雖然噴頭、墨水、干燥和軟件都在印刷質(zhì)量中發(fā)揮重要作用，但本文重點(diǎn)介紹噴頭在生產(chǎn)噴墨擴(kuò)展到新領(lǐng)域時(shí)所經(jīng)歷的演變，以及它們?cè)谔峁└倪M(jìn)結(jié)果方面的進(jìn)展。當(dāng)單通道生產(chǎn)的噴墨方式首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)可行性時(shí)，印刷行業(yè)的應(yīng)用還處于理想狀態(tài)。為了滿足高覆蓋率和高色彩應(yīng)用的需求，噴頭現(xiàn)在必須提供更高的分辨率和精度。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨許多挑戰(zhàn)，本文將討論不同噴頭技術(shù)的演變。

用于印刷行業(yè)的噴頭技術(shù)

印刷行業(yè)使用的噴頭技術(shù)包括壓電噴墨、熱噴墨和連續(xù)噴墨 (CIJ)。壓電和熱敏噴頭被稱為按需噴墨技術(shù) (DOD)，因?yàn)樗鼈冎辉谛枰獣r(shí)才被激活以噴射出一滴墨水，而CIJ噴頭則是連續(xù)噴射的。

壓電式噴頭通過(guò)向壓電晶體發(fā)送電脈沖，使其膨脹和收縮噴嘴中的墨槽室，從而產(chǎn)生推動(dòng)墨滴所需的壓力；熱敏式噴頭則使用噴嘴中的加熱元件（而非壓電晶體）來(lái)產(chǎn)生壓力脈沖，噴射墨滴；CIJ噴頭使墨水連續(xù)循環(huán)通過(guò)噴頭。當(dāng)墨水離開(kāi)噴嘴時(shí)，墨水流被分成用于印刷的墨滴和需要再循環(huán)的墨滴。

需要注意的是，不要將CIJ噴頭獨(dú)特的連續(xù)墨滴回收功能與“再循環(huán)”DOD噴頭的功能混淆。循環(huán)DOD噴頭在噴頭內(nèi)部提供恒定的墨水流動(dòng)，有助于防止噴嘴干燥和堵塞，從而避免噴墨噴射缺陷。循環(huán)還幫助保持墨水溫度更穩(wěn)定，這對(duì)于熱敏噴頭尤為重要。此功能對(duì)于DOD噴頭來(lái)說(shuō)是一個(gè)相對(duì)較新且復(fù)雜的功能，但對(duì)于CIJ噴頭來(lái)說(shuō)卻是固有的。所有這些噴頭技術(shù)都隨著時(shí)間的推移而發(fā)展，通過(guò)不同的方法追求不同的質(zhì)量指標(biāo)。

印刷質(zhì)量的演變

15年前，生產(chǎn)噴墨的主要應(yīng)用領(lǐng)域是單色的客戶溝通訊息，其中300 dpi的分辨率足以滿足大多數(shù)需求。隨著噴墨技術(shù)在解決更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用方面取得進(jìn)展，對(duì)不同印刷質(zhì)量指標(biāo)的重視也發(fā)生了變化。

在早期，噴頭制造商專注于提高原始分辨率。為了增加每英寸墨滴數(shù) (dpi)，墨滴本身必須變得更小。隨著dpi上限從300提高到600，再到1200甚至更高，墨滴體積穩(wěn)步按比例減少。然而，較小的墨滴更容易受到噴頭下方基材運(yùn)動(dòng)引起的風(fēng)切變的影響。當(dāng)主液滴分離出長(zhǎng)尾時(shí)，長(zhǎng)尾會(huì)斷裂成一個(gè)“衛(wèi)星液滴”，該衛(wèi)星液滴將在主液滴之后撞擊承印物，導(dǎo)致圖像模糊。

為了避免空氣湍流導(dǎo)致的印刷缺陷，必須減少噴頭和基材之間的噴射距離，或者必須增加噴射速度。由于需要脈沖來(lái)產(chǎn)生墨滴，這限制了按需噴墨 (DOD) 噴頭增加噴射速度的能力，因此要求噴頭比連續(xù)噴墨 (CIJ) 噴頭更靠近基材。這就需要額外的設(shè)備來(lái)提升噴頭，以支持不停機(jī)收卷和接料等自動(dòng)化功能，從而防止噴頭損壞。

雖然更高的分辨率是評(píng)估文本印刷質(zhì)量的主要考慮因素，但更高的灰度或每點(diǎn)位數(shù)對(duì)于優(yōu)化圖像（尤其是攝影圖像）至關(guān)重要。二進(jìn)制噴頭在誤差擴(kuò)散算法的幫助下改變固定大小點(diǎn)的位置，以匹配攝影圖像的密度變化。對(duì)于單一點(diǎn)尺寸，除非點(diǎn)非常小，否則避免可見(jiàn)“階梯狀”的能力有限。然而，使用多個(gè)體積會(huì)在介質(zhì)上產(chǎn)生一系列墨滴尺寸，從而改善色調(diào)范圍和邊緣清晰度。

領(lǐng)先的壓電噴頭制造商最初通過(guò)實(shí)現(xiàn)3種甚至4種不同墨滴大小的“動(dòng)態(tài)按需墨滴”噴射來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。然而，使用較小的墨滴和多種墨滴大小需要更高的噴射頻率，這可能會(huì)影響生產(chǎn)率。

因此，當(dāng)今大多數(shù)面向印刷行業(yè)的壓電噴頭僅噴射兩種不同的墨滴大小。還可以在同一個(gè)噴頭中交錯(cuò)使用高墨滴重量噴嘴和低墨滴重量噴嘴，就像惠普對(duì)其 HDNA 熱敏噴頭所做的那樣。當(dāng)使用所有噴嘴時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)出色的灰度再現(xiàn)，但在高速下，一致地形成較小的墨滴具有挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致速度和質(zhì)量之間的權(quán)衡。只有在較低速度下才能獲得最佳質(zhì)量，反之亦然。

優(yōu)化圖像再現(xiàn)的第三種方法是通過(guò)提供小墨滴量并將多個(gè)墨滴準(zhǔn)確地輸送到同一點(diǎn)以創(chuàng)建更大的點(diǎn)。這種方法需要 CIJ 噴頭獨(dú)有的更高噴射頻率和墨滴速度。

印刷質(zhì)量還取決于噴頭的健康狀況。如果噴嘴因內(nèi)部墨水干燥而堵塞，即使是分辨率最高的噴頭，具有精確的墨滴形成能力，也會(huì)產(chǎn)生不合格的結(jié)果。停機(jī)期間蓋上噴頭可以幫助避免此問(wèn)題，但噴嘴堵塞還有其他原因。

靠近基材的噴頭可能會(huì)受到下方移動(dòng)的介質(zhì)產(chǎn)生的灰塵和碎屑的負(fù)面影響。一些印刷機(jī)制造商添加了聯(lián)線的印刷質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償使用冗余噴嘴的潛在噴射問(wèn)題。所有這些重要但昂貴的系統(tǒng)都可以通過(guò)使用遠(yuǎn)離基材、以更高速度噴射并再循環(huán)墨水以避免堵塞的噴頭來(lái)避免。

柯達(dá)采用獨(dú)特的解決方案應(yīng)對(duì)印刷質(zhì)量挑戰(zhàn)

柯達(dá)在采用和優(yōu)化連續(xù)噴墨 (CIJ) 技術(shù)方面獨(dú)樹(shù)一幟。自2008年以來(lái)，柯達(dá)一直在制造Stream CIJ噴頭。Stream噴頭通過(guò)熱加熱器改變連續(xù)墨流的表面能以形成墨滴，并使用空氣偏轉(zhuǎn)將要印刷的墨滴與要再循環(huán)的墨滴分開(kāi)。Stream噴頭能夠提供與膠印、柔印或凹印機(jī)集成所需的速度，并為柯達(dá)的高生產(chǎn)率印刷機(jī)PROSPER 6000和PROSPER 7000 Turbo提供動(dòng)力。后者是當(dāng)今市場(chǎng)上速度最快的噴墨印刷機(jī)，運(yùn)行速度在200至410米/分鐘之間，分辨率從600 x 450 dpi到600 x 900 dpi。

柯達(dá)數(shù)字印刷業(yè)務(wù)高級(jí)副總裁蘭迪·范達(dá)格里夫解釋說(shuō)，柯達(dá)的CIJ噴頭可以以相同的頻率產(chǎn)生不同大小的墨滴。“這使我們能夠根據(jù)分辨率和速度調(diào)節(jié)墨滴大小，而無(wú)需添加更多噴嘴。我們的墨滴生成頻率明顯更高，由高壓連續(xù)噴墨驅(qū)動(dòng)，能夠靈活地在相同頻率下權(quán)衡分辨率、速度和墨滴大小。柯達(dá)可以在600 dpi、900 dpi和1800 dpi下實(shí)現(xiàn)全像素墨水覆蓋，這些分辨率都需要不同的墨滴大小才能達(dá)到全頁(yè)或像素覆蓋。”

柯達(dá)還推出了更新的CIJ噴頭系列ULTRASTREAM，每個(gè)噴嘴每秒可噴出超過(guò)40萬(wàn)滴墨滴，印刷頻率比最快的按需噴墨 (DOD) 技術(shù)快2-3倍。ULTRASTREAM噴頭使用帶電電極而不是氣流來(lái)偏轉(zhuǎn)墨滴以便再循環(huán)。ULTRASTREAM用于柯達(dá)PROSPER Ultra 520 Press，即使在涂布紙上也能以高達(dá)500 fpm的速度提供600 x 1800的分辨率。

范達(dá)格里夫指出：“在開(kāi)發(fā)ULTRASTREAM的過(guò)程中，我們通過(guò)其設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性降低了制造成本。這種可擴(kuò)展性還使未來(lái)的墨滴頻率達(dá)到目前的兩倍，接近800 kHz，這意味著我們還有很大的空間來(lái)提高圖像質(zhì)量、速度和生產(chǎn)力?？逻_(dá)還展示了跨軌道密度分辨率的可擴(kuò)展性，這可以使柯達(dá)達(dá)到1200 dpi的分辨率，并保持或提高速度能力，超過(guò)當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)。”

Stream和ULTRASTREAM噴頭的另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)生的墨滴均勻。噴射速度和非常圓的墨滴加上精確的墨滴位置，可產(chǎn)生準(zhǔn)確的印刷質(zhì)量，而不會(huì)出現(xiàn)由于空氣湍流對(duì)DOD噴射系統(tǒng)產(chǎn)生的小墨滴尺寸的影響而導(dǎo)致的衛(wèi)星和霧氣。

柯達(dá)CIJ技術(shù)中的一些元素，例如連續(xù)循環(huán)和高噴射速度，可以實(shí)現(xiàn)精確的灰度印刷，同時(shí)還可以以更少的噴嘴實(shí)現(xiàn)最高速度運(yùn)行，減少維護(hù)停機(jī)時(shí)間，并支持更小的顏料顆粒尺寸，而無(wú)需擔(dān)心噴嘴堵塞。隨著生產(chǎn)噴墨繼續(xù)挑戰(zhàn)印刷領(lǐng)域膠印的霸主地位，噴頭將繼續(xù)發(fā)展以滿足更苛刻的要求?？梢哉f(shuō)，連續(xù)噴墨噴頭在有效擴(kuò)展以滿足這些需求方面具有先天優(yōu)勢(shì)?？逻_(dá)擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即建立在連續(xù)噴墨噴頭持續(xù)改進(jìn)基礎(chǔ)上的平臺(tái)戰(zhàn)略。