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喷墨打印技术在陶瓷生产中的应用
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  【摘要】近几年来,数码喷墨印花技术在国内陶瓷印花行业中得到了应用和推广。随着国产喷墨打印机的推出、国产喷墨墨水的研制,以及陶瓷企业对喷墨打印产品的不断创新,喷墨印花技术已成为行业内的热门话题。本文主要阐述了喷墨打印技术在陶瓷印花中的应用和技术特点。

  关键词:喷墨印花;喷头;喷墨墨水
  
  1 引 言
  
   从进口设备到国产设备,从离线式瓷板画加工模式到在线式流水线印花,陶瓷喷墨印花已成为国内陶瓷企业生产墙地砖的重要装饰手段,并且开始普及。
   喷墨打印是目前陶瓷行业中较为先进的印刷方式,具有可变数据印刷、个性化印刷、按需印刷的能力;在此之前,喷墨打印技术已广泛应用于新闻印刷、票据印刷、条码印刷、大幅面广告印刷、数码打样印刷等领域。
  
  2 喷墨打印技术的原理
  
  2.1 喷墨打印技术简介
   喷墨打印是一种无接触、无压力、无印版的印刷复制技术,省去了传统印刷方式所需的制版设备、胶片以及印版等工序,大大降低了生产成本,而且能在不同材质以及不同厚度的平面、曲面和球面等异性承印物上印刷,不受承印物表面的限制。
   喷墨印刷有多种方式,包括连续喷墨、热发泡喷墨、静电喷墨、压电喷墨等。其中,压电喷墨是一种按需喷墨技术,在喷枪壁放置压电陶瓷,压电晶体在电场作用下发生形变,挤压喷腔内的墨水,当挤压达到一定程度时,墨水就会喷出。
   喷头是喷墨打印技术的关键,陶瓷喷墨采用的是按需喷墨压电式喷头,由于压电式喷头技术的不断成熟,推动了喷墨打印在陶瓷行业中的使用。
   压电式按需喷墨打印的原理是:采用按需喷墨压电式喷头,将电子计算机存储的设计图案转化为数码信号,在打印机控制系统的控制下,喷墨打印机接受到信号后将墨水喷印到承印材料表面的对应位置上,然后在承印物上形成图案。
  2.2 喷墨打印呈色的原理
   用来混合产生各种颜色所使用的三种基本颜色称为三原色。红色、绿色和蓝色称为加色三原色,青、品红和黄称为减色三原色。减色三原色与加色三原色互补,称为减红原色、减绿原色和减蓝原色。减色混色时,以青、品红、黄三原色料叠加混合生成新的颜色。标准三原色按不同比例混合,即可形成全部的色彩系列。其中,三色同比例叠加便生成黑色。
   因黑色是三原色等比例叠加而生成,故数码彩绘多采用青红黄黑(CMYK)四色色彩模式,将色彩丰富的图案分解成四个基本色,依据喷头每个喷孔与喷印载体相对移动的规律,由控制系统控制每个颜色的墨水,按需要通过对应的喷头喷印在载体上,各种颜色的墨滴,依照混色规律,混合出各种颜色。根据这个原理,就能打印图文的各种色彩。喷墨打印过程中的墨水一般使用青、品红、黄、黑四种基本印刷色,主要就是在打印过程中各色墨水经过叠加,从而产生减色混色的规律。
  
  3 陶瓷喷墨印花机的构成
  
   陶瓷数码喷墨印花机主要由四个部分组成,分别为电脑控制系统、喷头系统、供墨系统、机械运动及防护系统。
  3.1 电脑控制系统
   电脑控制系统是喷墨印花机的核心,将图像、喷头和砖坯等信息数据进行整合、处理,然后将喷墨指令信号传递给喷头指挥其动作。
   计算机存储的图稿按打印颜色分成各色,依照喷头与砖坯相对移动的对应位置,将控制信号按顺序传输到各个喷嘴中,然后执行喷墨指令。
  3.2 喷头系统
   常用喷头的有效打印宽度为65mm左右,在陶瓷砖上采用喷墨打印,一般需要多个喷头组合,覆盖需打印的宽度范围。喷墨打印机多采用4色或6色系统,即需要4组或6组喷头,一组喷头对应一种颜色。一般喷头的重要技术参数包括喷孔精度、点火频率和墨滴尺寸。
  3.2.1喷孔精度
   每个喷头的喷孔基本上是线性排列,喷孔精度是指单位长度上的喷孔数,用dpi来表示。如宽度为65.4mm的喷头,有512个喷孔,精度为200dpi;宽度为70mm的喷头,对应有1000个喷孔,精度为360dpi等。对于陶瓷喷墨打印模式,喷头上喷孔的排列方向与砖坯通过的运动方向垂直,则喷孔精度对应砖坯上的图案为横向打印精度(墨点数每英寸)表示。
   可从以下两个方面提高横向打印精度:
   (1) 提高喷头的喷孔精度。这种方式会增加喷头的加工制作难度;
   (2) 增加喷头的数量。如一个200dpi的喷头,在其相同打印区域增加一个喷头,则横向打印精度可达到400dpi。当然,这种措施会增加喷墨打印机的成本。
  3.2.2点火频率
   点火频率相当于喷孔喷射墨滴的频率。不同型号喷头的额定点火频率不同,一般在数kHz到数十kHz的范围之间。
   打印到砖坯上的图案,其纵向的打印精度是由点火频率和砖坯运动线速度决定。计算公式为:纵向打印精度 = 点火频率/线速度。如釉的线速度为30m/min,点火频率为10kHz,由公式可计算出打印精度为508dpi。
   点火频率是满足纵向打印精度和釉线速度的关键指标。高点火频率的喷头适应快速生产线,并容易达到高的纵向精度;低点火频率的喷头,则在纵向精度和生产速度上受到制约。
  3.2.3墨滴尺寸
   各型号喷头常见的墨滴尺寸有15pl、35pl、42pl、80pl(pl=10-12L)等。墨滴尺寸影响图案效果的精细度。陶瓷墨水在颜色发色上受制约,如:小的墨滴尺寸可以提高图案的细腻程度,但发色较浅;大的墨滴尺寸可以实现较深颜色,但图案的细腻程度会降低。
  3.3 供墨系统
   供墨系统将墨水输送到每个喷头的喷腔内。根据喷头及墨水的特点,一般具有循环、温度控制、搅拌等功能。每个通道的供墨系统是各自独立的,与对应的喷头组构成完整的系统,负责一种颜色墨水的输送。与喷头组对应,4色、6色喷头组分别需要4套、6套供墨系统。
   根据三原色原理,三色墨水的搭配就可以呈现丰富的色彩。陶瓷喷墨墨水,通常采用无机非金属材料作为颜料,与传统陶瓷印花使用的颜料类似,但发色范围有限。同时,以液态形式制成的陶瓷墨水发色亮度也达不到三原色的标准。
   目前,陶瓷墨水制造商已经开发出11种颜色的陶瓷墨水,以满足用户的不同需求,其中以蓝色、棕色、黄色、粉红色、米黄色、黑色等6种墨水最为常用。陶瓷企业已经在6通道的喷墨打印机上使用5色墨水进行生产(其中,有一种颜色使用2个通道,以增强该颜色的表现力),制成精美的陶瓷产品。
  3.4 机械运动及防护系统
   机械运动及防护系统包括喷墨打印机设备机架主体和砖坯输送皮带平台等。数码喷墨打印要求的精度高,传动由伺服电机控制,并由高精度的光电检测装置检测砖坯位置的信号,位置和速度信号由控制系统集成,控制喷墨与砖坯运动相吻合。
  
  4 陶瓷喷墨印花的工作流程
  
   喷墨印花在建筑陶瓷生产工艺流程中完成印花工序,与丝网印花机、辊筒印花机作用相同。即在施釉线上,砖坯通过喷墨印花机的控制系统将图稿的数据信息转化为控制信号。喷墨打印机使用喷头在陶瓷砖坯上进行印花,比传统印花方式省去了制作花网或胶辊的工序;同时,陶瓷喷墨墨水均由专业制造商提供成品,也为陶瓷生产省去了印花釉制作的工序。在一定程度上,大大节约了人力和物力。
   对于新安装的喷墨打印机生产线,都要先将墨水在该生产线的砖坯上进行打印、烧制色卡。在不同的釉面、不同的烧成条件下,陶瓷墨水的发色存在一定差别。烧制色卡的目的是确定墨水的发色状态。依据色卡的发色情况,将待打印的图稿分色,即分成各通道、各组喷头执行打印图稿。经打印试烧,根据实际效果对图稿分色进行进一步的完善,最终可以随时调出图稿执行生产打印。

  
  5 陶瓷喷墨印花技术的优势
  
   陶瓷喷墨印花技术比传统的丝网印花、辊筒印花具有以下几个方面的优势。
  5.1 制品图案清晰流畅
   喷墨打印的精度一般在300dpi以上,大大提高了陶瓷产品的图案清晰度。根据目前的喷墨打印机的现有条件,达到400dpi、600dpi是完全可能的。
   传统的印花方式通常为各色网版图案不重叠,即每种颜色都是独立成色,依靠各版印花釉颜色的调配,实现图案的颜色层次。喷墨打印的各色墨水可以进行混合使用,以及依靠数码技术带来的精确定位,既可以在相邻部位印花产生明显的颜色界限,也可以使颜色产生渐变的过渡效果,这种渐变包括颜色深浅和色调变化,当使用5色或6色墨水时,色调的变化可以使图案更接近于自然效果。
  5.2 无重复印花
   丝网印花使用单一图案的网版,每件产品图案基本一样。
   辊筒印花使用首尾相连的图案制作成圆周型的辊筒,在圆周任一起点就可以开始印花,可以实现不同瓷砖间的图案变化。将辊筒长度及周长尺寸加大,相应的图案尺寸也加大,可以扩展图案的变化范围,但是受场地及设备尺寸的限制,这种变化范围也受到一定限制。
   喷墨打印使用电子图稿,只要在计算机容量和传输速度允许的范围内,可以无限扩展图稿的原始尺寸。目前应用的单个电子图稿可打印的尺寸达到瓷砖尺寸的数十倍、数百倍,在这一尺寸的范围内随机取材打印,都不会出现重复印花,接近天然石材的图案效果,满足了用户对瓷砖装饰趋于自然效果的需求。
  5.3 大大缩短陶瓷生产线的转产时间
   传统的印花方式在转产不同花色时,均要更换花网、辊筒,以及花釉。一般情况下,熟练操作工需用半小时。
  喷墨打印机是由预装的喷头实现喷墨印花,不同的花色由相同的喷头、相同的墨水完成。转产时,只需在计算机内调出需要打印的图稿,即可完成转产。因此,企业可以根据市场需求灵活编排生产计划,不用过多考虑订单的批量。甚至包括新花色品种等单件产品的试产任务也可以轻易完成。
  5.4 适合凹凸面产品印花
   喷头将墨水喷出,喷打在载体表面,喷头与印花载体不接触,可以覆盖在凹凸不平的砖坯表面的各个位置。这一点是丝网印花、胶辊印花等无法比拟的。
  
  6 结 语
  
   数码喷墨印花技术在实际应用中仍存在不足,如墨水发色浅、色彩范围有限、墨水与喷头不匹配等,是喷墨技术今后需要攻克的重点。
   陶瓷砖不断追求回归自然、个性化的装饰效果,符合喷墨打印技术的优势和特点,预示着这一技术将引领陶瓷产品在设计和生产上取得突破。陶瓷印花经历了丝网印花、辊筒印花之后,又掀起了喷墨打印的高潮,被称为中国陶瓷墙地砖印花技术的第三次革命。数码技术进步而不断发展的喷墨印刷技术,在喷墨打印机、陶瓷墨水、喷头和图案设计等相关领域的共同推动下,无接触的喷墨打印技术会真正实现陶瓷印花的腾飞。
  
  参考文献
  [1] 高晓静.喷墨技术面面观[J].喷墨印刷,2009,(2).
  [2] 蔡晓峰.喷墨打印技术与陶瓷墨水的制备[J].佛山陶瓷,2006,7.

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