摘 要：本文闡述了噴印機(jī)器中的核心供墨系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，提出了設(shè)計(jì)供墨系統(tǒng)時(shí)所要考慮的幾點(diǎn)重要因素，提出了幾種可實(shí)現(xiàn)的循環(huán)式供墨方法。

關(guān)鍵詞：噴墨印刷機(jī);供墨系統(tǒng);循環(huán)式供墨系統(tǒng)

噴墨打印行業(yè)一直以來都是一個(gè)高利潤、高收益的行業(yè)。近年來，隨著出版客戶需求增加，數(shù)字噴墨印刷機(jī)以其生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量好，即時(shí)可變的快捷數(shù)據(jù)傳送方法，在印刷市場(chǎng)占有重要的地位。數(shù)字噴墨印刷是結(jié)合了機(jī)械制造、軟件工程、通信工程、化學(xué)工藝、過程控制等多學(xué)科的高新技術(shù)，從書刊出版印刷、個(gè)性相冊(cè)制作、精美標(biāo)簽制作、包裝印刷，數(shù)字噴碼印刷在幾乎所有的印刷領(lǐng)域都呈現(xiàn)增長勢(shì)頭[1]。

噴墨系統(tǒng)是數(shù)字噴墨印刷機(jī)的核心技術(shù)，噴墨系統(tǒng)包括了噴頭技術(shù)和供墨技術(shù)，噴頭結(jié)構(gòu)精密，加工困難，所以現(xiàn)在國內(nèi)還不能自主開發(fā)，基本依賴于進(jìn)口，主要有日本的京瓷、精工、理光、富士、柯尼卡美能達(dá)等廠家，價(jià)格比較昂貴。供墨系統(tǒng)相較于噴頭，技術(shù)難度較低，但是要做好也存在一定的困難。能夠?yàn)閲婎^持續(xù)、穩(wěn)定的供墨，是噴頭能夠良好工作的基礎(chǔ)，尤其的在高速工作狀態(tài)下，穩(wěn)定是關(guān)鍵，不穩(wěn)定的供墨狀態(tài)可能在生產(chǎn)中產(chǎn)生少墨、滴墨、衛(wèi)星點(diǎn)飛濺、白線等缺陷，提高廢品率，更嚴(yán)重的可能會(huì)出現(xiàn)漏墨或堵塞噴頭的后果。

在設(shè)計(jì)供墨系統(tǒng)時(shí)，要考慮到以下幾個(gè)方面[2]：

1）承載供墨系統(tǒng)的框架需要穩(wěn)定，避免因劇烈晃動(dòng)而引起墨盒內(nèi)的負(fù)壓產(chǎn)生急劇變化，產(chǎn)生滴墨的情況。

2）供墨系統(tǒng)的負(fù)壓需要穩(wěn)定，避免管路、閥、接頭等地方漏墨漏氣。

3）噴墨印刷使用的UV墨水具有一定腐蝕性，所以供墨系統(tǒng)中的所有與墨水接觸的器件，在選用時(shí)必須測(cè)試與墨水是否發(fā)生反應(yīng)。一般可選用尼龍、特氟龍、鋁、EPDM等材料。

4）精密噴頭都對(duì)墨水顆粒有嚴(yán)格要求，一般都小于0.6微米，所以供墨系統(tǒng)中應(yīng)有顆粒過濾裝置。

5）噴墨所用的UV墨水是典型的牛頓流體，在常溫25℃呈有一定粘度的油性，粘度25cP，如要噴頭能正常噴印，需加熱墨水到50℃左右，粘度11cP，但加熱溫度過高（比如60℃），墨水中的一些化學(xué)物質(zhì)會(huì)發(fā)生反應(yīng)。所以在設(shè)計(jì)供墨系統(tǒng)時(shí)要考慮到加熱和溫度控制的因素。

1.簡(jiǎn)單的供墨系統(tǒng)介紹

一般印刷的承印物是水平放置的，因此噴印的噴頭與承印物平行，是垂直向下的，噴頭上有序的排列著上千個(gè)細(xì)小的噴孔，噴頭上連接二級(jí)墨盒，二級(jí)墨盒通過墨泵從主墨桶抽取墨水并連續(xù)供給給噴頭，在通常狀態(tài)下，噴頭上的噴孔是與大氣接通的，因此墨水會(huì)在重力作用下自由滴落，供墨系統(tǒng)提供負(fù)壓來抵消墨水滴落的重力，使墨水穩(wěn)定維持在將要滴落的臨界狀態(tài)。

提供負(fù)壓的方式有兩種，第一種是簡(jiǎn)單的虹吸效應(yīng)負(fù)壓法，將二級(jí)墨盒至于噴頭水平位置以下的高度h，則噴頭與二級(jí)墨盒間產(chǎn)生壓力差ρgh，可抵消墨水自身重力，這種方法易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，但精度低穩(wěn)定性差，易受環(huán)境影響;第二種方法是利用負(fù)壓泵抽取二級(jí)墨盒中的空氣，人為的制造負(fù)壓環(huán)境，抵消墨水自身重力，這種方法控制負(fù)壓的精度高，但實(shí)現(xiàn)起來具有一定的難度。

2.循環(huán)式供墨方式

隨著近些年噴頭技術(shù)水平的不斷提高，對(duì)供墨系統(tǒng)的要求也在不斷升級(jí)，傳統(tǒng)的靜態(tài)供給墨水已不能滿足某些高精度噴頭的要求，動(dòng)態(tài)的循環(huán)供墨技術(shù)越來越多的應(yīng)用到了生產(chǎn)中。

循環(huán)式供墨系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，墨水在循環(huán)的過程中一直是流動(dòng)的，不會(huì)出現(xiàn)墨水長時(shí)間靜止在噴頭處的情況，有效的防止了墨水的結(jié)晶和沉淀，起到保護(hù)噴頭的作用;二級(jí)墨盒一直加熱流動(dòng)的墨水，有效的控制墨水的粘度;系統(tǒng)中的除氣裝置可將墨水中的氣泡排除，提高印刷質(zhì)量。[3]

目前循環(huán)式供墨的技術(shù)實(shí)現(xiàn)主要有以下幾種方法：

①利用負(fù)壓和墨泵共同調(diào)節(jié)

這是一種典型的較穩(wěn)定的循環(huán)式供墨系統(tǒng)。開始上墨時(shí)先由主墨桶通過主墨泵將墨水過濾后輸送給二級(jí)墨盒中的回墨盒，再由循環(huán)泵墨泵抽取回墨盒中的墨水，經(jīng)除氣處理后輸送給二級(jí)墨盒的進(jìn)墨盒，除氣模塊內(nèi)設(shè)置了單向的過濾膜，可將氣體與墨水液體分離，分離后的氣體經(jīng)氣泵排出。

二級(jí)墨盒的進(jìn)墨盒和回墨盒分別鏈接了獨(dú)立的負(fù)壓系統(tǒng)，負(fù)壓差成為墨水流過噴頭的動(dòng)力。二級(jí)墨盒中插入加熱器和熱電偶，保持s墨盒中墨水的溫度恒定在45℃，使墨水一直在最佳的工作狀態(tài)。二級(jí)墨盒中插有液位開關(guān)，可實(shí)時(shí)檢測(cè)墨盒中的液位情況，如進(jìn)墨盒液位低，則開啟循環(huán)泵墨泵由回墨盒向進(jìn)墨盒供墨;如回墨盒的液位也低，則開啟墨泵1由主墨桶向二級(jí)墨盒內(nèi)供墨。為實(shí)時(shí)檢測(cè)流經(jīng)噴頭內(nèi)墨水的流速和壓力穩(wěn)定，我們?cè)趪婎^的進(jìn)墨口和出墨口分別安裝了液壓傳感器，并在系統(tǒng)中串聯(lián)流量計(jì)，傳感器的信號(hào)接入工控機(jī)中。由于負(fù)壓系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，所以二級(jí)墨盒的負(fù)壓基本沒有波動(dòng)，墨盒為噴頭穩(wěn)定供墨。

由此完成的整個(gè)供墨系統(tǒng)可對(duì)單個(gè)噴頭或者多個(gè)噴頭同時(shí)供墨，在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過此種方式供墨的噴頭能夠噴印出品質(zhì)更佳的印刷品，并且有利于提高噴頭的使用壽命。

②利用串流的重力原理

這種方法以靜態(tài)供墨中的虹吸效應(yīng)為基礎(chǔ)，與利用負(fù)壓和墨泵共同調(diào)節(jié)的方法類似，將二級(jí)墨盒分解為進(jìn)墨盒和回墨盒，其中進(jìn)墨盒的高度高于噴頭高度為H1，回墨盒高度低于噴頭高度H2，工作時(shí)墨水在重力的作用下由進(jìn)墨盒流經(jīng)噴頭再流到回墨盒中，又由回墨墨泵抽取流回到進(jìn)墨盒中，以實(shí)現(xiàn)墨水循環(huán)。同樣的，這種方法易于實(shí)現(xiàn)，但缺點(diǎn)是精度不高不穩(wěn)定。

③利用墨泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)

這種方法同樣是將二級(jí)墨盒分為進(jìn)墨盒和回墨盒，將兩個(gè)墨盒放置在同一水平面上，用墨泵從進(jìn)墨盒中抽取墨水經(jīng)噴頭流向回墨盒，再由回墨盒抽取墨水流回進(jìn)墨盒，這種方法看似簡(jiǎn)單，但是要實(shí)現(xiàn)起來比較困難，其受制于墨泵的工作原理，墨泵在抽取液體時(shí)產(chǎn)生脈沖，可能會(huì)影響系統(tǒng)中的流速和液壓，尤其在開啟和停止兩個(gè)點(diǎn)，波動(dòng)較為劇烈，很可能發(fā)生滴墨的問題，因此單純用墨泵來控制墨水循環(huán)可能發(fā)生不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

④利用文丘里效應(yīng)實(shí)現(xiàn)循環(huán)

文丘里效應(yīng)是指，受限流體在通過縮小的過流斷面時(shí)，流體的流速增大的現(xiàn)象，其流速反比于斷面面積，而通過伯努利方程P+1/2ρv2+ρgh=C得知，流速v增大，則壓力P降低[5]。在系統(tǒng)中設(shè)置一循環(huán)泵帶動(dòng)墨水不停流動(dòng)，墨管大小為恒定值，而噴頭的管道很窄，即為縮小的過流斷面，此處液體的速度因?yàn)橥ㄟ^橫截面的面積減小而變大，因而壓力也就減小，噴頭下的噴孔鏈接大氣，則減小的壓力就會(huì)為噴頭內(nèi)的墨水提供一個(gè)外在的吸力，使墨水克服自身重力穩(wěn)定存在噴頭中。

這種方法的困難點(diǎn)在于控制能夠使墨水處于滴落臨界狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)所需的穩(wěn)定流速。在實(shí)際生產(chǎn)中這種方法實(shí)現(xiàn)的墨水循環(huán)供給也是精確且穩(wěn)定的。

結(jié)論：優(yōu)良的供墨系統(tǒng)對(duì)印刷機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低生產(chǎn)的廢品率起到至關(guān)重要的作用，復(fù)雜的循環(huán)式供墨更能提高印刷品品相，本文提出的幾種典型的供墨系統(tǒng)，都可生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳錦新.噴墨印刷技術(shù)原理與發(fā)展趨勢(shì).廣東印刷，2009（2）：42-46.

[2]勞同牧，張亞運(yùn)，歐元賢.高速噴墨數(shù)字印刷機(jī)恒溫恒壓供墨系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)床與液壓，2018，46（13）：98-100.

[3]譚中原. SG1024工業(yè)噴墨打印機(jī)負(fù)壓循環(huán)供墨控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].蘭州理工大學(xué)，2016.

[4]孫文策， 劉宏升. 工程流體力學(xué)[M]. 大連： 大連理工大學(xué)出版社， 2012.

作者簡(jiǎn)介：

趙剛（1991.04）男，漢族，籍貫：天津市，天津長榮數(shù)碼科技有限公司，碩士學(xué)位，專業(yè)：材料工程。