Οι κεφαλές εκτύπωσης inkjet εκτοξεύουν με ακρίβεια υγρά, χειριζόμενες διάφορους τύπους μελανιού και ιξώδες. Οι κύριες τεχνολογίες είναι η πιεζοηλεκτρική (με χρήση υλικού PZT) και η θερμική inkjet (θέρμανση μελανιού σε ατμό). Υπάρχει επίσης το συνεχές inkjet για υψηλές ταχύτητες και το valvejet για μεγάλες σταγόνες. Ο κλάδος βλέπει περισσότερη Ε&Α, λόγω των νέων βιομηχανικών εφαρμογών και της τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Οι κεφαλές εκτύπωσης inkjet βρίσκονται στην καρδιά της ψηφιακής επανάστασης καθώς και κάθε εκτυπωτή inkjet, οπότε είναι πάντα χρήσιμο να κατανοούμε πώς λειτουργούν αυτές οι συσκευές. Ο σκοπός μιας κεφαλής εκτύπωσης είναι απλώς να τοποθετεί μικρές σταγόνες ενός συγκεκριμένου υγρού, όπως και όταν χρειάζεται, σε ένα υπόστρωμα. Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα μελάνι για μια εφαρμογή γραφικών τεχνών ή ένα λειτουργικό υγρό, όπως μια επίστρωση, για βιομηχανική χρήση, με τις περισσότερες κεφαλές να έχουν σχεδιαστεί για να καλύπτουν πολλές διαφορετικές εφαρμογές. Το βασικό χαρακτηριστικό είναι η ακρίβεια στην τοποθέτηση των σταγονιδίων ακριβώς εκεί που χρειάζεται, η οποία γίνεται πιο δύσκολη σε υψηλότερες ταχύτητες εκτύπωσης.
Η κεφαλή εκτύπωσης πρέπει να μπορεί να χειριστεί τα χαρακτηριστικά μιας σειράς διαφορετικών υγρών ή μελανιών. Πολλές από τις πιο συνηθισμένες κεφαλές που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με μελάνια με δυνατότητα σκλήρυνσης με υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά άλλα υγρά μπορεί να βασίζονται σε διαλύτη, νερό ή λάδι. Πράγματι, η σταθερή ανάπτυξη της εκτύπωσης υφασμάτων, καθώς και της εμπορικής εκτύπωσης ενός περάσματος, έχει οδηγήσει σε αυξημένη ζήτηση για κεφαλές εκτύπωσης που μπορούν να χειριστούν μελάνια με βάση το νερό. Η κεφαλή και όλα τα συναφή συστήματα διαχείρισης υγρών πρέπει να είναι σκληρυμένα ώστε να αντέχουν σε οποιαδήποτε χημική ουσία περιέχεται σε αυτά τα υγρά, όπως διαλύτες που μπορεί να διαβρώσουν το υλικό της κεφαλής ή νερό που μπορεί να προκαλέσει βραχυκύκλωμα των εσωτερικών ηλεκτρικών στοιχείων.
Όλο και περισσότερο, οι κατασκευαστές ΟΕΜ θέλουν να αυξήσουν τη λειτουργικότητα των υγρών τους, με την οποία πρέπει να συμβαδίζουν οι κατασκευαστές κεφαλών. Σε πολλές αγορές γραφικών υπάρχει σαφής τάση προς μελάνια με υψηλότερο φορτίο χρωστικών ουσιών, γεγονός που θα πρέπει να οδηγήσει σε χαμηλότερη κατανάλωση μελανιού. Τέτοια μελάνια συνοδεύονται γενικά από υψηλότερο ιξώδες που τα καθιστά δυσκολότερο να εκτοξευθούν, αν και υπάρχουν πολλοί τρόποι για να παρακαμφθεί αυτό, όπως η θέρμανση του μελανιού για να μειωθεί το ιξώδες του. Ωστόσο, οι περισσότερες κεφαλές εκτύπωσης περιορίζονται στο χειρισμό ιξώδους έως 10 ή 20cP, αν και ορισμένες κεφαλές εκτύπωσης Xaar μπορούν να χειριστούν υγρά με ιξώδες έως 100cP.
Ορισμένες κεφαλές εκτύπωσης μπορούν να ανακυκλώνουν το μελάνι εντός της κεφαλής για να αποτρέψουν την καθίζηση των σωματιδίων μέσα στο μελάνι και να εξαλείψουν τα μπλοκαρίσματα γύρω από τα ακροφύσια. Αυτό είναι χρήσιμο για ορισμένα μελάνια, όπως το λευκό που περιέχει μεγάλα σωματίδια, καθώς και για βιομηχανικές χρήσεις όπου μπορεί να υπάρχει πολλή σκόνη και βρωμιά στην ατμόσφαιρα. Η ανακυκλοφορία μπορεί επίσης να βοηθήσει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του μελανιού, καθώς αυτό κυκλοφορεί πέρα από ένα θερμαντήρα.
Η συντριπτική πλειονότητα των εκτυπωτών ευρείας μορφής χρησιμοποιεί πιεζοηλεκτρικές κεφαλές εκτύπωσης drop on demand. Αυτές βασίζονται σε ένα φυσικό φαινόμενο όπου ένα ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να προκαλέσει την αλλαγή σχήματος ορισμένων υλικών. Οι περισσότερες από αυτές τις κεφαλές εκτύπωσης διαθέτουν ενεργοποιητές κατασκευασμένους από τιτανικό ζιρκονικό μόλυβδο, ή PZT, λόγω των πολύ αποτελεσματικών πιεζοηλεκτρικών ιδιοτήτων του στην αλλαγή σχήματος για να ωθήσει το μελάνι από τους θαλάμους μελάνης, μέσω των ακροφυσίων.
Αυτές οι πιεζοηλεκτρικές κεφαλές εκτύπωσης μπορούν να χωριστούν περαιτέρω σε δύο κατηγορίες. Ίσως ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι ο χύμα πιεζοηλεκτρικός, ο οποίος χρησιμοποιεί ένα μπλοκ πιεζοηλεκτρικού υλικού. Ένα καλό παράδειγμα είναι ο μονολιθικός ενεργοποιητής μπλοκ που αναπτύχθηκε από την Kyocera. Το όνομα Kyocera προέρχεται από το Kyoto Ceramics και η εταιρεία χρησιμοποίησε την τεχνογνωσία της στα κεραμικά για να δημιουργήσει έναν πυκνό πολυκρυσταλλικό κεραμικό ενεργοποιητή χρησιμοποιώντας λεπτά πιεζοηλεκτρικά κεραμικά υποστρώματα. Το αποτέλεσμα είναι μια πολύ λεπτή πιεζοηλεκτρική πλάκα ενεργοποιητή μήκους 116 mm και πλάτους 34 mm με βάθος μόλις 0,04 mm, η οποία βρίσκεται πάνω από τους θαλάμους μελάνης μέσα στην κεφαλή. Ελέγχοντας με ακρίβεια την τάση που εφαρμόζεται σε αυτόν τον ενεργοποιητή, μέσω της κυματομορφής και των ηλεκτρονικών στοιχείων οδήγησης, η Kyocera είναι σε θέση να ελέγχει διακριτικά το σχήμα αυτού του ενεργοποιητή για την εκτόξευση του μελανιού από κάθε ένα από τους θαλάμους μελανιού. Πολλές άλλες κεφαλές εκτύπωσης βασίζονται επίσης στις δικές τους παραλλαγές της προσέγγισης του πιεζοειδούς υλικού, όπως η Ricoh MH5320 Gen6, η Fujifilm Dimatix Starfire και οι περισσότερες κεφαλές εκτύπωσης της Xaar.
Η εναλλακτική πιεζοηλεκτρική μέθοδος είναι η προσέγγιση των Μικροηλεκτρικών Μηχανικών Συστημάτων ή MEMs, η οποία χρησιμοποιεί τεχνολογία ημιαγωγών για την κατασκευή του ενεργοποιητή. Θεωρητικά αυτό επιτρέπει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα και ακρίβεια. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για την προσθήκη του PZT στους ενεργοποιητές, με την Fujifilm Dimatix να προτιμά το Sputtered PZT και την Ricoh και άλλους να χρησιμοποιούν το Sol-Gel, αλλά και οι δύο έχουν ως αποτέλεσμα ένα πολύ λεπτό φιλμ PZT. Το πυρίτιο κατασκευάζεται ένα στρώμα τη φορά, με τη χρήση φωτολιθογραφίας για τη δημιουργία σχεδίων μέσα σε αυτά τα στρώματα, ώστε να δημιουργηθούν τα κανάλια για τα ηλεκτρονικά κυκλώματα και τη διαχείριση των ρευστών. Χαρακτηριστικά παραδείγματα είναι η Fujifilm Dimatix Samba, η Epson PrecisionCore και η Ricoh TH5241.
Ένας άλλος κοινός τύπος κεφαλής εκτύπωσης είναι ο θερμικός εκτυπωτής μελάνης ή TIJ, όπου το μελάνι θερμαίνεται μέχρι να σχηματίσει μια φούσκα ατμών που αναγκάζει το σταγονίδιο να βγει από το ακροφύσιο. Αυτό λειτουργεί μόνο με μελάνια με βάση το νερό, όπως μελάνι λατέξ ή ρητίνη, και χρησιμοποιείται κυρίως από την HP και τη Memjet σε εφαρμογές μεγάλου μεγέθους. Η HP πωλεί επίσης θερμικές κεφαλές εκτύπωσης σε άλλους κατασκευαστές ΟΕΜ, κυρίως για χρήση σε εφαρμογές κωδικοποίησης και σήμανσης, καθώς και για ορισμένες εκτυπώσεις γραφικών συσκευασίας. Οι θερμικές κεφαλές έχουν γενικά σχετικά μικρή διάρκεια ζωής και θεωρούνται αναλώσιμα στοιχεία. Ωστόσο, τόσο η HP όσο και η Memjet έχουν καταφέρει να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των θερμικών κεφαλών τους τα τελευταία χρόνια. Η Canon διαθέτει επίσης τεχνολογία TIJ, αλλά έχει επικεντρωθεί κυρίως σε επιτραπέζιους εκτυπωτές. Ωστόσο, η Canon ανέπτυξε πρόσφατα κεφαλές εκτύπωσης TIJ για μια εμπορική πρέσα παραγωγής και πρόκειται να λανσάρει μια βιομηχανική πρέσα ετικετών με θερμικές κεφαλές εκτύπωσης.
Στη συνέχεια, υπάρχει ο συνεχής εκτυπωτής μελάνης ή CIJ. Αυτό δεν αφορά την εκτύπωση μεγάλου μεγέθους, αλλά χρησιμοποιείται ευρέως για εφαρμογές κωδικοποίησης και σήμανσης. Είναι επίσης η βάση πίσω από τις κεφαλές εκτύπωσης UltraStream της Kodak, οι οποίες χρησιμοποιούνται για το εμπορικό πιεστήριο υψηλής ταχύτητας, το Ultra 520, καθώς και για την προσθήκη ψηφιακών δυνατοτήτων σε εκτυπωτικά μηχανήματα web offset. Η αρχή είναι ότι οι σταγόνες μελανιού εκτοξεύονται σε ένα συνεχές ρεύμα που επιτρέπει την εκτόξευση με πολύ υψηλή ταχύτητα. Οι περισσότερες από τις σταγόνες μελάνης εκτρέπονται για να επαναχρησιμοποιηθούν, έτσι ώστε μόνο οι σταγόνες που απαιτούνται να προσγειώνονται πραγματικά στο υπόστρωμα.
Τέλος, αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι υπάρχουν ορισμένες χρήσεις στην αγορά γραφικών για τις κεφαλές εκτύπωσης ValveJet. Η Ricoh, για παράδειγμα, παρουσίασε μια εφαρμογή εξατομικευμένης εκτύπωσης ελαστικών στην πρόσφατη έκθεση Fespa Global στο Βερολίνο, η οποία χρησιμοποίησε βαλβιδοκεφαλές με ένα ακροφύσιο για κάθε χρώμα. Οι αρχές που διέπουν την προσέγγιση των βαλβιδοπροβολέων είναι αρκετά απλές. Υπάρχει μια οπή στο ένα άκρο του θαλάμου υγρού, η οποία κλείνει με μια βαλβίδα. Η Ricoh χρησιμοποιεί έναν πιεζοκινητήρα για να ανοίγει και να κλείνει αυτή τη βαλβίδα. Το υγρό τροφοδοτείται από μια δεξαμενή υπό πίεση, έτσι ώστε όταν ανοίγει το ακροφύσιο, η πίεση του αέρα να είναι αρκετή για να εξαναγκάσει τη σταγόνα να βγει έξω. Το πλεονέκτημα είναι ότι μπορεί να εκτοξεύσει μεγάλες σταγόνες μελανιού για υψηλή κάλυψη, επιτρέποντας πιο λειτουργικά μελάνια με μεγαλύτερα σωματίδια και με υψηλό ιξώδες πάνω από την περιοχή των 100cP.
Όσον αφορά το μέλλον, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη χρήση της εκτύπωσης μελάνης για βιομηχανικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης και της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Αυτό σημαίνει μεγαλύτερες δυνατότητες αγοράς για τους κατασκευαστές κεφαλών εκτύπωσης, γεγονός που δικαιολογεί περισσότερη Ε&Α που θα οδηγήσει τελικά σε μεγαλύτερη επιλογή κεφαλών εκτύπωσης για τους κατασκευαστές εκτυπωτών.