一种技术，称之为“压电式”，这是采用多层压电结构（MACH）的技术，在存储及激发墨水喷出的气室结构及电流脉冲电阻高温引发墨水变化方面取得了很大的成功，使喷力更大，喷速更快，打印的图像更为精细，即使放大数倍仍然非常紧密而且规则，由于喷头的特殊性使得喷头的使用寿命长，可做成永久性喷头，当墨水用完后，只需要换墨水盒即可。
Epson表示，加热方式在黑白打印时代还可以，到了彩色打印时候就成问题了，因为墨水在温度变化的时候化学特性会发生变化，所以色彩稳定性差，而多层压电打印就没有这个问题，喷嘴可以做得很小，而且墨水喷射的速度更快，提高了打印速度和打印精度。
可见，压电式打印技术是比较先进的。
喷墨印刷的发展以及应用喷墨印刷已经成熟了吗?它将朝着哪个方向发展?这是人们经常谈论的两个问题。
如何来衡量一项技术是否成熟? 如果用大众消费性(如电视) 来衡量, 那么很清楚, 桌上喷墨打印机已经满足了这个标准。
但如果从它何时才能在效率和灵敏性方面超过其前任的角度看, 喷墨技术在商业印刷方面则还没有达到这一标准。
喷墨印刷已经成熟了, 但它仍很年轻, 还有许多发展潜力。
虽然它还比不上胶印, 但在商业市场中喷墨印刷所占的比例已经非常大, 而且还在不断迅速地增长。
它现在所需要的是在未来发展方面有一个正确的线路图, 并向适合它的市场去突破。
喷墨印刷是XAAR公司运作的一个主要市场领域。
这一技术被认为是一种强大的和切实可行的工业与商业技术, 可以为印刷公司提供主要的和附加的营业流水收入。
它享有众多的和不断增长的客户群及支持者。
在质量和速度等方面, 它已经达到甚至超过了它的竞争者。
此外, 它还吸引了市场的注意力, 在宽幅及超宽幅, 以及工业与包装印刷领域更是如此。
数码按需喷墨印刷的发展趋势：喷墨技术将朝着哪个方向发展? 相信喷墨技术正处于其发展阶段中的一个激动人心之处。
灰度作为喷墨技术的引入, 已经并且将继续改善喷墨印刷的质量和速度, 帮助喷墨印刷进入新的市场应用领域。
在考虑喷墨印刷的多功能性及未来发展时, 有一个关键因素是应当记住的, 即它具有明显的优势, 它是真正直接的、非接触式的数码按需印刷过程。
这意味着它的基本局限性是极其小的, 尤其是就承印材料方面而言, 不管是硬性的还是软性的、吸收性好的还是差的、表面平滑的还是粗糙的, 都可以采用各种性能的印墨进行喷印, 而且还可以根据需要进行可变数据印刷。