الذكاء الكامن وراء الأحبار – نظرة عامة على رؤوس الطباعة

رؤوس الطباعة النافثة للحبر النافثة للحبر التي تنفث السوائل بدقة، وتتعامل مع أنواع الحبر واللزوجة المختلفة. التكنولوجيات الرئيسية هي البيزو الكهربائية (باستخدام مادة PZT) ونفث الحبر الحراري (تسخين الحبر إلى بخار). هناك أيضًا نفث الحبر المستمر للسرعات العالية ونفث الحبر النفاث للصمامات للقطرات الكبيرة. تشهد الصناعة المزيد من البحث والتطوير، مدفوعة بتطبيقات الطباعة الصناعية والطباعة ثلاثية الأبعاد الجديدة.

تكمن رؤوس الطباعة النافثة للحبر في قلب الثورة الرقمية وكذلك كل طابعة نافثة للحبر، لذا من المفيد دائمًا فهم كيفية عمل هذه الأجهزة. إن الغرض من رأس الطباعة هو ببساطة وضع قطرات صغيرة من سائل معين عند الحاجة على الركيزة. يمكن أن يكون ذلك حبرًا لتطبيق فنون الرسم أو سائلًا وظيفيًا، مثل الطلاء، للاستخدام الصناعي، مع تصميم معظم الرؤوس لتلبية العديد من التطبيقات المختلفة. وتتمثل السمة الرئيسية في الدقة في وضع القطرات في المكان المطلوب بالضبط، وهو ما يصبح أكثر صعوبة عند سرعات الطباعة العالية.

يجب أن يكون رأس الطباعة قادرًا على التعامل مع خصائص مجموعة من السوائل أو الأحبار المختلفة. تم تصميم العديد من الرؤوس الأكثر شيوعًا المستخدمة اليوم لتشغيل الأحبار القابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية، ولكن قد تعتمد السوائل الأخرى على المذيبات أو الماء أو الزيت. في الواقع، أدى النمو المطرد لطباعة المنسوجات، بالإضافة إلى الطباعة التجارية أحادية المسار، إلى زيادة الطلب على رؤوس الطباعة التي يمكنها التعامل مع الأحبار القائمة على الماء. يجب تقوية الرأس وجميع أنظمة إدارة السوائل المرتبطة به لمقاومة أي مواد كيميائية موجودة في هذه السوائل، مثل المذيبات التي قد تتآكل في مادة الرأس أو الماء الذي قد يتسبب في حدوث ماس كهربائي داخلي.

ترغب الشركات المصنعة للمعدات الأصلية على نحو متزايد في زيادة وظائف سوائلها، وهو ما يتعين على الشركات المصنعة للرؤوس مواكبة ذلك. في العديد من أسواق الرسومات هناك اتجاه واضح نحو الأحبار ذات التحميل الصبغي الأعلى، مما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الحبر. تأتي هذه الأحبار عمومًا بلزوجة أعلى مما يجعلها أصعب في النفث على الرغم من وجود العديد من الطرق للتغلب على ذلك، مثل تسخين الحبر لخفض لزوجته. ومع ذلك، فإن معظم رؤوس الطباعة تقتصر على التعامل مع اللزوجة حتى 10 أو 20 سنتيمتر مكعب، على الرغم من أن بعض رؤوس الطباعة Xaar يمكنها التعامل مع سوائل تصل لزوجتها إلى 100 سنتيمتر مكعب.

يمكن لبعض رؤوس الطباعة إعادة تدوير الحبر داخل الرأس لمنع الجسيمات الموجودة داخل الحبر من الترسب وللتخلص من الانسدادات حول الفوهات. وهذا مفيد لأحبار معينة، مثل الحبر الأبيض الذي يحتوي على جسيمات كبيرة، وكذلك للاستخدامات الصناعية حيث قد يكون هناك الكثير من الغبار والأوساخ في الجو. يمكن أن تساعد إعادة التدوير أيضاً في الحفاظ على درجة حرارة الحبر، حيث يتم تدويره عبر سخان.

تستخدم الغالبية العظمى من الطابعات ذات التنسيقات العريضة رؤوس طباعة تعمل بالإسقاط الكهربائي البيزو عند الطلب. وهي تعتمد على ظاهرة تحدث بشكل طبيعي حيث يمكن أن تتسبب الشحنة الكهربائية في تغيير شكل بعض المواد. وتتميز معظم رؤوس الطباعة هذه بمشغلات مصنوعة من تيتانات زركونات الرصاص أو PZT، بسبب خصائصها الكهربائية الانضغاطية الفعالة للغاية في تغيير الشكل لإجبار الحبر من غرف الحبر عبر الفوهات.

يمكن تقسيم رؤوس الطباعة الكهربائية الانضغاطية هذه إلى فئتين. ربما يكون النوع الأكثر شيوعًا هو البيزو السائب، الذي يستخدم كتلة من المواد الكهربائية الانضغاطية. وخير مثال على ذلك هو مشغل الكتلة المتجانسة الذي طورته كيوسيرا. اسم Kyocera مشتق من Kyoto Ceramics، وقد استخدمت الشركة خبرتها في مجال السيراميك لإنشاء مشغل سيراميك متعدد البلورات كثيف باستخدام ركائز سيراميك بيزو كهربائية بيزو رقيقة. والنتيجة هي صفيحة مشغل كهربائي بيزو رقيقة للغاية يبلغ طولها 116 مم وعرضها 34 مم بعمق 0.04 مم فقط، وهي تقع فوق حجرات الحبر داخل الرأس. من خلال التحكم الدقيق في الجهد الكهربائي المطبق على هذا المشغل، من خلال الشكل الموجي وإلكترونيات المحرك، تستطيع كيوسيرا التحكم بمهارة في شكل هذا المشغل لإخراج الحبر من كل حجرة من حجرات الحبر. تعتمد الكثير من رؤوس الطباعة الأخرى أيضًا على الأشكال المختلفة الخاصة بها لنهج البيزو السائب، بما في ذلك Ricoh MH5320 Gen6 وFujifilm Dimatix Starfire ومعظم رؤوس الطباعة من Xaar.

أما الطريقة الكهربائية البيزو الكهربائية البديلة فهي طريقة الأنظمة الميكانيكية الكهربائية الدقيقة أو نهج MEMs، والتي تستخدم تكنولوجيا أشباه الموصلات لبناء المشغل. ويسمح ذلك نظرياً بمزيد من التعقيد والدقة. وهناك طريقتان رئيسيتان لإضافة مادة PZT إلى المشغلات، حيث تفضل فوجي فيلم ديماتيكس استخدام مادة PZT المنبثقة وريكو وغيرها باستخدام مادة Sol-Gel، ولكن كلاهما ينتج عنه طبقة رقيقة جدًا من مادة PZT. يتم بناء السيليكون طبقة واحدة في كل مرة، باستخدام الطباعة الليثوغرافية الضوئية لعمل أنماط داخل هذه الطبقات لإنشاء قنوات للدوائر الإلكترونية وإدارة السوائل. ومن الأمثلة النموذجية على ذلك فوجي فيلم ديماتيكس سامبا وإبسون بريسيجنكور وريكو TH5241.

هناك نوع آخر شائع آخر من رؤوس الطباعة وهو نفث الحبر الحراري، أو TIJ، حيث يتم تسخين الحبر حتى يشكل فقاعة بخار تدفع القطرة إلى خارج الفوهة. يعمل هذا النوع فقط مع الأحبار ذات الأساس المائي، مثل حبر اللاتكس أو حبر الراتنج، وتستخدمه HP وMemjet بشكل أساسي في تطبيقات التنسيقات العريضة. تبيع HP أيضًا رؤوس الطباعة الحرارية لمصنعي المعدات الأصلية الآخرين، وذلك بشكل أساسي للاستخدام في تطبيقات الترميز ووضع العلامات وكذلك لبعض تطبيقات طباعة عبوات الرسومات. عادةً ما تكون الرؤوس الحرارية ذات عمر قصير نسبيًا وتعتبر عناصر قابلة للاستهلاك. ومع ذلك، تمكنت كل من HP و Memjet من إطالة العمر التشغيلي لرؤوسها الحرارية في السنوات الأخيرة. تمتلك Canon أيضًا تقنية TIJ ولكنها ركزت بشكل أساسي على الطابعات المكتبية. ومع ذلك، قامت Canon مؤخرًا بتطوير رؤوس طباعة TIJ لطابعة إنتاج تجارية وهي على وشك إطلاق طابعة ملصقات صناعية مزودة برؤوس طباعة حرارية.

ثم هناك نفث الحبر المستمر أو CIJ. وهي ليست ذات صلة بالطباعة ذات التنسيقات العريضة ولكنها تُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الترميز ووضع العلامات. وهو أيضًا الأساس الذي تقوم عليه رؤوس الطباعة UltraStream من Kodak، والتي تُستخدم في طابعاتها التجارية عالية السرعة، Ultra 520، وكذلك لإضافة القدرة الرقمية إلى مكابس الأوفست على الويب. والمبدأ هو أن قطرات الحبر يتم إطلاقها في تيار مستمر يسمح بنفث الحبر بسرعة عالية جداً. تنحرف معظم قطرات الحبر بعيدًا لإعادة استخدامها بحيث لا تسقط سوى القطرات المطلوبة على الركيزة.

أخيرًا، تجدر الإشارة أيضًا إلى أن هناك بعض الاستخدامات في سوق الرسومات لرؤوس الطباعة ValveJet. على سبيل المثال، عرضت ريكو تطبيقًا لطباعة إطارات مخصصة في معرض Fespa Global الذي أقيم مؤخرًا في برلين والذي استخدم نفاثات الصمامات ذات الفوهة الواحدة لكل لون. المبادئ الكامنة وراء نهج نفاثة الصمامات بسيطة إلى حد ما. يوجد ثقب في أحد طرفي حجرة السوائل يتم إغلاقه بواسطة صمام. تستخدم ريكو مشغل بيزو لفتح هذا الصمام وإغلاقه. يتم تزويد السائل من خزان مضغوط، بحيث عندما يتم فتح الفوهة يكون ضغط الهواء كافيًا لإجبار القطرة على الخروج. وتتمثل الميزة في إمكانية نفث قطرات الحبر الكبيرة للحصول على تغطية عالية، مما يسمح باستخدام أحبار أكثر فاعلية مع جزيئات أكبر ولزوجة عالية أعلى من نطاق 100cP.

بالنظر إلى المستقبل، هناك اهتمام متزايد باستخدام الطباعة النافثة للحبر للتطبيقات الصناعية بما في ذلك الطباعة ثلاثية الأبعاد أيضًا. وهذا يعني إمكانات سوقية أكبر لمصنعي رؤوس الطباعة، مما يبرر المزيد من البحث والتطوير الذي سيؤدي في نهاية المطاف إلى زيادة خيارات رؤوس الطباعة لمصنعي المعدات الأصلية للطابعات للعمل معها.