黃惠寧

（廣東金意陶陶瓷有限公司 廣東 佛山 528000）

1 陶瓷噴墨印刷機(jī)噴頭的發(fā)展概況

全球噴墨印刷用噴頭生產(chǎn)企業(yè)大約有20家，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的品牌有：賽爾（XAAR）、精工（SEIKO）、Spectra、柯尼卡、愛普生、東芝等，而我國(guó)至今沒有生產(chǎn)噴頭的企業(yè)。噴頭（Print head）是噴墨印刷機(jī)的核心，屬于微電機(jī)高精度產(chǎn)品。目前，能用于陶瓷行業(yè)噴墨印刷機(jī)的噴頭主要有4大生產(chǎn)企業(yè)：日本精工（SPT）、英國(guó)賽爾（XAAR）、美國(guó)Spectra（日本富士收購(gòu)）以及柯尼卡（Konica）。

在陶瓷磚行業(yè)使用的噴墨打印用主要噴頭生產(chǎn)企業(yè)是：日本精工（SPT）、英國(guó)賽爾（XAAR）、美國(guó)Spectra（日本富士收購(gòu)），這3家生產(chǎn)企業(yè)簡(jiǎn)況見表1。

表1 噴頭生產(chǎn)企業(yè)簡(jiǎn)況

表2 噴頭的升級(jí)情況

西班牙Kerajet公司是全球最早研發(fā)生產(chǎn)陶瓷磚用噴墨印刷機(jī)的企業(yè)，與日本SEIKO公司的SPT（精工電子）合作，使用SPT510噴頭。在2004～2007年，有幾百臺(tái)二進(jìn)制噴頭（Biary head）應(yīng)用于西班牙、意大利等國(guó)的瓷磚企業(yè)。

自2007年起，為了適應(yīng)瓷磚企業(yè)的要求，西班牙Kerajet公司采用SPT508GS噴頭（灰階打印噴頭）裝配噴墨印刷機(jī)，隨后在2011～2012年又開始推出使用XAAR1001GS6／GS12的噴墨印刷機(jī)噴頭，SPT與XAAR噴頭可互挨并兼容，滿足了陶瓷磚企業(yè)的需要?？v觀近5年噴頭的技術(shù)進(jìn)步，主要是打印速度與精度的不斷進(jìn)步，噴頭的升級(jí)情況見表2。

2 陶瓷噴墨印刷噴頭工作原理與制造工藝簡(jiǎn)介

圖1 賽爾XAAR1001GS6噴頭外形圖

賽爾XAAR1001噴頭的工作原理是：通過壓電陶瓷將電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，并通過壓電陶瓷的變形而致使通道內(nèi)的墨水受到擠壓而流動(dòng)或者被噴出。與一般簡(jiǎn)單的壓電陶瓷片的變形所不同的是，賽爾XAAR1001噴頭內(nèi)部的壓電陶瓷的變形不是簡(jiǎn)單的伸縮，或是直接模式變形（壓電陶瓷片的形狀變得細(xì)長(zhǎng)的變形），而是呈現(xiàn)出橫截面由長(zhǎng)方形向菱形變形的趨勢(shì)，俗稱剪切模式變形（其橫截面的長(zhǎng)短不改變，改變的是變?yōu)閮A斜的，類似菱形的形狀）剪切模式變形見圖1，再將2片壓電陶瓷組合起來當(dāng)作一片來使用，就是“人形”構(gòu)架，用4片壓電陶瓷組合起來（每邊2片）就形成一個(gè)墨水通道。那么，在施以電壓之后，使得這些壓電陶瓷片產(chǎn)生共振，共振之后所有的壓電陶瓷片就不停地變形并在墨水通道內(nèi)產(chǎn)生擠壓的力量，墨水就在通道內(nèi)持續(xù)循環(huán)地流動(dòng)了。

圖2 日本精工電子SPT510噴頭外形圖

圖3 日本精工電子SPT508GS噴頭外形圖

與直接變形相比，賽爾XAAR1001噴頭所采用的剪切變形具備更多優(yōu)勢(shì)：①能夠形成共振，共振后無需再持續(xù)施加更多的電能來刺激其變形，可節(jié)約能量的消耗；②可以產(chǎn)生更少的熱量，使得噴頭內(nèi)的溫度更穩(wěn)定，從而擁有更穩(wěn)定的持續(xù)打印性能；③由于這是一種無機(jī)械的壓力，依靠共振而產(chǎn)生動(dòng)力，所以使用壽命更長(zhǎng)久。

關(guān)于噴頭的墨水循環(huán)方式有2種：一是以英國(guó)賽爾公司為代表的內(nèi)循環(huán)技術(shù)；二是以日本精工電子為代表的外循環(huán)技術(shù)。通過多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，這2種墨水的循環(huán)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都在陶瓷磚噴墨印刷機(jī)上大量地使用。噴頭內(nèi)循環(huán)與非內(nèi)循環(huán)噴頭的比較見表3。

表3 噴頭內(nèi)循環(huán)與非內(nèi)循環(huán)噴頭的比較

圖4 賽爾噴頭墨水內(nèi)循環(huán)專利技術(shù)

賽爾噴頭墨水內(nèi)循環(huán)專利技術(shù) Hybrid side shooter（HSS）和TF Technology的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）通過持續(xù)的循環(huán)，能夠帶走從噴嘴進(jìn)入的氣泡，避免氣泡的產(chǎn)生而影響噴嘴的工作。

2）通過持續(xù)的循環(huán)流動(dòng)，使噴頭中的墨水散熱。

3）能夠防止墨水沉淀，并可以將其中的雜質(zhì)帶走，防止噴頭堵塞。

4）可做垂直于噴嘴的墨水循環(huán)運(yùn)動(dòng)，還可使噴嘴持續(xù)自吸，避免噴嘴滴墨現(xiàn)象的發(fā)生。

賽爾噴頭制造工藝：

制造要求：室溫21℃（恒溫）；濕度：50%±5%（恒溫），7cm×3cm，打孔1000個(gè)，孔徑20μm；清潔等級(jí)：空間塵埃個(gè)數(shù)，100～10000等級(jí)（0.5μm 塵埃顆粒數(shù)／m3空間）；鍍層：4層不同材料，每層厚度≤0.5μm。

3 幾種噴頭性能的對(duì)比分析

3.1 陶瓷噴墨打印用噴頭簡(jiǎn)介

日本精工電子集團(tuán)所生產(chǎn)的精工產(chǎn)品最先使用于精密鐘表上。目前，集裝壓電式噴頭已具備相當(dāng)雄厚的實(shí)力與基礎(chǔ)，其主要有SPT510和SPT508GS這2種型號(hào)噴頭在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用。

1990年，英國(guó)賽爾（XAAR）公司成立，為發(fā)展和大規(guī)模開發(fā)新的數(shù)碼噴墨印花技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，并在1984年獲得專利。目前在陶瓷行業(yè)中主要使用XAAR1001型號(hào)噴頭。

1984年，美國(guó)Spectra公司成立，最早主要是生產(chǎn)辦公打印熱發(fā)泡噴頭，由于某些原因最終轉(zhuǎn)為研發(fā)工業(yè)壓電式噴頭，現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟。其噴頭的特點(diǎn)是：墨滴較小（對(duì)應(yīng)精度高、速度快）、與墨水的匹配范圍廣。目前應(yīng)用在陶瓷行業(yè)的噴頭有Spectra Galaxy、北極星。

目前生產(chǎn)的產(chǎn)品既有優(yōu)點(diǎn)，又有缺點(diǎn)，簡(jiǎn)單分析如下：

3.1.1 XAAR1001噴頭

XAAR1001噴頭的噴孔數(shù)量最多，可達(dá)到1000個(gè)、噴頭精度可達(dá)360dpi。實(shí)際上，噴頭是分2排，每排500個(gè)孔，墨滴的大小在6～42pl，灰度級(jí)別控制在8；噴頭有2個(gè)進(jìn)墨口，可以進(jìn)行外部循環(huán)。

XAAR1001噴頭的缺點(diǎn)是：點(diǎn)火頻率低、墨點(diǎn)速度慢、噴頭不耐磨損，采用特氟龍材料制作；陶瓷墨水采用的是納米顆粒，打印時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)使噴孔變形、變大，導(dǎo)致打印精度下降。

XAAR1001噴頭主要應(yīng)用在歐洲市場(chǎng)和國(guó)內(nèi)的希望陶瓷機(jī)械設(shè)備有限公司的設(shè)備中。據(jù)了解，目前由于XAAR1001噴頭的產(chǎn)量有限，且價(jià)格昂貴，與墨水相匹配較難等方面的原因，導(dǎo)致其生產(chǎn)受到一定的影響。

3.1.2 精工SPT510和SPT508GS噴頭

精工SPT510和SPT508GS兩款噴頭的主要區(qū)別為灰度級(jí)別。SPT510不帶灰度級(jí)別；SPT508GS帶3級(jí)灰度。這兩款噴頭外觀形狀基本相同，噴孔數(shù)量也差不多。噴頭的點(diǎn)火頻率不算最高，其最大的優(yōu)點(diǎn)是采用不銹鋼材料制成，耐磨損。但它們都只有一個(gè)進(jìn)墨口，只能進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，不適合陶瓷墨水在噴頭上使用。因?yàn)樘沾赡菀壮恋?，墨水進(jìn)入噴頭墨囊時(shí)有可能導(dǎo)致沉淀產(chǎn)生，影響產(chǎn)品的圖案效果。SPT510和SPT508GS噴頭只有精工指定的獨(dú)家代理，才可以進(jìn)行其設(shè)備的銷售與生產(chǎn)，因此目前國(guó)內(nèi)只有廣東晶繪的精陶機(jī)電設(shè)備有限公司采用這款噴頭，使用的墨水需要精工噴頭廠家認(rèn)證。

早期，精工噴頭就已在市場(chǎng)上進(jìn)行了大量的推廣，所有的噴繪機(jī)都是采用精工噴頭進(jìn)行噴繪。XAAR1001與Spectra噴頭的出現(xiàn)，導(dǎo)致精工噴頭在陶瓷行業(yè)的市場(chǎng)占有率明顯下降。

圖5 噴頭品牌示意圖

3.1.3 Spectra Galaxy噴頭

Spectra Galaxy噴頭的噴孔數(shù)量最少，僅有100個(gè)，但在陶瓷行業(yè)中運(yùn)用得較廣。從其結(jié)構(gòu)上看，噴頭有2個(gè)進(jìn)墨口，因此可以進(jìn)行自循環(huán)；從其它性能上看，噴頭的點(diǎn)火頻率較高，噴墨速度快，可以達(dá)到8m／s；它采用不銹鋼材料制成，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。噴頭使用后不易堵孔，如選用同種墨水不同噴頭進(jìn)行噴墨，其它噴頭就會(huì)出現(xiàn)堵孔現(xiàn)象，而Spectra Galaxy噴頭噴墨比較順暢，形成的圖案效果較好，易于使用。即使因顆粒過大將噴孔堵住，也很容易清洗疏通。

目前這款噴頭在國(guó)外在陶瓷行業(yè)中應(yīng)用得較多。與Spectra Galaxy噴頭匹配的墨水種類很多，如水性、油性、溶劑型、銀導(dǎo)電墨水、硅墨水、CIGS墨水、生物細(xì)胞墨水等。

3.1.4 北極星噴頭

北極星噴頭與Spectra Galaxy噴頭區(qū)別很大。北極星噴頭由2片噴頭組成，每片噴頭上有2個(gè)進(jìn)墨口，每片噴頭噴孔分成兩排，相當(dāng)于這個(gè)噴頭有4個(gè)進(jìn)墨口，4排噴孔，每排有128個(gè)噴孔 。

北極星噴頭采用不銹鋼制成，其優(yōu)點(diǎn)為：點(diǎn)火頻率高，可達(dá)30kHz；噴墨速度快，可達(dá)8m／s。它與Spectra Galaxy噴頭的區(qū)別在于噴孔不易疏通，剛上墨水時(shí)較難一次性把全部孔洞疏通。但其墨水與噴頭的匹配性能較好，不需要噴頭廠家認(rèn)證。

（未完待續(xù)）