数字印刷正在进入 一个新的发展阶段(一)
张建民
2016-10-21

  数字印刷进入传统印刷领域的门槛主要体现在印刷质量、印刷速度、印刷幅面、承印物范围和印刷成本五个方面。早期,静电成像数字印刷机在商业快印、短版印刷、混印直邮、账单打印、图书印刷等领域都有不俗的表现,但受成像技术的局限,其在印刷速度、印刷质量、印刷幅面和承印物范围等方面与传统印刷领域的生产要求还有不少差距。  drupa 2008,高速喷墨印刷技术的出现带给了业界一些惊喜;drupa 2012,喷墨印刷技术已经开始在图书印刷、直邮品印刷和账单打印领域成功应用;而drupa 2016,凭借日益成熟的技术,喷墨印刷应用领域已经开始向商业印刷和包装印刷渗透。通过drupa上喷墨印刷的演绎,我们或可发现,以往被传统印刷技术占主导地位的领域,以印刷品质要求高、承印物范围广、加工工艺复杂为特征,但不断成熟的喷墨印刷技术正在证明其在这些领域存在的价值。可以说,以喷墨印刷为代表的数字印刷正在进入一个新的发展阶段。

  通过整理分析drupa 2016以及其他渠道得来的资料,笔者将从喷墨印刷技术要览,热点喷头技术的最新进展,B1、B2幅面和高速喷墨印刷设备的特点,新阶段喷墨印刷发展面临的挑战四个方面,就喷墨印刷技术的发展现状及未来面临的挑战,谈一些个人的认识和看法,供业界同仁参考。

喷墨印刷技术要览

  喷墨印刷是通过控制喷头射出的墨滴在承印物上成像的印刷技术,喷头是喷墨印刷的核心。根据喷头形成墨滴方式的不同,喷墨技术可以划分为连续式喷墨技术和间歇式喷墨技术两类。

 1.连续式喷墨技术

在印刷过程中,受恒定压力的作用,喷头喷射的墨流是连续不断的。喷头喷射的墨流转换成墨滴的过程,由安装在喷嘴旁的环形特种装置产生的高频信号的作用形成——当墨水脱离喷嘴经过环形特种装置时,其表面张力受到高频震荡发生变化形成墨滴。而墨滴前行途中,受到静电或气压偏转的作用,其运动轨迹将会呈现直行和拐弯两种变化——承担成像任务的墨滴直接喷射到承印物上,其他不承担成像任务的墨滴的运动轨迹则发生偏转进入回墨装置(将回流到储墨罐循环利用),进而在承印物上形成像素点阵,实现图像再现。

  连续喷墨技术的特点:墨滴产生速度快(100~300 kHz)、墨滴运行受环境影响小;喷头与承印物的距离可达3~6mm,印刷质量受承印物变形和粉尘影响小;喷头不易堵塞,不需频繁清洗。

 2.间歇式喷墨技术

  这类喷头喷出的不是墨水流,而是不连续的墨滴。在印刷过程中,喷头是否喷射墨滴,由控制信号决定,且喷头喷射出的全部墨滴都将附着到承印物上成为像素点阵,进而实现图像再现。与连续喷墨技术相比,间歇式喷墨技术无需墨水加压泵、墨水过滤及回收装置,故结构相对简单。但其墨滴产生的速度较低,喷嘴容易发生堵塞。因此,长时间不喷印的喷嘴需要定时随机试喷,以保持其畅通无阻。

  间歇式喷墨技术墨滴形成的原理有热泡和压电两种。

  热泡技术原理:利用喷嘴末端的薄膜电阻器瞬间加热(300℃以上),使得接近喷嘴的墨水通道里(墨水喷出区)的墨水气化,形成气泡。气泡迅速膨胀产生的推力,迫使前端墨水从喷嘴喷出。墨滴喷出,气泡消失,温度下降。此时,墨水表面张力收缩产生的吸力会将新的墨水补充到墨水喷出区,为下一次的高温气化做好准备。热泡喷墨技术的特点是:技术成熟、喷头成本较低;目前喷嘴的工作频率在10~30MHZ;使用的墨水在350~400℃高温下易导致化学性质不稳定,因此印刷色彩一致性也会受到一定程度的影响;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不易掌握,因而对印刷质量的控制难度增加。

  压电式技术原理:压电陶瓷具有在电压作用下发生形变的特征,因而装在喷嘴(墨水喷出区)后的压电陶瓷,受到电压的作用产生延伸,会对该部位墨水的容积产生挤压,迫使墨水从喷嘴喷出。电压消失,压电陶瓷恢复原状,墨水喷出区吸入新的墨水,等待下一个循环。压电式喷墨技术的特点是:对墨滴的控制能力强,墨滴形状规则,墨滴大小可变,定位更加准确,容易实现高精度印刷;由于压电喷墨过程无须加热,因此墨水不会因受热而发生化学变化,这就降低了对墨水的要求,也延长了打印头的寿命;喷头尺寸小,同样的页面宽度需要较多的喷头拼接,因此,喷头间颜色曲线和拼合精度会对印刷品质产生影响。

热点喷头技术最新进展

 1.惠普HDNA高清晰喷嘴结构技术

  惠普的喷墨印刷技术采用的是热泡技术。2015年惠普推出其新一代喷头技术,即高清晰喷嘴结构技术HDNA( High Definition Nozzle Architecture)。这种新技术的特点是:①喷嘴密度增加。每英寸喷嘴数量由原先的1200个增加到2400个,每个喷印组件拥有21120个喷嘴;②喷嘴尺寸分为低墨量喷嘴和高墨量喷嘴,低墨量喷嘴分布在高墨量喷嘴之间。这种结构喷印的墨滴像素点阵可以形成6个灰度级,提高了对色彩的控制能力;③喷印单元冗余度提高。采用新技术的喷印单元有两个墨仓(每个墨仓供应10560个喷嘴),故一个喷印组件可以喷印两种颜色,也可以喷印单色,并保留了一定的备用喷嘴。

 drupa 2016期间,惠普展出了采用HDNA技术的高速卷筒喷墨印刷机HP PageWide Web Presses T490 HD,T490M HD 和 T240 HD。新机型T240HD可以根据应用活件选择不同运行模式。在常规模式下,其印刷速度可达152米/分;在质量模式下,印刷速度可达76米/分(比原有机型提升了25%)。承印纸张克重达40~215克/平方米。

 2.柯达UltruStream 喷头技术

  如前介绍,喷墨印刷技术依据其生成墨滴的方式不同,被分为连续喷墨和间歇喷墨两类,而柯达则是连续喷墨技术的代表。柯达的UltruStream 喷头采用微机电系统(MEMS)和互补金属氧化物半导体(CMOS)技术,每个喷头有2560个喷嘴,每个喷嘴直径约9微米,喷射精度达600 dpi。喷嘴前端的生成墨滴的加热环所需能力极低(不超过室内温度5℃的幅度)。UltruStream与之前的Stream 技术的最大不同之处是影响墨滴走向的原理——UltruStream采用的是静电原理,而Stream技术则使用的是气压原理。UltruStream新技术容许喷头有更高的工作频率(40万赫兹/秒),生成墨滴更小(4皮升)、更均匀,对墨滴运动轨迹有了更精确的控制能力。因此,UltruStream被认为是高速度条件下实现高分辨率喷墨印刷的新标准。

  目前,柯达UltruStream的使用寿命为2000小时,与其他制造商不同的是,到了使用寿命的柯达喷头不会被废弃,而是被回收送到其专业工厂进行修复翻新,翻新后的喷头将会以较低的价格供应给用户继续使用;在152米/分的速度条件下,印刷的最高分辨率为1200dpi ×1200 dpi;使用水基颜料墨水,柯达的微介质研磨专利技术使得颜料微粒的尺寸可以控制在10~60纳米;在涂布纸上,柯达墨水可以实现175线图像印刷,其色域与胶印色域相比要大35%。

 3.富士胶片SAMBA 喷头技术

  富士胶片SAMBA 喷头是富士胶片全资子公司Fujifilm Dimatix, Inc. 的产品。该公司总部位于美国加州圣克拉拉,是一家专业的压电喷头生产制造企业,2006年被富士胶片全资收购。

 SAMBA属间歇式压电喷头技术,采用硅微电子机械系统(Si-MEMS)技术制造,单个喷头长43毫米,拥有2048个喷嘴,打印分辨率为1200dpi,喷头的工作频率为10万赫兹/秒。SAMBA喷头采用VersaDrop可变墨滴多级灰度技术,这是一种通过控制固定容积墨腔中压电晶体震动的幅度来控制喷射墨滴墨量的技术。这种技术的优点在于,在不影响喷头生产效率的条件下,可产生不同定量墨滴,因此,SAMBA喷头具备同时产生不同定量墨滴(2.4~13.2皮升)以及多级灰度的能力。另外,SAMBA采用RediJet墨水内循环技术,该技术可通过保持喷嘴墨腔内墨水的持续循环流动,防止墨水的沉淀,进而避免堵头现象,延长喷头的工作时间。RediJet技术扩大了SAMBA喷头在那些高浓度、易沉淀以及快干结墨水的应用领域。

 drupa 2016上,装备有富士胶片SAMBA 喷头的喷墨印刷机有海德堡的Primefire 106、富士胶片的J Press 720S,以及兰达纳米印刷机系列(如Land S10 等)。

(未完待续)

(本文作者为中国印刷及设备器材工业协会副秘书长、数码与网络印刷分会秘书长)