Inkjet-printhoveder sprøjter præcist væsker ud og håndterer forskellige blæktyper og viskositeter. De vigtigste teknologier er piezoelektrisk (ved hjælp af PZT-materiale) og termisk inkjet (opvarmning af blæk til damp). Der er også kontinuerlig inkjet til høje hastigheder og valvejet til store dråber. Branchen oplever mere F&U, drevet af nye industrielle og 3D-print-anvendelser.
Inkjet-printhoveder er kernen i den digitale revolution og i alle inkjet-printere, så det er altid nyttigt at forstå, hvordan disse enheder fungerer. Formålet med et printhoved er ganske enkelt at placere små dråber af en given væske på et substrat, når det er nødvendigt. Det kan være blæk til grafisk brug eller en funktionel væske, f.eks. en coating, til industriel brug, og de fleste hoveder er designet til at kunne bruges til mange forskellige formål. Den vigtigste egenskab er nøjagtigheden i placeringen af dråberne præcis, hvor der er brug for dem, hvilket bliver mere udfordrende ved højere printhastigheder.
Printhovedet skal kunne håndtere egenskaberne ved en række forskellige væsker eller blæk. Mange af de mest almindelige hoveder, der bruges i dag, er designet til at køre UV-hærdende trykfarver, men andre væsker kan være baseret på opløsningsmidler, vand eller olie. Den stadige vækst inden for tekstiltryk og kommercielt single pass-tryk har ført til øget efterspørgsel efter printhoveder, der kan håndtere vandbaserede trykfarver. Hovedet og alle de tilhørende væskestyringssystemer skal være hærdede for at kunne modstå de kemikalier, der er i disse væsker, f.eks. opløsningsmidler, der kan æde hovedets materiale, eller vand, der kan forårsage kortslutning af den interne elektronik.
OEM’er ønsker i stigende grad at øge funktionaliteten af deres væsker, hvilket hovedproducenterne er nødt til at følge med i. På mange grafiske markeder er der en klar tendens til blæk med en højere pigmentbelastning, hvilket burde føre til et lavere blækforbrug. Sådanne blæk har generelt en højere viskositet, som gør dem sværere at sprøjte ud, selvom der er mange måder at omgå dette på, f.eks. ved at opvarme blækket for at sænke dets viskositet. De fleste printhoveder er dog begrænset til at håndtere viskositet op til 10 eller 20 cP, selvom nogle Xaar-printhoveder kan håndtere væsker med en viskositet på op til 100 cP.
Nogle printhoveder kan recirkulere blækket i hovedet for at forhindre partikler i blækket i at sætte sig fast og for at fjerne blokeringer omkring dyserne. Det er nyttigt til visse typer blæk, f.eks. hvid, der indeholder store partikler, samt til industriel brug, hvor der kan være meget støv og snavs i atmosfæren. Recirkulation kan også hjælpe med at opretholde temperaturen på blækket, da det cirkulerer forbi et varmelegeme.
Langt de fleste bredformatprintere bruger piezoelektriske drop on demand-printhoveder. De bygger på et naturligt forekommende fænomen, hvor en elektrisk ladning kan få nogle materialer til at ændre form. De fleste af disse printhoveder har aktuatorer bygget af blyzirkonattitanat, eller PZT, på grund af dets meget effektive piezoelektriske egenskaber ved at ændre form for at tvinge blækket fra blækkamrene gennem dyserne.
Disse piezoelektriske printhoveder kan yderligere opdeles i to klasser. Den mest almindelige type er måske bulk-piezo, som bruger en blok af piezoelektrisk materiale. Et godt eksempel på dette er den monolitiske blokaktuator, der er udviklet af Kyocera. Kyocera-navnet stammer fra Kyoto Ceramics, og virksomheden har brugt sin ekspertise inden for keramik til at skabe en tæt polykrystallinsk keramisk aktuator ved hjælp af tynde piezoelektriske keramiske substrater. Resultatet er en meget tynd piezoelektrisk aktuatorplade, der er 116 mm lang og 34 mm bred med en dybde på kun 0,04 mm, og som sidder over blækkamrene i hovedet. Ved præcist at styre den spænding, der tilføres denne aktuator, gennem bølgeformen og drivelektronikken, er Kyocera i stand til subtilt at styre formen på denne aktuator for at skubbe blækket ud af hvert af blækkamrene. Masser af andre printhoveder er også baseret på deres egne variationer af piezotilgangen, herunder Ricoh MH5320 Gen6, Fujifilm Dimatix Starfire og de fleste af Xaars printhoveder.
Den alternative piezoelektriske metode er MicroElectrical Mechanical Systems eller MEMs, som bruger halvlederteknologi til at konstruere aktuatoren. I teorien giver det mulighed for større kompleksitet og præcision. Der er to hovedmetoder til at tilføje PZT til aktuatorerne, hvor Fujifilm Dimatix foretrækker Sputtered PZT, og Ricoh og andre bruger Sol-Gel, men begge resulterer i en meget tynd film af PZT. Siliciumet opbygges et lag ad gangen ved hjælp af fotolitografi til at lave mønstre i disse lag for at skabe kanaler til de elektroniske kredsløb og væskestyringen. Typiske eksempler er Fujifilm Dimatix Samba, Epson PrecisionCore og Ricoh TH5241.
En anden almindelig type printhoved er termisk inkjet eller TIJ, hvor blækket opvarmes, indtil det danner en dampboble, som tvinger dråben ud af dysen. Det fungerer kun med vandbaseret blæk, som f.eks. latex- eller resinblæk, og bruges primært af HP og Memjet i bredformat. HP sælger også termiske printhoveder til andre OEM’er, primært til brug i kodnings- og mærkningsapplikationer samt til visse grafiske emballagetryk. Termiske printhoveder har generelt en relativt kort levetid og betragtes som forbrugsstoffer. Både HP og Memjet har dog formået at forlænge levetiden for deres termiske hoveder i de senere år. Canon har også TIJ-teknologi, men har primært koncentreret sig om stationære printere. Canon har dog for nylig udviklet TIJ-printhoveder til en kommerciel produktionspresse og er ved at lancere en industriel labelpresse med termiske printhoveder.
Så er der kontinuerlig inkjet eller CIJ. Det er ikke relevant for bredformatprint, men bruges i vid udstrækning til kodning og mærkning. Det er også grundlaget for Kodaks UltraStream-printhoveder, som bruges til den kommercielle højhastighedspresse, Ultra 520, samt til at tilføje digital kapacitet til weboffsetpresser. Princippet er, at blækdråberne affyres i en kontinuerlig strøm, der giver mulighed for at sprøjte ved meget høj hastighed. De fleste af blækdråberne afbøjes for at blive genbrugt, så det kun er de nødvendige dråber, der rent faktisk lander på underlaget.
Endelig er det også værd at bemærke, at der er nogle anvendelser på det grafiske marked for ValveJet-printhoveder. Ricoh viste f.eks. en applikation til personlig dæktryk på den nylige Fespa Global-udstilling i Berlin, hvor der blev brugt enkeltdysevalvejets til hver farve. Principperne bag valvejet-tilgangen er ret enkle. Der er et hul i den ene ende af væskekammeret, som lukkes af en ventil. Ricoh bruger en piezo-aktuator til at åbne og lukke denne ventil. Væsken tilføres fra en tryktank, så når dysen åbnes, er lufttrykket nok til at tvinge dråben ud. Fordelen er, at den kan sprøjte store blækdråber ud til høj dækning, hvilket giver mulighed for mere funktionelle blæk med større partikler og med høj viskositet over 100cP-området.
Når vi ser fremad, er der en voksende interesse for at bruge inkjet-print til industrielle formål, herunder også 3D-print. Det betyder et større markedspotentiale for producenterne af printhoveder, hvilket retfærdiggør mere forskning og udvikling, som i sidste ende vil føre til et større udvalg af printhoveder, som printer-OEM’erne kan arbejde med.