按需噴墨印刷的工作原理與應(yīng)用

    按需噴墨通過電子信號(hào)控制墨滴動(dòng)量,需要記錄時(shí)才產(chǎn)生墨滴噴射動(dòng)作,且系統(tǒng)產(chǎn)生的每一個(gè)墨滴均將噴射到紙面而形成記錄點(diǎn),無需墨滴偏轉(zhuǎn)控制或分裂成墨霧的工作機(jī)制。實(shí)現(xiàn)按需噴墨的關(guān)鍵,是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)換能器與墨水供應(yīng)組合系統(tǒng)。為了降低打印機(jī)的制造成本,絕大多數(shù)中低速按需噴墨打印頭設(shè)計(jì)成往復(fù)式(也稱為脈動(dòng)式或穿梭式)運(yùn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)方式和紙張進(jìn)給按打印機(jī)的輸出精度考慮,與墨水噴射系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本無關(guān)。相變噴墨屬于按需噴墨較特殊的種類,生產(chǎn)企業(yè)為了強(qiáng)調(diào)與熱轉(zhuǎn)移和特別是膠印的相似性,因而更頻繁地稱之為轉(zhuǎn)移噴墨或膠印噴墨。

  相變噴墨打印機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與直接噴射型打印機(jī)差別較大:打印頭先將需要打印的圖像噴射到中間轉(zhuǎn)印鼓上;待整個(gè)復(fù)制圖像全部“沉積”到轉(zhuǎn)移鼓后,紙張開始進(jìn)入工作位置,與轉(zhuǎn)移鼓接觸;類似于膠印,紙張與轉(zhuǎn)移鼓問存在一微小的間隙,在高壓力作用下導(dǎo)致轉(zhuǎn)移鼓圖像復(fù)制到紙張表面。

  與連續(xù)噴墨系統(tǒng)相比,按需噴墨在曲面上打印的適用性大打折扣,不適合于墨滴飛行距離較大的場合,通常要求打印頭與紙張距離保持在1~2  mm;按需噴墨不僅對(duì)墨滴噴射速度有限制(典型數(shù)字為2~5  m/s),且墨滴飛行方向也較難控制。換能器是按需噴墨系統(tǒng)的基本部件,其主要用途是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換,比如從電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或反之,也可能從電能轉(zhuǎn)換成熱能,這取決于按需噴墨系統(tǒng)的類型。

  脈沖噴墨打印機(jī)的壓力控制常通過表面張力和液體壓力的組合實(shí)現(xiàn),其中表面張力作用在噴嘴孔附近的液體自由表面上。只要作用力不超過噴嘴材料的彈性極限,則壓力總是由墨水腔的彈性變形產(chǎn)生。早期設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的脈沖噴墨打印機(jī)幾乎無一例外地都利用壓電晶體產(chǎn)生墨水腔變形,并由此產(chǎn)生壓力脈沖。壓電晶體特別適合于脈沖噴墨打印,不僅工作原理簡單,而且響應(yīng)時(shí)間短、制造成本低、能量消耗也不高。脈沖噴墨打印工藝最重要的優(yōu)點(diǎn)是極端簡單,無需連續(xù)噴墨系統(tǒng)的充電和偏轉(zhuǎn)裝置,本質(zhì)上容易以數(shù)字和異步的方式控制。

  按需噴墨是隨機(jī)式噴墨系統(tǒng)中墨水只在打印需要時(shí)才噴射,所以又稱為按需式。它與連續(xù)式相比,結(jié)構(gòu)簡單,成本低,可靠性也高,但是,因受射流慣性的影響墨滴噴射速度低。在這種隨機(jī)噴墨系統(tǒng)中,為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn),不少隨機(jī)式噴墨打印機(jī)采用了多噴嘴的方法來提高打印速度。

  目前按需噴墨型產(chǎn)品正在普及。近年來,不管大公司還是小公司都在印刷市場、包裝市場及其它市場加大了對(duì)噴墨技術(shù)的投資。專業(yè)的攝影工作室、美術(shù)印刷廠和輸出中心都把噴繪機(jī)看作“高層次圖像質(zhì)量和永久性的技術(shù)選擇,打印的每個(gè)印品都能具有很高的持久性”。今天市場上有更便宜的噴墨打樣機(jī)來進(jìn)行打樣,商業(yè)印刷廠只需按一個(gè)按鈕就能輸出了?梢哉f噴墨技術(shù)的出現(xiàn)符合了印刷數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢。噴墨技術(shù)不涉及中間處理和化學(xué)品,也不涉及圖像傳輸;另外,噴墨技術(shù)具有數(shù)字過程的所有優(yōu)勢,如即時(shí)打印和可變數(shù)據(jù)。所以已經(jīng)成為各個(gè)行業(yè)采用噴墨印刷作為未來生產(chǎn)技術(shù)的主要理由。噴墨技術(shù)不僅推動(dòng)了數(shù)碼打樣的發(fā)展,也成為了支持CTP工作流程的關(guān)鍵技術(shù)。同時(shí),它在包裝印刷領(lǐng)域可謂前途光明,很多包裝印刷廠家及終端用戶正在探索噴墨印刷在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。

       按需式噴墨技術(shù) 按需式噴墨系統(tǒng)中墨水只在打印需要時(shí)才噴射。與連續(xù)式相比,它結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高,但是,因受射流慣性的影響墨滴噴射速度低。在這種隨機(jī)噴墨系統(tǒng)中,為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷,不少隨機(jī)式噴墨打印機(jī)采用了多噴嘴的方法來提高打印速度。

 、熱氣泡式噴墨技術(shù) 熱氣泡式噴墨技術(shù)以HP、Canon、Lexmark為代表。Canon采用側(cè)噴型熱氣泡噴墨技術(shù),而HP和Lexmark則采用頂噴型熱氣泡噴墨技術(shù)。

  A.原理 熱氣泡式噴墨技術(shù)通過加熱噴嘴,使墨水產(chǎn)生氣泡,然后再噴到打印介質(zhì)的表面。它的工作原理是通過噴墨頭上的電加熱元件(通常是熱電阻),在3微秒內(nèi)急速加熱到300℃,使噴嘴底部的墨水活化并形成氣泡,該氣泡將墨水和加熱元件隔離,可避免將噴嘴內(nèi)全部墨水加熱。加熱信號(hào)消失后,加熱陶瓷表面開始降溫,但殘留余熱仍使氣泡在8微秒內(nèi)迅速膨脹到最大,由此產(chǎn)生的壓力壓迫一定量的墨滴克服表面張力從噴嘴中快速噴出。噴到紙上墨水的多少可通過改變加熱元件的溫度來控制,最終達(dá)到打印圖像的目的。整個(gè)打印噴墨頭加熱噴射墨水的過程非?旖,從加熱到氣泡的成長到氣泡消失,直至準(zhǔn)備下次噴射的整個(gè)循環(huán)只耗時(shí)140~200微秒。

  B.特點(diǎn) 這種打印機(jī)具有高噴嘴密度以及低成本的優(yōu)點(diǎn),但由于噴嘴時(shí)冷時(shí)熱,容易造成噴墨打印頭老化的現(xiàn)象。因此這種類型打印機(jī)將噴嘴內(nèi)建在墨水盒中,更換墨水盒的同時(shí),也更換掉墨嘴。

 、壓電式噴墨技術(shù) 目前壓電式噴墨頭較為先進(jìn)的生產(chǎn)商有Xaar公司、Spectra公司和愛普生公司等。

  A.原理 壓電噴墨技術(shù)把噴墨過程中的墨滴控制分為3個(gè)階段:a.噴墨操作前,壓電元件首先在信號(hào)控制下微微收縮;b.元件產(chǎn)生一次較大的延伸,把墨滴推出噴嘴;c.在墨滴馬上就要飛離噴嘴的瞬間,元件又會(huì)進(jìn)行收縮,干凈利索地把墨水液面從噴嘴收縮。這樣,墨滴液面得到了精確控制,每次噴出的墨滴都有完美的形狀和正確的飛行方向。壓電式噴墨系統(tǒng)在裝有墨水的噴頭上設(shè)置換能器,壓電換能器受輸入數(shù)字信號(hào)的控制,從而控制墨水的噴射。根據(jù)壓電式噴墨系統(tǒng)換能器的工作原理及排列結(jié)構(gòu)可分為:壓電管型、壓電薄膜型、壓電薄片型等幾種類型。

  B.特點(diǎn) 采用電壓的變化來控制墨點(diǎn)的噴射,是一個(gè)相對(duì)比較柔和的物理過程,不僅避免了熱氣泡噴墨技術(shù)的缺點(diǎn),而且能夠精確控制墨點(diǎn)的大小和形狀,從而得到更清晰的畫面效果,噴頭壽命高,并可以選用固體成分更高的墨水。

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