时间：2023-10-07 08:55:45
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喷墨印刷是一种非接触式的复制技术，图像或图形经过扫描仪、数码相机输入计算机，或由计算机直接绘制、写入图像和文字，计算机将其特征数字信号传输给打印机，打印机再以电信号控制印刷头系统，喷墨头喷射墨滴逐滴逐行在承印基材上形成图像和文字，不需传统的印版。下面针对喷墨印刷技术的应用现状以及在常规图文复制领域和其他科技领域的应用情况进行介绍，从而方便广大业内外人士对喷墨印刷有一定的了解。
喷墨印刷应用技术现状
喷墨印刷应用技术分为连续式和按需分配式两种类型：连续式喷墨印刷是指，喷墨印刷机在喷嘴后面调整压力波，使墨水细流断裂成均等尺寸的墨滴，在飞行到承印材料的过程中这些墨滴被充电，在电场中偏离，打印成所要求的图案；按需分配式喷墨印刷是指，喷墨印刷机工作时只在承印材料需要印刷图文的区域，根据需要喷出墨滴完成印刷，其中按照墨滴形成方法可分为热喷式（又称热发泡式）和压电式。
目前，世界知名的喷墨印刷设备制造商有美国的惠普（hp）公司、日本的爱普生（Epson）公司、日本的佳能（Canon）公司、美国的利盟（Lexmark）公司，此外夏普（Sharp）公司、施乐（Xerox）公司、戴尔（Dell）公司、联想（Lenovo）公司等制造商的相关技术和设备也不容忽视。
世界著名的喷墨设备生产厂商各自投入研发力度，近年来在印刷品质、印刷速度、印刷成本3个方面取得了令人瞩目的突破。其中有美国惠普公司的富丽图分层技术、智能色彩增强技术，日本爱普生公司的智能墨滴变换技术、自然色彩还原技术、超精微墨滴技术，日本佳能公司的专业照片优化技术、四重色控技术，此外还有一些其他公司的技术，这些都在一定程度上提升了喷墨印刷的技术含量。
1.印刷品质
提高彩色墨水种类的数量是提高画质最为直接的途径。目前，高端喷墨印刷设备已经实现了八至九色墨盒，能够表现上亿种色彩。就表现色彩数量来看，八色墨盒已经能满足绝大多数苛刻的要求。印品质量的稳定和提高，除了取决于墨水配方和墨盒数量以外，与喷头也有很大关系。目前，热泡式喷头已经能够喷出1皮升（1皮升=10-12升）的墨滴，如日本佳能公司喷头的FINE技术能规则排列高密度的微小喷嘴，最高可达9600dpi×2400dpi的超高分辨率，确保打印画质的清晰、精致。而微压电式喷头也能够喷射1.5皮升的墨滴，如日本爱普生公司使用的世纪虹彩K3墨水的新型号喷墨设备使用一英寸宽的喷头，每种颜色的喷嘴数量达到180个，印刷更精细。如墨滴的尺寸进一步减小，对印品质量的影响微乎其微，因为1―1.5皮升的墨滴几乎达到了人类视觉的极限，不过尺寸再减小将严重影响印刷速率，并且加工喷头的工艺也比较困难。
2.印刷速度
提高喷墨印刷速度的一个关键技术和手段就是增加喷嘴的数目。目前热发泡式喷墨印刷机的喷嘴已经开始采用光刻法制造，这种方法能够精确制造大量很小的喷嘴，而喷嘴与墨盒的一体化设计也保证了印刷的精度。由于热泡式喷嘴结构比较简单，增加喷嘴数目也不至于导致成本过高。但微电压喷墨设备的喷嘴结构较为复杂，所以加工成本较高，采用单纯提高喷嘴数目来提高印刷速度的方法会使成本大幅度增加。
3.印刷成本
降低喷墨印刷成本是涉及墨水配方、墨盒设计、智能芯片和喷墨印刷机本身设计等方面的系统工程，美国惠普公司的可升级喷墨印刷技术通过对墨盒、喷嘴、智能芯片和喷墨印刷机控制系统以及应用软件等相关软硬件的创新设计，使喷墨设备能够以高速印刷出品质高端的文档和照片。在影响喷墨印刷成本的因素中，最关键的还是耗材成本，这给非原装墨水的生产厂商带来了商机。
随着喷墨印刷设备的进一步推广，在成功占领家用和办公领域市场之后，其应用领域逐步向数码印花和传统图文复制行业渗透。喷墨印刷技术不仅能够完成书刊的印刷，而且在高速和低速的情况下还可以完成高质量的多色印刷，以及实现张张不同的可变数据印刷。例如，条形码印刷是喷墨印刷技术的一个特殊应用领域，有序和无序的条形码是标签优惠券等印刷产品必不可少的部分。
喷墨印刷能够轻松实现各种条形码、数字和具体信息在承印材料上的快速印刷，目前喷墨印刷的打印耗材已成为继PC、外设、网络、软件、通信之后的第六大IT产业板块。我国珠江三角洲地区是以珠海为中心的耗材生产基地，产品出口到世界各国。全世界打印耗材制造基地开始逐渐向中国转移，中国正在成为世界喷墨设备的主要制造国家，已成为喷墨印刷打印耗材的最大潜在市场。
由于喷墨印刷产生的墨滴尺寸微小、喷墨位置精确，喷墨图案设计简单以及印刷图案控制容易，喷墨印刷技术已逐步成为基础研究和产品研发的个有力工具。喷墨印刷是研究功能材料的选择性沉积作用最有前景的方法之一，在电子、光学、化学、生物学或结构功能材料方面，喷墨印刷技术在纳米颗粒图案化及输送精确数量的特殊材料方面的应用具有特别的吸引力。目前，在生物技术和工程、金属沉淀学、微结构制造、电子制造、网络连接、制药、玻璃、陶瓷等领域，喷墨印刷技术取得了突破性进展。
英国曼彻斯特大学研究小组正与喷墨头开发商英国赛尔（Xaar）公司密切合作，共同完善用于传送骨骼修复或细胞移植等人体细胞的喷墨印刷设备。运用喷墨系统把活的人体干细跑打印到受伤的病人身上，即医生要给病人移植一些替代的细胞，让它们长成合适的尺寸、形状，起到组织移植作用。
日本芝浦机电工程公司公布了通过喷墨技术在玻璃基板涂敷液晶定向聚酰亚胺膜的方法，并且改善后的喷墨印刷设备已经应用于国外液晶面板厂商的数台试制线。
日本爱普生公司也利用喷墨技术的“液体成膜技术”获得了丰硕成果。传统电子零件的制造均采用重复进行影像平版印刷的方式来形成电路，该方法会造成材料使用上的浪费，大约需要300个工序，使用了大量能源，并会造成大量废弃物排放。喷墨印刷技术采用施加电压产生变形的压电材料，喷头喷出数皮升的微细墨点在芯片上实现高精细度的印刷电路，从而不仅能减少资源使用上的浪费，而且还能够大幅减少工艺流程、废弃物排放和能源使用量。另外，爱普生公司推出的喷墨设备实现了液晶板彩色滤光片的生产，这是喷墨技术在电子元器件制造领域取得的又一个重大突破，颠覆了传统的“光刻法”生产工艺，并创造出更多价格合理、品质卓越的新型显示产品。
除此之外，喷墨印刷导电油墨在RFID无线射频识别技术上的应用越来越多，随着物联网时代的到来，将来喷墨印刷在印刷电子领域的应用前景将十分广阔。
喷墨印刷技术在3D打印领域的应用
喷墨技术现已经被用于制作产品和组件原型的三维固体模型。英国赛尔公司声称喷墨设备能够制作用于皮肤表面的包扎绷带，它能够把移植的皮肤组织喷到绷带上，从而帮助大量的烧伤患者。最近，这些源于美国的3D打印产品的新闻让国人感到新奇，如时速72公里的无人机和可以射击的步枪，甚至今后可能用于心脏搭桥手术中的动脉等。
3D打印技术正在重塑全球制造业的竞争格局，有着令人期待的应用前景。该技术虽在国内还未普及，但产业链正在形成，如中国3D打印技术产业联盟前不久在北京成立。据美国沃勒斯同仁咨询公司的数据显示，2011年全球3D打印产品与服务的销售额为17亿美元，到2019年该行业的收入将达69亿美元，其中零部件制造占80%。尽管如此，3D打印机在中国的装机量仅400多台，而美国则拥有3000台以上，并且每年的增幅都非常明显。
3D打印激发了人们的想象力，工程师们可以用其打印模具，“极客”牙医可以打印假牙，汽车维修公司可以打印稀缺的汽车零部件，而不是忍受全球物流的烦琐和时间的消耗。另外，像捷豹、路虎等汽车生产商，用环氧树脂基复合材料所制的部件中已有超过1/3是通过3D打印机生产。2012年7月，美国宇航局（NASA）在地球上进行低重力抛物线飞行过程中，测试了3D打印机。或许宇航员们以后能用3D打印机来制造发射时遗漏的设备或物品。近几年，北美和欧洲的3D打印市场正在急剧增长，从3D巨头美国斯川塔斯公司2011年的财务报告可以看到，其80%的收入来源于欧美市场。
虽然3D打印现在还没完善到直接造出汽车和iPhone的程度，但对于制造某些汽车配件和特别定制的手机零部件已非难事。正是因为其制造过程多是以数字化的方式进行，使得人们可以用更少的人力成本，灵活地生产少量产品，这对欧美国家而言是一个福音，但对我国来说或许将给制造业带来定的冲击。在飞机、核电和火电等行业所使用的重型机械、高端精密机械装备上，传统的焊接和零部件加固的方法，使得部件之间的连接非常费工，而且牢固性还有待提高；但若使用3D打印技术，无缝连接是其最大亮点之一，结构的稳固性和连接强度将得到很大的提升。
总之，喷墨印刷技术的工作原理简单，制作成本低廉；操作灵活方便，可用于不同场合；印刷方式多样。适用于不同要求；可选用不同喷墨材料，根据不同的印刷要求来适应室内和户外使用；印刷精度和速度逐步提高，印刷介质越来越广泛。因此，为了使具有强大生命力的喷墨印刷技术在中国生根并迅速成长，在将来使中国在实现印刷强国转变过程中立于优势位置。
目前喷墨印刷按墨滴形成原理分为：热发泡喷墨、压电喷墨、静电喷墨和声波喷墨，其中应用较为广泛的是热发泡式和压电式。热发泡喷墨通过电阻通电加热，使油墨产生气泡，将一定量的油墨挤出喷嘴；在电阻无电压时则停止加热，无墨滴喷出。压电喷墨采用压电晶体的振动来产生墨滴。在墨水腔的一侧装有压电板，当电流通过压电板时，压电板产生微小的变形，这种变形的结果使墨水腔容积减少，挤压墨水而使微量墨水从喷孔挤出，并形成墨滴。对两者的喷印质量比较：热发泡喷墨时墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，喷印线条边缘容易参差不齐，影响喷印质量；压电式具有墨点形状规则、没有溅射、墨点大小可控、喷射速度可控、定位准确等优点，其喷印精度的提高大有空间。
1.压电喷墨印刷设备的改进
在压电喷墨印刷中，墨滴体积的影响因素包括喷嘴的直径，生成墨滴时的脉冲波形，以及墨水本身的张力。目前常见的压电式打印喷嘴直径为21μm，减小墨滴的最佳途径是减小喷嘴直径，但是并不能做到无限缩小，一般情况下固体颗粒的粒径要小于喷嘴的1%，喷墨墨水黏度要小于40cP，甚至能达到1cP左右。当喷嘴缩小到一定尺寸后，一方面喷墨印刷设备要克服巨大的毛细作用力；另一方面，对功能性墨水的固体颗粒粒径大小、黏度等方面的要求会更高。在这样的情况下，为防止喷嘴堵塞，小喷嘴喷墨印刷设备对所用墨水的颗粒尺寸、黏度、表面张力、挥发速度等方面要求非常苛刻，成本也会大幅增加。调节喷墨墨滴体积的另一个方法是：优化喷墨的驱动电脉冲波形和电压，改变喷头中的压电材料形变规律来调节喷出油墨体积。驱动电压越高，压电材料的变形越大，喷出的液滴越大，速度越快。压电脉冲存在一个最优脉冲宽度，即对于一个给定的脉冲振幅，存在一个脉冲宽度值能达到最高的液滴速率和喷墨质量。驱动脉冲的波形也从简单的“推”出墨水变成了既“推”又“拉”，由简单的波形扩展到双极波形。波形的首部分功能不变，第二部分用于消除液滴从装置喷出的剩余声波震荡（如图1所示），即在墨水喷出喷嘴时施加一个回拉的力，使液滴尾部尽快与喷嘴分离，减少尾部墨丝断裂造成的“卫星点”。最优双极波形是正负振幅相等且第二部分停留时间是首部分的两倍。
2.新的喷墨方式
在既有普通喷墨方式不能满足需求的时候，出现了改进的喷墨方式。Rogers课题组发明了电流体力学喷墨印刷技术，在喷嘴和喷印基底之间施加电场作用，使油墨在喷嘴处形变，当电压恰当时，墨水会突破自身的黏度和表面张力而产生巨大阻力射出喷嘴。与传统喷墨方法相比，这类方法喷头结构更为简单，喷印尺寸更小，油墨适用范围更广。该方法可以采用300nm甚至更小直径的喷头，实现高分辨率喷印。气流喷印又叫气溶胶喷印，是另一种非传统的喷墨打印方式。气流喷印的工作原理是将墨水在储墨盒里进行雾化处理（有超生起雾和气动起雾两种），油墨被雾化成1～5μm的液相颗粒，与气体混合形成气溶胶，然后通过气流将气溶胶送出喷嘴。由于喷出的是连续的含有大量微墨滴的气流，是一种连续喷墨式的喷印方式，并非普通喷印喷出的独立墨滴，因此只能通过阻断喷射来断开气流，喷印的图像也是由线条组成。喷头的夹层结构，可以让喷嘴喷出相当于喷嘴1/10的气流，这样的工作机理使其喷印精确度非常高，线条宽度可达到5μm。气流喷印的优势在于更广泛的油墨适用范围，只要能够雾化，油墨的黏度范围可以为0.7～1000cP。与此同时，较大的固体颗粒分散系也适用于气流喷印。
优化墨水配方，改善承印物表面
墨水的组分直接影响墨滴形成、飞行过程以及在承印物表面（铺展和润湿）的形态，对喷印精度有着直接的影响。喷墨印刷对油墨的黏度、表面张力、挥发性等要求较为苛刻。前面讨论过黏度、表面张力与墨滴的喷射有着直接的关系，同时也会对墨水与承印物的相互作用有着影响。更高的分辨率就需要墨水在承印物上有较低的铺展，要求墨水具有较高的黏度。但是墨水的黏度越高，从喷嘴中喷出需要突破的阻力越大，甚至无法喷出。英国谢菲尔德大学机械工程系的Schubert采用热敏凝胶聚合物包覆二氧化钛粒子的墨水。该墨水的特点是在临界温度下，聚合物在溶剂中呈现伸展状态，墨水黏度较低，而在临界温度以上时，聚合物卷曲，墨水黏度迅速增大。当低黏度的墨水从喷嘴喷出到达加热的承印物上时，黏度增大减少了墨滴的铺展行为。液滴的挥发性也是非常重要的影响因素。若墨水挥发性太强，可能导致溶质在喷嘴处析出从而堵塞喷嘴，墨滴到达承印物时有可能变成粉末而不是液体，影响墨水的附着性，降低喷印质量。而较低的挥发性又容易使墨滴在承印物表面形成“咖啡环”，影响表面的平整度。“咖啡环”的产生通常认为是在喷印图案干燥过程中，由于液滴中心和边缘的干燥速度不同，溶质或分散的颗粒由中间向边缘移动沉积，导致液滴的边缘留下了大量的溶质或分散颗粒。去除“咖啡环”可以通过使用不同沸点和表面张力的溶剂配制混合溶液，增加墨滴与承印物表面的接触角，减少油墨的流动性等手段实现。韩国延世大学的Moon等在溶液中添加高沸点、低表面张力的乙二醇。由于水在液滴边缘的蒸发速率大于液滴中心，而乙二醇挥发速率较慢，因此随着蒸发过程的进行，液滴边缘乙二醇浓度会逐渐高于液滴中心乙二醇浓度。乙二醇的浓度差进一步降低了液滴边缘的表面张力。实验结果显示，随着乙二醇含量的增加，粒子的沉积形貌变得更均匀；当乙二醇在恰当的质量分数时，“咖啡环”现象消失。优化承印物基材表面的化学组成或物理结构，也是提高喷印精度的重要途径。承印物的多孔结构处理、表面疏水化处理、对承印物加热等手段同样可以限制喷墨液滴的铺展，或者控制液滴的铺展方向，实现高精度喷印。
关键词：喷墨印刷技术与设备；陶瓷墨水；陶瓷砖；市场与前景
1 引言
自2009年我国第一台喷墨印刷机（Kerajet K-700）在杭州诺贝尔公司用于瓷砖生产以来，在随后的3～4年的时间里，我国拥有了多个国产喷墨机生产企业，陶瓷墨水的研发与生产更是发展迅速，喷墨技术与设备在我国陶瓷行业开始大量使用。本文简单地介绍了喷墨机、墨水，以及它们的应用现状与前景分析。
2 喷墨印刷技术概况
喷墨印刷技术(Ink-jet Printing Technology)与设备最早在广告业上得到应用，陶瓷砖行业应用该技术大约是在1998年的西班牙。我国陶瓷砖行业从2009年开始使用该技术，比发达国家晚10年左右。喷墨印刷技术及相关内容见图1、图2和图3所示。
2.1 喷墨打印发展历程
喷墨印刷的发展历程如表1所示。
2.2 国内外主要喷墨印刷机的相关情况
据初步统计，国外喷墨印刷设备（陶瓷砖用）生产地主要集中在西班牙和意大利，并且西班牙早于意大利，国外的主要陶瓷喷墨设备见图4。目前，大约有10个企业生产陶瓷喷墨印刷机，国内大约有10个企业生产，规模最大的是西班牙Kerajet公司，国内最大的是希望(Hope)公司，国产主要生产陶瓷喷墨设备的企业见图5。全球公认品质最好的设备是德国Durst。具体详见表2和表3。
我国瓷砖生产用的喷墨印刷设备外观与Kerajet、Cretaprint和Drust相似，其内部结构为：一种是各种喷头集中在一个柜中；另一种是将每一色独立一个柜。国外的设备开始以生产小规格产品为主，为了满足中国市场需求，近几年也研发大规格喷墨机，而我国一开始就直接进行大机器生产。因此，我国陶瓷砖的喷墨印刷速度也取得了巨大的进步，从20～30m/s，发展到75～90m/s，这个产量是惊人的！进口陶瓷喷墨机与国产喷墨机的比较详情见表4。各类陶瓷喷墨打印机的主要性能见表5。我国与意大利、西班牙陶瓷喷墨印刷技术对照见表6。陶瓷喷墨打印机喷头主要生产企业见表7。赛尔（XAAR）喷头与北极星（Spectra）喷头的比较见表8。日本精工510/80pl喷头和508GS灰度级喷头的比较见表9。
各种喷头都有优缺点，不同的机器选用不同的喷头，不同的机器适合不同的产品。对于喷头内外循环系统问题，国内争论了两年，目前对此问题有了更清楚的认识。喷头的核心技术构成与喷头的发展，以及最新技术分别见图6、图7、图8。我国喷头打印的市场情况见表10。
由表10可知，我国瓷砖行业喷头市场非常巨大。
2.3 国内外陶瓷墨水的发展现状
国外陶瓷墨水生产厂家详情见表11。我国目前正在研发生产陶瓷墨水的机构与进展见表12。陶瓷墨水主要性能、国内外墨水性能比较以及墨水的需求量分别见表13、14和15。国外墨水的粒径分析见图9。陶瓷墨水的最新技术进展见图10。
国外大约有14家公司可供生产用陶瓷墨水（3～6个色），已研发品种13个左右。
由表15可知，按80亿m2瓷砖的年产量计算，其中30%使用喷墨技术，墨水用量以20g/m2计算，陶瓷墨水使用量约为4.8万吨。如果陶瓷墨水按均价320元/kg估算，国内陶瓷墨水市场销售额可达150～160亿元人民币。因此，陶瓷墨水市场前景广阔，其潜在的经济效益巨大。
2.4 喷墨面釉、保护釉及防扩散剂
喷墨墨水对面釉的组成与烧成温度有一定的选择性。在我国，陶瓷釉面内墙砖从一开始就是自主生产，但是部分生产瓷质有釉砖的企业则开始使用国外釉料公司供应的面釉。2011～2012年面釉（1200℃）已大部分实现国产化，国产化后的面釉成本大幅度地降低。
由于喷墨生产仿古砖用于地面，所以表面必须施一层保护釉，而内墙砖用于墙面，所以不必施保护釉。2011～2012年国产化的保护釉已成熟，并进入工业化生产。
由于陶瓷墨水有机溶剂成分较多，所以在喷完墨水之后，喷一次“亲水-亲油基”溶剂，对防止图案扩散有益，这方面国外釉料公司正在我国市场上推广。陶瓷墨水标准化程度相对比较高，所以要求面釉、保护釉稳定性好，这样才能使产品色号相对稳定。
2.5 图案、模具设计
我国的喷墨设备刚上市时（2009～2010年），图案设计一般从意大利、西班牙购买，或由进口釉料公司提供。一年以后，我国自主设计的产品可以提供给企业使用（2011～2012年），意大利喷墨设计图案价格高，图案设计技术目前我国已掌握。并且许多喷墨产品设计与模具设计相结合，凹凸模具的应用比较多。
随着墨水发色力提高、纯度提升，烧成以后，打印图案，呈色越来越好。佛山现有多个设计和釉料公司可以提供喷墨设计图案，多个大中企业的产品设计也可能独立完成。图案以石纹、玉石、木纹为主，其规格为1m×2m、1m×4m、1m×8m、1m×15m等。陶瓷喷墨印刷技术在新产品开发中的应用如图11所示。
3 喷墨技术在陶瓷砖生产中的应用
陶瓷喷墨印刷技术在陶瓷砖中的应用情况如图12所示。
3.1 陶瓷喷墨印刷技术应用概况
从2009年第一台Kerajet设备进入我国陶瓷企业后的3～4年间，由于这种技术与设备的优点，所以喷墨技术的普及程度迅速提高。应该来说喷墨技术生产釉面内墙砖、全抛釉瓷质砖、微晶石取得了很大的成功，陶瓷艺术画也取得了快速发展，而生产陶瓷配件由于设备等多方面原因，没能取得良好的效果。我国瓷砖业应用喷墨技术与设备的现状见表16。
在我国，喷墨技术与设备在内墙砖生产中，经过2年的实践，其综合成本比胶辊印刷还便宜，印刷效果也好，所以使用量最多，如新明珠、金牌亚洲等企业。
用4～5色喷墨机生产凹凸效果的外墙砖（也可用于内墙）有明显的优势，如内蒙某厂。而且使用喷墨技术生产木纹砖（凹凸面）在多个企业取得了良好的业绩，如广东金意陶。
喷墨技术生产仿古砖已有多个企业进行了研发，但是未能生产出满意的产品，由于仿古砖色深、用墨量大，因此成本较高，并且其质感与丝网、胶辊印刷还有一定的差距，如金意陶、马可波罗企业。
喷墨技术生产哑光石纹砖发展良好，结合干粒、半抛，这类产品具有良好的发展空间，如金意陶企业。
用5～6色喷墨机生产微晶石，图案层次好、变化大、色彩鲜艳，所以使用喷墨技术生产微晶石将会迅速上升，如，广东新中源陶瓷。
经过近2～3年的生产实践，笔者对喷头、墨水品种的选择得出如下结论，如表17所示。不同墨水组合产生的效果见表18。陶瓷墨水在不同产品上的耗用量见表19。
从表19我们可以看出，内墙砖生产耗墨水相对较少一些，而仿古砖和一些深色木纹砖的墨水耗量相对高一些。
主要的陶瓷砖企业使用喷墨技术与设备的情况见表20。国内外喷墨印刷技术的应用比例详情见表21。
由表21可知，相比于意大利和西班牙，中国瓷砖行业使用喷墨技术生产瓷砖的比例还较低，这主要的原因为：一是中国瓷砖企业多，产量大；二是中国起步较晚；第三说明中国仍有很大的发展潜力。
我国2011年陶瓷砖生产用喷墨印刷设备市场容量分析见表22。
由表22可知，仿古砖和内墙砖生产线使用喷墨设备的成长空间大，如果这两类产品每条线都用1台喷墨机，则需1060台。说明我国喷墨印刷技术与设备在陶瓷砖行业的发展空间巨大。
陶瓷喷墨打印机在我国市场销售状况见表23。
到目前为止，我国陶瓷企业大约已使用250～260台喷墨打印设备，主要以国产设备为主，国产设备成熟度上升。国外设备由于种种原因，在我国市场上销量增长有限。国内的希望公司(Hope)由于起步较早，有明显的市场优势。
3.2 喷墨技术生产陶瓷砖优势
喷墨技术生产陶瓷砖的优势见表24。
由表24可知，尽管喷墨技术比传统胶辊和平板丝网印刷具有更多的优势，但是在颜色的表现力和质感方面，喷墨印刷仍不具备优势。所以喷墨技术不可能全部取代胶辊印刷和丝网印刷。
在我国，科技人员、企业家都已形成共识，不断推广喷墨印刷技术在陶瓷砖生产中的应用。喷墨机生产数量与企业使用数量都在不断增长，喷墨印刷所产生的瓷砖比例在不断上升，受到市场与用户的普遍欢迎。喷墨技术带给瓷砖产品增加的附加值分析见表25。
由表25可知，喷墨印刷技术装饰瓷砖产品的附加值增加，其原因有以下几方面：一是图案清晰化；二是图案变化自然；三是色彩变化自然；四是在凹凸面（高度差3～5mm或更大）实现装饰，肌理感明显。因此，使瓷砖的美学价值上升，常给人们审美的享受。当然如果喷墨印刷技术的色彩还原性与逼真性进一步提高，则产品的附加值保值程度会上升。
3.3 应用过程存在问题与分析
3.3.1设备问题
（1） 单机价格高，安装使用复杂，使用环境要求高；
（2） 一些喷墨机较宽，使用时又是单边，内部喷头不好清洁；
（3） 较宽的喷墨系统在使用过程中，远程压力不足，易造成缺墨；
（4） 一些喷墨机内存（电脑）有限，载图较少；
（5） 一些喷墨机由于设计问题，新载图试验时，需较长时间，造成停产；
（6） 一些喷墨机由于只有单通道进出砖，当不生产喷墨产品时，使喷墨机成为过砖平台；
（7） 一些喷墨机没有中文操作平台，使用人员不方便；
（8） 一些喷墨机在生产精细的图案时，用墨量大的产品，易产生“拉线”问题；
（9） 一些喷墨机喷头清洗时间较长，影响生产；研究与探讨
（10） 喷头价格昂贵（2～4万元/个），更换成本高；
（11） 喷头使用寿命偏短，使用成本高，部分喷头使用寿命及价格见表26。
3.3.2墨水问题
（1） 墨水在瓷片（1060～1120℃）面釉上发色较好，在仿古砖（1190～1210℃）面釉上发色减弱；
（2） 红色墨水对面釉选择性较大，对温度敏感，发色不稳定；
（3） 一些墨水在使用过程中有沉淀现象；
（4） 镨黄墨水发色力不够，影响整砖色彩效果；
（5）墨水缺少行业或国家标准，企业使用无法检验和验收；
（6） 仿古砖生产缺少红色墨水，产品缺少传统的‘Cotto’砖红色，缺少经典感觉；
（7） 喷墨印刷生产仿古砖，表面质感欠佳，没有厚重感，必须与其他装饰材料和技术相结合；
（8） 墨水的品种相对传统胶辊、丝网印刷还太少，表现力不够丰富，偏色；
（9） 墨水价格偏高，特别是进口墨水，订货、交付须较长时间，近几年陶瓷墨水价格情况见表27。
由表27可知，总体上墨水的价格呈下降趋势，特别是国产墨水的出现，促使进口墨水不断调低价格。
3.3.3产品问题
（1） 易出现“滴墨”、“拉线”等表面缺陷，不明显的可以算优等品，严重的则降级；
（2） 生产全抛釉产品时，工艺控制不合理时，用墨量多的地方容易产生针孔、熔洞等缺陷；
（3） 生产仿古砖时，由于喷墨层很薄，所以必须加一道喷保护釉工艺，否则产品耐磨性欠佳；
（4） 全抛釉、微晶石、熔块的组成在一定程度上会影响墨水的发色，有些增强，有些减弱；
（5） 生产哑光类产品时，如果用墨量过大，会产生墨水与面釉之间剥离的缺陷；
（6） 有些喷墨图案变化过大时，我国市场接受程度不高；
（7） 有些喷墨产品定价过高，使市场销量减少。
3.3.4滴墨、拉线产生的原因分析
目前国内许多工厂使用喷墨打印生产瓷砖，生产过程中经常出现“滴墨”和“拉线”的缺陷，分析其原因是由于喷头堵塞引起的。
（1） 内因
墨水污染，墨水中混有机器零件清洗时残留杂质；墨水沉淀，墨水悬浮性欠佳；过滤器设计选择不合理，过滤太细，易导致过滤器堵塞，过粗易导致喷头堵塞。
（2） 外因
图案过于精细，用墨量大；喷墨机使用环境欠佳，粉尘超标；停机时间过长，未及时通孔；砖坯带入过多的水汽，附着喷头；进入喷墨机房的空气除尘过滤不够；喷墨机房出现负压，车间不干净空气进入；过滤器没有定期更换。
在实际生产中很难彻底克服“滴墨”、“拉线”问题，但制定合理的分级标准是切实可行的方法。
4 结论与展望
（1） 喷墨印刷技术与设备是一种先进的技术，从2008年起至今，意大利、西班牙生产瓷砖用喷墨机的数量大幅度增长，在我国陶瓷行业中的使用将会不断增长，过去为广告业生产喷绘机的企业转而为陶瓷厂研发生产喷墨机。国产喷墨设备的产量逐年增加，价格有下降的趋势。
（2） 我国陶瓷砖企业对喷墨印刷设备的市场需求量很大，预测到2013年，我国瓷砖行业将有500台喷墨印刷设备投入使用，未来将超过1000台。如果喷墨印刷设备出厂价格为300～600万元/台，未来喷墨印刷机市场销售额将过30～60亿元。
（3） 我国生产喷墨印刷设备的水平在不断提升，与意大利、西班牙的设备差距已明显缩小。但是软件技术等还需加强研发，设备稳定性还需提升。
（4） 我国自主研发的陶瓷墨水在2011～2012年已进入工业化生产，其品质与国外进口墨水相当，色料的纳米化技术与分散技术仍需改善。稳定性还需提高，墨水的成本与价格在不断下降，研发生产企业在增加，对陶瓷砖企业使用喷墨印刷技术十分有益。如果按年产80亿m2各类陶瓷砖，30%使用喷墨技术生产，墨水年用量将达2.4～4.8万吨，墨水市场销售价值将达75～160亿元。国产墨水生产企业在未来2～3年将迅速增加，墨水的价格将会迅速下降。
（5） 使用喷墨印刷生产陶瓷砖有许多优点，但不可能完全取代传统的丝网、胶辊印刷，这三种印刷技术与设备会在相当长的时间内共存于陶瓷砖企业的生产过程中，但是喷墨设备与技术的使用量将超过传统的丝网和胶辊印刷。
（6） 不是所有的陶瓷砖产品生产采用喷墨印刷技术都最好，具有一定的选择性。当喷墨技术与其他工艺和材料相结合时，能制造出具有美感好、色感好、质感好的瓷砖。
（7） 瓷砖生产企业应该积极创造条件使用国产喷墨设备与墨水，支持民族产业的发展。
（8） 尽快建立墨水的检验方法与验收标准，对陶瓷墨水行业的健康发展十分有必要，对瓷砖企业产品质量控制与提升十分有益。同时，瓷砖企业必须尽快培养设计人才，以适应生产与研发的需要，喷墨印刷设备厂还需加强对瓷砖企业的技术支持服务。
（9） 喷墨印刷设备的关键部件是喷头，目前只有少数发达国家才能制造，我国目前全部采用进口方式，喷头的使用寿命短、价格高、供货紧，喷头占整机成本60%～70%左右。陶瓷砖企业在3～4年以后，将大批量更换喷头，使用成本上升，成为瓷砖企业的隐患，因此呼吁政府重视并组织国内相关研发机构、大学与企业合作，迅速研发生产有我国知识产权的喷头。
（10） 喷墨印刷技术给瓷砖生产带来了革命性的进步，新产品开发速度加快，可以实现为客户单个订单生产，附加值明显提高。但是制造的速度与仿真度也快速上升，呼吁瓷砖行业减少相互之间的仿制，更多研发差异化的产品，否则市场也将出现混乱。
（11） 初步测算，喷墨印刷技术将带给瓷砖产品40～640亿元人民币的附加值，使用喷墨技术生产瓷砖的比例在不断增长，这充分说明喷墨印刷技术与设备、陶瓷墨水、喷墨印刷瓷砖产品在中国瓷砖行业发展前景是乐观的。
参考文献
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一、喷头技术的发展
喷墨技术的发展首先得益于喷头技术的改进和创新。dmpa2016上展出的喷头创新技术主要有以下几种。
1．柯达UltruStream喷头
柯达喷头采用连续喷墨技术，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齡，喷麵度达600dpio特点是：改变控制墨滴走向的原理，提高了墨滴运动轨迹精度；喷头工作频率提高，达到40万赫兹／秒；墨滴更小更均勻；使用寿命长，可达2000小时，达到使用寿命的喷头还可以在专业工厂进行修复翻新，继续使用；印刷的最髙射＾为1200dpix1200dpi；麵柯达的微介质研磨专利紙其＾＾胶印色獅比要大35％〇2．惠普高清晰HDNA喷头采用热泡式按需喷墨技术，喷嘴密度增加；喷嘴尺寸分为低墨量喷嘴和高墨量喷嘴，喷印墨滴像素点阵为6个灰度级，提高了色彩的控制能力；新喷头有两个墨仓（每个墨仓供应10560个喷嘴），即每个喷头可以喷印两种颜色，并保留了一定的备用喷嘴；提高了喷墨速度，比原有喷头可以提高印刷速度25％。
3．富士胶片SAMBA喷头
采用压电式按需喷墨技术，采用硅微电子机械系统（Si－MEMS），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。采用VersaDrop可变墨滴多级灰度技术，可同时产生不同定量墨滴以及多级灰度；采用Redijet墨水内循环技术，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。特别适合使用那些高浓度、易沉淀以及快干墨水的喷墨印刷。drnpa2016展会上，富士胶片的JPress720S、海德堡的Primefire106、兰达纳米印刷机系列（如LandSlO等）采用富士胶片SAMBA喷头。
二、喷墨数字印刷机的发展
1．单张喷墨数字印刷机
在druPa2016展会上，喷墨数字印刷机在印刷幅面、速度、质量等方面都有大幅提高，特别是Bl、B2幅面的单张数字印刷机备受青睐。但是大部分B1幅面的数字机还处在试验阶段，真正成熟，达到商业应用尚需时日。惠普公司展出了全新的B1幅面的静电成像数字印刷机HPIndigo50000单张数字印刷机和全新的B2幅面的静电成像数字印刷机HPIndig〇12000单张数字印刷机，以及升级版的B2幅面的静电成像数字印刷机HPIndig〇30000单张数字印刷机。其余产品都是卷筒数字印刷机。JetPress720S是富士胶片JetPress720的改进型产品。采用富士最新的SAMBA喷头。该机的给纸、传纸系统、收纸装置采用传统单张胶印机技术并配备有温度控制系统，为实现高精度的印刷套准提供了保障。在线涂布装置采用高宝公司的网纹辊涂布技术，专用涂布液（RCP）在印刷纸张表面形成一层薄膜后，JetPress720S可以在几乎所有的胶印纸张上完成高品质的图像印刷。采用水基墨水印刷，其印刷品对印后折页、覆膜、烫印加工具有良好的适应性。柯尼卡美能达AccurioKM－1采用自己开发生产的KM1800i喷头，使用UV墨水，承印物不需要进行印前预处理，扩大了承印物范围。最高印刷速度3000张／小时；印刷分辨率为1200dPix1200dpi；承印物最大幅面750mmx585mm，承印物厚度为0．06￣0．6毫米。柯尼卡美能达AccurioKM－C概念机，采用本公司生产的压电式喷头；UV墨水；最大印刷纸张750x1060mm；纸张最大厚度0．3￣1．2mm；最高印刷速度2200张／小时；印刷分辨率1200dpix1200dpi。海德堡在drupa2016展会上，以“Fire”为标准化系列名称，推出完整的喷墨数字印刷机系列产品。海德堡Primefire106，集成了海德堡胶印技术和富士胶片的最新喷头技术，配备一个高质量的喷墨干燥单元和一个全幅面的涂布装置。印刷网点可达1200dpi。使用水基墨水，环保性能好。采用海德堡多种胶印机的核心技术，如非接触式导纸；给纸机和收纸装置等等。通过海德堡印能捷数字印前系统，整合了海德堡全部胶印机和数字印刷机的印刷工作流程，使两者印刷品可以无缝衔接。在drupa2016上，小森公司展出ImpremiaIS29和InjpremiaNS40两款单张喷墨数字印刷机。ImpremiaIS29喷墨数字印刷机是小森与柯尼卡美能达的合作产品。最大印刷纸张为585mmx750mm；纸张厚度为0．06￣0．6mm；单面印刷最高速度3000张／小时，双面印刷1500张／小时。印刷分辨率1200dpi；采用UV墨水和LED－UV干燥系统，墨滴在纸张上迅速干燥，普通纸张无需任何处理即可印刷，印后能可立即进行印后加工。ImpremiaNS40纳米印刷机是小森公司和兰达公司合作的B1幅面的产品。印刷速度6500张／小时；最大纸张尺寸750mmx1050mm；纸张厚度0．06￣0．80mm；采用水性纳米墨水，墨层薄，无需预凃纸，对纸张无特殊要求，四色印刷色域广，可以选配7色（CMYK0GB）印刷，印刷质量接近胶印水平。2017年中或年底可以正式推向市场。高宝公司单张喷墨数字印刷机是VariJET106，该机主要针对包装市场而开发，不久后将进入市场。该机采用UV墨水；最大印刷纸张750mmx1060mm；印刷分辨率有二种，分别为600dpix360dpi、600dpix600dpi、600dpix1200dpi；最髙印刷速度4500张／小时。
2．卷筒喷墨数字印刷机
惠普卷筒喷墨印刷机采用热泡喷墨印刷技术。T490HD彩色双面印刷机和T490MHD单色双面印刷机，最高速度1000英尺／分钟，高质量模式下印刷速度500英尺／分钟；每英寸有2400个喷嘴；图像过度平滑，具有胶印的质量水平；可印刷涂布和非涂布胶印纸张；可以选配扩展的数字前端和干燥及印后装置。T240HD彩色数字印刷机：卷筒纸幅宽22吋，最高速度500英尺／分钟，高质量模式下印刷速度250英尺／分钟；喷头每英寸有2400个喷嘴；图像过度平滑，具有胶印的质量水平；可印刷涂布和非涂布胶印纸张；可以选配扩展的数字前端和干燥及以印后装置。T1100S数字印刷机是一款应用于瓦楞纸预印的超宽幅彩色喷墨印刷机。其承印卷筒纸张的最宽幅宽达2．8米，印刷速度为183米／分钟。理光公司展出RICOHProVC60000卷筒喷墨印刷机。采用新一代按需喷墨头和高密度顔料墨水，印刷分辨率可达1200dpix1200dpi，喷墨墨滴可变，印刷质量更髙；在线涂布使印刷介质更广泛。采用先进的、开放的标准数字前端（DFE），并配备有先进的色彩管理软件，配备有印后在线裁切、成品堆叠输出等。柯达高速卷筒喷墨印刷机主要包括鼎盛1000、鼎盛5000XIi和鼎盛6000C。其中，鼎盛1000为单色喷墨印刷机，而鼎盛5000XLi和鼎盛6000C为4色喷墨印刷机。均采用本公司生产的连续喷墨头，水性墨水。鼎盛1000单色喷墨印刷机，卷筒纸宽度203￣648mm，厚度45－175g／m2；最高印刷速度200米／分钟。鼎盛5000XLi喷墨数字印刷机，卷筒纸宽度330￣648mm，厚度45￣300g／m2；最高印刷速度200米／分钟。鼎盛6000C喷墨数字印刷机，卷筒纸宽度203￣648mm，厚度42￣270g／m2；最高印刷速度300米／分钟。3．兰达纳米数字胶印机druPa2012兰达推出了纳米数字印刷技术的概念机，在业界引起轰动。drupa2016上，大家终于看到了兰达纳米数字印刷机的印刷演示，拿到了印刷样张。这说明兰达纳米印刷技术已经趋于成熟。兰达纳米数字印刷技术的基本特征是：采用纳米水性油墨；利用喷墨方式在转印橡皮布带上喷墨成像（制版）；图像油墨在转印橡皮布带上被加热干燥（水分蒸发，油墨成粘稠胶状墨膜）；在一定压力之下，橡皮布带上图像转印到承印物上。因此，兰达纳米数字印刷技术的本质是喷墨制版与胶印印刷的融合。所以，兰达纳米数字印刷机名副其实的应该称为兰达纳米数字胶印机。它与将油墨直接喷到承印物上的喷墨印刷技术是有本质区别的。
三、喷墨数字印刷技术的特点和市场定位
1．喷墨印刷的分类
喷墨印刷的分类有多种方式。按成色（型）剂类型可以分为液体成色（型）剂喷墨印刷和固体（色粉）成色（型）剂喷墨印刷两大类。通常液体成色（型）剂喷墨印刷称为喷墨印刷，而固体（色粉）成色（型）剂喷墨印刷称为喷射印？L喷射印刷的固体（色粉）成色（型）剂可以直接喷射到承印物上，也可以先融化后再喷射。液体成色（型）剂即液体油墨又分为UV油墨和水性油墨两大类。按喷墨方式可以分为连续喷墨和按需喷墨两类。连续喷墨又分为二值偏转喷墨、多值偏转喷墨、赫兹偏转喷墨、微粒偏转喷墨等。按需喷墨又分为热泡按需喷墨、压电按需喷墨、静电按需喷墨、相变按需喷墨等。按印刷色彩可分为黑白喷墨印刷和彩色喷墨印刷。按油墨转移方式可分为油墨直接喷到承印物印刷和油墨经过橡皮布转印印刷。按油墨的固化方式可分为反应固化和非反应固化两大类。
2．喷墨数字印刷技术的特点和市场定位
UV喷墨打印具有3点优势，一是环保，无毒害，可以广泛用于食品、医药、日化等领域；二是介质适应性好，能在各种纸、薄膜上成像，满足标签、包装印刷领域介质适应性广的实际需要；三是一次固化成型，工序简单，无须额外处理。由于UV喷墨打印的优势，推广UV喷墨打印在包装印刷领域的应用，可实现包装印刷产品个性化、增值化和介质多元化。本文主要介绍UV平板喷墨打印技术在包装印刷上的应用。
UV平板喷墨打印技术可适用的材料
由于UV墨水可以在没有涂布材料表面的优异附着能力，以及完全静止的打印方式而产生的高精度和多次重复的打印能力，UV平板喷墨打印带来了材料多样性和工艺多样性的多种应用优势，表1列出了UV平板喷墨打印常见打印材料清单。
源于对打印材料广泛的适用性，UV平板喷墨打印技术适合在最终印刷实际材料上直接打印，避免了先印刷后裱纸的繁琐工艺，也可用于多种生产材料上的合同打样或小批量、个性化生产。例如可在手机外壳、笔记本外壳直接打印装饰图案，实现个性化印刷；可面向超市、卖场、展会等展示行业，在不同材质上直接打印和加工展板；可建筑玻璃、瓷砖、大理石等装饰和装潢材料的直接打印图案等。
UV平板喷墨打印技术在包装印刷领域的应用
1.为丝网印刷打样或在短版印刷上替代丝网印刷
在传统印刷中，丝网印刷由于其材料选择范围广，可以实现在胶片、特种纸、玻璃、金属等多种柔性、刚性介质上的印刷。但与UV喷墨打印比较，传统丝网工艺工序复杂，初始化成本高，此外还存在几点技术弊端：网点变形较严重，不适合渐变色印刷；套印精度差，图像不宜太精细；以专色实地为主，对色数有限制。
UV喷墨打印工艺，适用介质广泛，具有替代丝网印刷打印能力，且相对于传统丝网印刷，有以下优势：工序简单，生产周期短；没有初始成本，适用于小批量甚至单张印刷；套印准确，可实现图像过渡，版面生动；没有专色限制。
2.实现包装产品快速打样和小批量生产
目前国内客户对于包装和展示用品的打样，从成本角度讲一般采取先打印在不干胶或者涂布纸上，再贴裱在最终结构材料上形成展示样。有些客户对于样品要求严格，在进行盒型打样后，还需要通过外发印刷的方式，进行印刷打样，中间审核交接环节多，结案效率低、成本高，如表2所示。
UV平板喷墨打印能力，可为包装设计提供一站式解决方案，不再通过外发印刷的方式，无论是在效率上还是成本上都有大幅度提升空间。集成数字切割机，在包装材料上使用UV平板喷墨打印机打印后，可以直接采用数字切割的方式获得最终包装和展示产品。包装创意的项目需要长时间外发等待的加工局面得以改变，可在一天内快速实现打样，可进行多次修改，最终快速结案。有些UV平板喷墨打印机带有白墨和上光墨水（如佳能奥西460GT），可实现白墨和局部上光工艺，实现一体化打印。
总的来说，相对于传统包装打样方式，UV平板喷墨打印加数字切割的打样方式有以下几个优势：
①可以实现透明材料和带有纹理的材料上直接打印；
②不依赖员工裱纸技能，不会产生废品；
③不需要冷裱机；
④生产效率更高。
UV平板喷墨打印对于常规卡纸的色彩打样已完全能符合标准要求，但对于某些印刷材料和印刷方式，如镭射纸和银卡纸、透视PET、牛皮卡纸等，关于纸张特征和色彩表现还没有标准，如何使色彩表现稳定有待进一步研究解决。
走近柔性印刷电子喷墨技术
柔性印刷电子喷墨技术是一种将导电线路打印在酚醛树脂、环氧树脂等基材上的技术，也被称为全印制电子技术。这种技术适合制作柔性异形线路板、普通线路板、光伏电玻璃、PCB、LCD等。
“柔性”在这里有双解，一是指柔性介质；二是指与传统的PCB相比，不需要大批量生产，可以利用喷墨技术特点按需进行小批量生产。与常规印刷导电线路的工艺相比，利用柔性印刷电子喷墨技术制备导电线路的工艺方法具有制造速度快、环境友好、工艺简单、成本低以及功能多样化等优点。柔性印刷电子喷墨技术不仅可以使用导电墨水（如纳米银）制备线路板，亦可以利用特殊的半导体、碳、硅等各种介质制备电阻、电容、电感、电池、晶体管乃至于集成电路，而这一切都可以通过打印的方式在一定的介质上完成，大大提高了生产效率和降低了生产成本。
柔性印刷电子喷墨设备的构成与工作原理
柔性印刷电子喷墨设备由机械系统、驱动系统、运动控制系统和视觉检测系统（可选）等构成，如图1所示。具体来说，柔性印刷电子喷墨系统包括1个或1组喷头、喷头控制板卡、数据处理运动控制卡、PC机、介质放置平台、墨路系统、喷头架及喷头架运动系统等装置，如图2所示。具体实现方式为：根据PC机中绘制的需要打印的电路图，喷头控制板卡控制1个或1组喷头喷出特制的墨水，并通过喷头架的运动，在介质上印制精密电路。
1.主控系统
柔性印刷电子喷墨设备要实现高速、高分辨率等性能指标，主控系统是关键。由于喷墨设备的喷头较多，数据传送速率较快，传送量大，因此，主控系统的数据传输和数据处理设计是主控系统设计的要点。图3的虚线框内是主控系统，主控系统通过IIC总线与控制模块相连，由嵌入式处理系统（MPC8548E）、USB接口电路、数据缓存、CPLD喷头与控制电路以及喷头数据总线驱动组成。
当计算机通过RIP程序启动喷印命令时，该命令首先通过USB接口电路的命令通道，由串口传送到控制器MPC8548E中，MPC8548E的主控程序对命令进行分析，通过IIC总线将命令送到各控制模块，完成对介质厚度的监测、喷头上下位置的调整、控制喷头小车的X和Y方向运动等。当喷墨设备完成初始设置后，RIP传送数据到MPC8548E，MPC8548E的主控程序根据所需打印的长度，设置喷头小车电机的行走距离及其可喷绘区域，USB接口电路启动数据传输，接收RIP的图像点阵数据，对数据缓存进行填充，当数据缓存填充满后，USB接口电路发送指令到MPC8548E，启动CPLD喷头与控制电路中的喷头控制状态系统和喷头小车电机，当喷头小车行走稳定后，发出喷墨脉冲及使能信号，喷头控制状态系统从数据缓存中读取数据，写入到每个喷头中，控制其进行喷墨操作。
2.供墨系统
（1）供墨系统分析
供墨系统是喷墨设备不可或缺的重要组成部分，良好的供墨系统是喷墨设备实现高质量与高可靠性的重要保证。喷头的属性各异，其需要配合使用特定性能的墨水，并设置合理的墨流负压。同时，墨水作为一种化学物质，其特性会随着喷墨设备的环境及工作状态的变化而发生相应改变。这就需要设计开发一种独立工作的机电一体化供墨系统，通过对油墨特性及供墨流的控制，配合喷头优质高效地完成打印任务。
墨水的黏度及表面张力对打印墨滴成型有很大影响。其中，墨水表面张力受环境温度变化影响不大，而墨水黏度却随着温度变化有较大的波动，对打印工作有较大影响。因此，对于供墨系统而言，控制墨水黏度是主要任务之一。墨水黏度与温度呈负对应关系，特定的温度范围决定了墨水的黏度范围。对打印工作来说，不同的喷头对应着不同的最佳墨水黏度，而墨水黏度又与温度相关。因此，通过控制墨水温度，能够有效地控制墨水黏度。墨水温度主要受季节和早晚温差影响，特别是低温墨水的高黏度对喷头影响较大，易造成堵头故障，不仅会造成打印中断，而且清洗喷头会造成大量时间和墨水的损失。
此外，供墨负压不足会造成漏墨、白线等现象，而过大又会降低喷射速度甚至喷射不畅，造成墨点不饱满，打印图像边线不完整，图面残破等。因此，控制供墨负压也是供墨系统的主要任务之一。供墨负压一般采用负压泵供给和高差负压供给两种方法。其中，前者通过负压泵的控制能够提供稳定准确的负压，但是需要负压传感器、负压泵等额外组件，会增加设备成本及结构复杂性。
（2）供墨系统结构设计
供墨系统由主墨盒、次级墨盒、墨泵、过滤器以及检测反馈控制系统等组成，如图4所示。小容量的次级墨盒储存少量过滤后的墨水，并用指定压力为喷头提供墨流。随着次级墨盒里的墨水被消耗，墨泵从主墨盒中抽取墨水，并通过过滤器补充次级墨盒里的墨水。检测反馈控制系统包括次级墨盒内的液压传感器与温度传感器，主墨盒内的液位开关以及系统控制面板等部件，其通过检测反馈控制系统内的传感器，反馈墨水温度及墨盒内液位等信息给系统控制面板。系统控制面板根据设定的程序对所采集的数据进行分析处理，产生对加热片及墨泵的开关控制信号，以此控制供墨系统内的墨水温度、调节喷头负压以及保证墨盒内墨水容量适宜当前打印工作需求。
3.喷头控制与辅助电路
CPLD喷头与控制电路包括以下模块：寄存器组，用于存储控制器发送过来的命令以及外部I/O数据与状态；译码器，完成对寄存器的地址编码与片选；数据包计数器，完成包计数与点计数，当喷头每个点的数据传送到喷头后，包计数归零，同时发送请求中断；喷头控制状态系统，完成喷头数据的传送，控制喷头喷墨；I/O端口，完成一些继电器的控制、状态检测等。
喷头的每个喷嘴的腔室都被相互独立的压电陶瓷包裹，通过图文数据激励触发脉冲电压来控制喷头是否喷墨，通过施加在压电陶瓷上的脉冲电压控制喷头喷墨的量。在喷墨打印控制软件界面上，可通过“图片路径”选择需要打印的图像，“喷头/喷孔选择”选择需要打开的喷嘴，“波形设置”设置喷头的打印波形。计算机通过网口通信把选择的数据发送到CPLD喷头与控制电路中，然后被转换成电平信号发送到脉冲电源中，在需要打印时，触发脉冲波形，喷嘴实现喷墨；在不需要打印时，不触发脉冲波形，喷嘴不喷墨。
4.介质烘干技术
作为介质放置和输送平台，介质放置平台应适合平板介质和柔性介质。为了使墨水充分干燥，保证其有效的导电率等关键指标，通常采用对介质底部基材进行加热的技术与方法，加热温度控制在100～160℃。为了保证基材恒温加热，应采用温控系统，以保证温度合适。
柔性印刷电子喷墨技术使用的墨水
柔性印刷电子喷墨技术使用的是一种具有导电特性的特种墨水，其通常由导电银等构成。对于喷墨系统来说，当选定喷头之后，墨水为适应喷头，通常需要考虑导电率、黏度、最大颗粒、张力、稳定性和pH值等参数。表1为不同与喷头相对应的墨水特性。由此可见，墨水指标必须与喷头性能相适应，才能使整个系统运行良好。
对于柔性印刷电子喷墨技术而言，纳米导电银墨水是最基本的墨水。如果能够配合研制出合适的硅、锗、硒、砷化镓等半导体组成的墨水，就可以在任意介质上打印出电阻、电容、电感、半导体元器件、集成电路元器件。相信随着材料科学的发展，这一天会离我们越来越近。
打印精度控制
柔性印刷电子喷墨技术的应用对象往往是一些异形柔性小型电路，因此对打印精度要求较高，一般的喷墨打印机不能保证其打印精度要求。要达到这个要求，通常可以采取以下方法。
1.选择高精度喷头
在选择喷头时，首先要考虑其墨道宽窄，以适合导电银胶墨水、半导体类墨水等；其次，要根据打印介质、精度的要求，选择适合的喷头，以保证墨滴大小合适。
2.选择合适的精细的墨水
墨水是由一些颗粒和液体组成的，颗粒的直径和均匀性非常重要，其基本制作工艺为粉碎、研磨、搅拌等。墨水的研制与低成本的产业化始终是一个不可回避的问题。
3.保证X方向的运动精度
采用金属光栅尺、直线电机代替传统的塑料光栅尺和直线导轨，将会大大提到X方向的运动精度，使之由50～150μm提高到1～5μm。
喷墨印刷技术的发展始于20世纪70年代，兴起于20世纪90年代，属于数字印刷技术，摆脱了传统印刷技术的繁杂工艺，是一种新兴的印刷方式。与传统印刷技术相比，喷墨印刷具有无版、响应速度快、一张起印、即时改变输出信息等显著优势，是当前应用广泛、灵活方便、经济实用、发展快速的一种印刷技术；也是印刷行业发展的前沿领域，发展潜力巨大。
全球喷墨印刷设备行业目前处于一个快速发展的阶段。喷墨技术在美国、欧洲和日本等地区起步较早，目前在这些地区应用较为广泛，客户对设备的性能、环保性要求都较高，市场增长也较为稳定。而在一些发展中国家，喷墨印刷技术起步较晚，目前正处于加速发展的阶段，这些国家的客户则更关注设备的性价比。
1.地域方面
国家经济的快速发展，国内城镇化的实施和房地产市场的不断扩大，国内广告喷墨印刷市场从省市级城市向县级和重点乡镇扩展，从分散的点向连接的线和面转化（如图1），国际市场上从发达国家向发展中国家和欠发达国家扩展。
2.宽度方面
由于国内外喷绘介质生产能力的提升，众多厂家除了可以生产1.8米、2.5米宽的介质外，还增加了3.2米和5米宽介质生产线，用于广告标识装饰业的宽幅面喷绘广告将由较窄幅面多幅拼接，逐渐向较宽幅面一次成图不需拼接转化。图2是国内某著名数字设备公司研制生产的5米超宽幅面喷绘机。
3.功能方面
随着喷墨印刷水平的不断提高，喷墨印刷的功能越来越多。主要有：
①超宽幅面不拼接。过去人们制作超宽面画时采用拼接的方法，存在的缺点是有接缝，拼接处画面有错位，近距离观看和背后打灯光时很不美观。因此，对于重要的超宽画面，人们都希望一次喷印不拼接。
②双面镜像喷印。对于背打光（又称内打光）的画面，一般用白色介质喷印。单面喷印时，由于介质本身白色的影响，背面灯光照射后，使得画面发白，颜色不鲜艳。这种情况下，人们希望在介质的两面都喷印，正面喷印正常画面，背面喷印镜像画面，两个画面的叠加使画面色彩饱满艳丽。
③网格介质直接漏墨喷印。对于悬挂在户外的画面，当有较大的风力时，在画面表面将形成很大的压力，轻则使画面本身撕毁损坏，重则使人身和财产造成伤害。人们制造出了具有很多孔洞的网格介质喷印这类画面，风力可透过孔洞，使风力卸载和减压，从而保护了画面本身及周围财产和人身的安全。喷印网格介质时，孔洞处的画面需做漏墨处理或吸收。过去没有或少有能够直接漏墨喷印网格介质的设备，人们在网格介质的背面贴了一层背纸来吸收孔洞处多余的墨水，带来的问题是介质成本的增加和背纸的浪费。直接漏墨喷印网格介质，符合节能环保的低碳理念，市场需求较大。
④平卷两用。多数平台式喷墨印刷机既可以印刷刚性平板类介质，也可以印刷柔性卷材类介质，做到了一机多用、一专多能。
⑤数字化、自动化、智能化。随着计算机技术的快速发展，喷墨印刷技术的数字化、自动化、智能化程度越来越高。
4.行业方面
从广告行业单一领域向建材、纺织、印刷、电子、家电、快印、图文、婚纱摄影等工业民用多维领域渗透，如图3。特别是在陶瓷印刷领域的应用，201 2年成为中国陶瓷喷墨印刷井喷式发展的一年。据《陶城报》报道，2012年初，我国陶瓷行业在线生产的陶瓷喷墨印刷机约140台，到2012年底包括在安装的已经有差不多800台，正在使用的约600台，2012年同比增长4倍多。陶瓷喷墨印刷设备每年将拥有30亿～60亿元的市场规模。
5.创新方面
国内外都有要一些公司利用喷墨技术实现了3D喷印成型，不久这项技术将会更加成熟。
国内喷墨印刷市场与国外的差距正在缩短
经过几十年的技术积累，中国的喷墨印刷技术与世界先进技术的差距正在缩小，有些技术已经接近世界先进水平。过去我国的喷墨印刷技术主要是靠企业自身研发和发展的，逐渐形成了一定的规模。以后国家会加大政策支持和资金支持力度，必然会加快我国喷墨印刷技术向前发展的步伐。
我国喷墨印刷设备将趋向环保化、节能化、集成化、自动化、高速化、网络化、信息化、远程化，喷墨印刷企业将走向国际化。集团化、现代化，喷墨印刷工艺将实现多品种、小批量、一件起印、按需印刷、随用随印，喷墨印刷产品将实现个性化、自助化、时尚化，喷墨印刷技术的核心关键部件将实现国产化，喷墨印刷技术应用成本大幅度降低并应用到多个工业经济领域，喷墨印刷技术将促进多个工业经济领域的技术革命以及产品与工艺的升级换代。
我国的喷墨印刷技术水平能够尽快赶上世界先进技术水平，部分技术将达到世界先进水平；我国的喷墨印刷技术将形成条或多条产业链，喷墨印刷产业将成为国民经济不可或缺的重要组成部分。图4为国内某公司为国外某公司研制的具有世界先进水平的皮带型喷绘机。
喷墨印刷的应用和阻碍其发展的关键因素
2008年德鲁巴展会的主题是“喷墨德鲁巴”，2012年的德鲁巴展会也被认为是“一场喷墨印刷的盛会”。相信下一届德鲁巴展会的主题肯定一如既往地以喷墨印刷为主题。在2012德鲁巴上，兰达公司的纳米喷墨技术成为了最大亮点，兰达公司已经与海德堡等几家印刷巨头签订了纳米喷墨技术的转让合同。下届德鲁巴上这些印刷巨头可能都将推出基于兰达纳米喷墨技术的成熟产品，其他非纳米技术的喷墨印刷技术也会取得新的突破，基于电子油墨的静电数字印刷技术将进一步成熟，传统的印刷方式将“走向末路”。
1.喷墨印刷的广泛应用
随着喷墨印刷的应用范围不断拓展，喷墨印刷技术已广泛涉足包装标签、纺织品、陶瓷等领域。首先笔者非常看好喷墨技术在陶瓷墙/地砖印刷领域的应用。陶瓷喷墨技术的先进性已经被认可，在国内外得到了广泛应用。在陶瓷领域，喷墨印刷替代丝网印刷已经不是神话，不久之后在陶瓷墙/地砖领域，喷墨印刷技术将全面替代陶瓷墙地砖丝网印花。其次看好的是喷墨技术在纺织品印刷领域的应用。虽然目前应用范围不大，但纺织喷墨印刷技术的快速发展，其具有环保、排放少、数字化、非接触、无需套色、精度高、转换周期短等特点，其综合成本也会越来越低，不久将会被越来越多的有识之士认可和接受，因此纺织喷墨印刷的前景十分广阔。再次是包装标签喷墨印刷将来会有一定的应用，近几年与其他印刷方式并存，不会替代其他印刷方式。
2.阻碍喷墨印刷发展的关键因素
目前阻碍喷墨印刷发展、推广及普及的关键因素有3个方面：一是喷墨印刷技术本身的先进性和稳定性；二是应用行业对喷墨印刷技术的认知和接受程度，包括对技术先进性的认知和对生产成本的认知；三是本地喷墨印刷设备制造企业的广泛参与，喷墨印刷技术在陶瓷墙/地砖印刷中的应用就是例证。前几年我国陶瓷喷墨印刷技术推广缓慢，主要原因是陶瓷喷墨印刷技术本身存在一些瑕疵，陶瓷行业对喷墨印刷的认识不够和没有本地喷墨印刷企业参加。近几年这些因素都解决了，所以喷墨印刷在陶瓷行业得到了井喷式的发展和应用。
喷墨印刷的发展趋势和未来发展前景
1.喷墨印刷的发展趋势
随着技术的进步，喷墨打印头会更加精细，但更精细的喷头应用于些特别的场合，在大多数场合并不是越细越好。墨水的通用性和可替换性是个近期难以解决的难题，这是由墨水和承印物的特性决定的。随着多种新型墨水的研制成功和技术的不断进步，喷墨印刷会越来越多地应用于多个行业，除了上述陶瓷、纺织、标签行业外，还会应用于玻璃、地板、PCB、可变数据、3D喷墨成型等行业，特别是在个性化、小批量的印刷领域，将会优先发展应用。
2.喷墨印刷的发展前景
喷墨印刷是一个朝阳产业，无论国内还是国外，未来发展前景非常喜人。
①喷墨印刷应用领域不断扩大，下游市场需求不断增长
喷墨印刷技术应用领域的扩大将会助推下游数字喷墨印刷的需求。据派诺国际集团（Pira International）统计，2010年全球印刷品的整体市场增长3%～4%。到2015年，数字印刷将从现在占总印刷市场的4%增加到14%，其中喷墨技术将占到数字印刷的一半；到2015年，全球数字喷墨印刷产值将达到624亿欧元。我国数字喷墨印刷市场需求虽然滞后于欧美地区，但是近年发展速度加快，市场潜力巨大。图5为全球喷墨印刷市场预测。
未来，所有印刷领域都将出现改进生产效率和印品质量、降低成本的活动，这将使得喷墨印刷替代部分丝网印刷、柔版印刷、凹版印刷和胶印等的市场。
②喷墨印刷设备向大规模生产型扩张
未来，随着数字喷墨印刷设备的喷印速度的提高，喷头阵列化应用技术的发展，喷印稳定性的提升和墨水工艺的改进，喷墨印刷有望在成本、速度和质量上不断进步，替代部分传统工业印刷的应用，更好地满足各下游大批量生产应用的需求。如图6为2003年与2013年工业喷墨印刷占喷墨印刷比重变化对比。
③环保喷墨印刷将成为未来主流
随着人们环保意识的增长，环保印刷成为全球特别是北美和西欧一些市场较为成熟的地区的主流趋势。今后，喷墨印刷技术涉及的领域不断扩展，除了在喷印作业过程中要求喷印作业节能、作业环境无危害外，下游应用领域（如食品、饮料、医药和烟包等）的印品也需要符合低溶剂残留。异味小、无毒、无污染的要求。未来喷墨印刷设备的设计将倾向于低能耗、简化作业流程、降低作业有害气体排放等方向。
随着全球对环保、低碳要求的不断提高，墨水的品种也受环保因素的影响。在世界发达国家于20世纪90年代前后通过了与环保相关的VOC（Volatile Organic Compounds-挥发性有机化合物）法律，其中对印刷过程和墨水产品的挥发性有机溶剂的排放作出限制性规定。我国在建设“资源节约型社会”和“环境友好型社会”的核心战略发展目标下，也对墨水的制造过程及产品提出相应的环保技术要求。墨水也必将以使用弱溶剂、UV等环保型墨水为主。
④企业服务质量成为差异化竞争的关键
我国喷墨印刷设备的制造商有100多家，其中多数以生产低档产品为主，大多数产品性能差异不大、产品同质化竞争明显。喷墨印刷设备的应用不仅多元化、批量化、散点化，客户对喷墨印刷设备的性能、稳定性、质量的要求也越来越高。下游用户无论是中小型广告、商业客户，还是大型陶瓷砖、纺织等生产型企业客户，购置相应的喷墨印刷设备的成本投入都相对较大，客户在选择设备时会反复比较。特别是在工业应用领域，设备连续使用时间长，相对于产品价格，客户更加注重产品的稳定性。拥有过硬的产品质量和完善服务的设备制造商，将极大地减少客户因设备故障而带来的生产损失，减少维护成本，降低下游客户的运营风险，从而为下游客户创造更大的价值。
⑤行业集中度将不断提高
