Los cabezales de inyección de tinta inyectan fluidos con precisión, manejando varios tipos de tinta y viscosidades. Las principales tecnologías son la piezoeléctrica (que utiliza material PZT) y la de chorro de tinta térmico (que calienta la tinta hasta convertirla en vapor). También existe el chorro de tinta continuo para altas velocidades y el chorro de válvula para gotas grandes. El sector está experimentando un aumento de la I+D, impulsado por las nuevas aplicaciones industriales y de impresión 3D.
Los cabezales de impresión de chorro de tinta están en el corazón de la revolución digital, así como todas las impresoras de chorro de tinta, por lo que siempre es útil entender cómo funcionan estos dispositivos. El objetivo de un cabezal de impresión es simplemente depositar pequeñas gotas de un fluido determinado, según y cuando sea necesario, sobre un sustrato. Puede tratarse de una tinta para una aplicación de artes gráficas o de un fluido funcional, como un revestimiento, para uso industrial, y la mayoría de los cabezales están diseñados para atender muchas aplicaciones diferentes. La característica clave es la precisión a la hora de colocar las gotas exactamente donde se necesitan, lo que resulta más difícil a velocidades de impresión más altas.
El cabezal de impresión tiene que ser capaz de manejar las características de una serie de fluidos o tintas diferentes. Muchos de los cabezales más comunes que se utilizan hoy en día están diseñados para funcionar con tintas curables por UV, pero otros fluidos pueden estar basados en disolvente, agua o aceite. De hecho, el crecimiento constante de la impresión textil, además de la impresión comercial de una sola pasada, ha provocado un aumento de la demanda de cabezales de impresión que puedan manejar tintas basadas en agua. El cabezal y todos los sistemas de gestión de fluidos asociados deben endurecerse para resistir las sustancias químicas que contengan estos fluidos, como los disolventes, que podrían corroer el material del cabezal, o el agua, que podría provocar un cortocircuito en los componentes eléctricos internos.
Cada vez más, los fabricantes de equipos originales quieren aumentar la funcionalidad de sus fluidos, con lo que los fabricantes de cabezales tienen que estar a la altura. En muchos mercados gráficos hay una clara tendencia hacia las tintas con una mayor carga de pigmentos, lo que debería conducir a un menor consumo de tinta. Estas tintas suelen tener una mayor viscosidad, lo que las hace más difíciles de inyectar, aunque hay muchas formas de evitarlo, como calentar la tinta para reducir su viscosidad. Sin embargo, la mayoría de los cabezales de impresión están limitados a manejar viscosidades de hasta 10 ó 20cP, aunque algunos cabezales Xaar pueden manejar fluidos de hasta 100cP de viscosidad.
Algunos cabezales de impresión pueden recircular la tinta dentro del cabezal para evitar que se depositen partículas en la tinta y eliminar los atascos alrededor de las boquillas. Esto es útil para determinadas tintas, como la blanca que contiene partículas grandes, así como para usos industriales en los que puede haber mucho polvo y suciedad en la atmósfera. La recirculación también puede ayudar a mantener la temperatura de la tinta, ya que circula más allá de un calentador.
La gran mayoría de las impresoras de gran formato utilizan cabezales piezoeléctricos de gota a presión. Se basan en un fenómeno natural en el que una carga eléctrica puede hacer que algunos materiales cambien de forma. La mayoría de estos cabezales de impresión incorporan actuadores fabricados con titanato de circonato de plomo, o PZT, debido a sus propiedades piezoeléctricas muy eficaces a la hora de cambiar de forma para forzar la tinta desde las cámaras de tinta, a través de los inyectores.
Estos cabezales de impresión piezoeléctricos pueden dividirse a su vez en dos clases. Quizá el tipo más común sea el piezoeléctrico a granel, que utiliza un bloque de material piezoeléctrico. Un buen ejemplo de ello es el actuador de bloque monolítico desarrollado por Kyocera. El nombre Kyocera deriva de Kyoto Ceramics, y la empresa ha utilizado su experiencia en cerámica para crear un actuador cerámico policristalino denso utilizando sustratos cerámicos piezoeléctricos finos. El resultado es una placa de actuador piezoeléctrico muy fina que mide 116 mm de largo y 34 mm de ancho, con una profundidad de sólo 0,04 mm, y que se sitúa por encima de las cámaras de tinta del cabezal. Controlando con precisión el voltaje aplicado a este actuador, mediante la forma de onda y la electrónica de accionamiento, Kyocera es capaz de controlar sutilmente la forma de este actuador para expulsar la tinta de cada una de las cámaras de tinta. Muchos otros cabezales de impresión también se basan en sus propias variaciones del enfoque piezoeléctrico masivo, como el Ricoh MH5320 Gen6, el Fujifilm Dimatix Starfire y la mayoría de los cabezales de Xaar.
El método piezoeléctrico alternativo es el de los sistemas MicroElectro Mecánicos o MEMs, que utiliza tecnología de semiconductores para construir el actuador. En teoría, esto permite una mayor complejidad y precisión. Hay dos métodos principales para añadir el PZT a los actuadores: Fujifilm Dimatix prefiere el PZT pulverizado y Ricoh y otros utilizan Sol-Gel, pero ambos dan como resultado una película muy fina de PZT. El silicio se construye capa a capa, utilizando fotolitografía para crear patrones dentro de estas capas para crear los canales para los circuitos electrónicos y la gestión de fluidos. Algunos ejemplos típicos son la Fujifilm Dimatix Samba, la Epson PrecisionCore y la Ricoh TH5241.
Otro tipo común de cabezal de impresión es el de inyección de tinta térmica, o TIJ, en el que la tinta se calienta hasta que forma una burbuja de vapor que fuerza la gota a salir de la boquilla. Esto sólo funciona con tintas de base acuosa, como las de látex o resina, y lo utilizan principalmente HP y Memjet en aplicaciones de gran formato. HP también vende cabezales térmicos a otros fabricantes de equipos originales, principalmente para su uso en aplicaciones de codificación y marcado, así como para algunas impresiones de envases gráficos. Los cabezales térmicos suelen tener una vida relativamente corta y se consideran artículos consumibles. Sin embargo, tanto HP como Memjet han conseguido prolongar la vida útil de sus cabezales térmicos en los últimos años. Canon también dispone de tecnología TIJ, pero se ha concentrado principalmente en las impresoras de sobremesa. Sin embargo, Canon ha desarrollado recientemente cabezales TIJ para una prensa de producción comercial y está a punto de lanzar una prensa industrial de etiquetas con cabezales térmicos.
También está la inyección de tinta continua o CIJ. No es relevante para la impresión de gran formato, pero se utiliza mucho para aplicaciones de codificación y marcaje. También es la base de los cabezales de impresión UltraStream de Kodak, que se utilizan en su rotativa comercial de alta velocidad, la Ultra 520, así como para añadir capacidad digital a las rotativas offset. El principio es que las gotas de tinta se disparan en un chorro continuo que permite un chorro a muy alta velocidad. La mayoría de las gotas de tinta se desvían para ser reutilizadas, de modo que sólo caen sobre el sustrato las gotas necesarias.
Por último, también merece la pena señalar que existen algunos usos en el mercado gráfico para los cabezales de impresión ValveJet. Ricoh, por ejemplo, mostró una aplicación de impresión personalizada de neumáticos en la reciente feria Fespa Global de Berlín, en la que se utilizaban cabezales ValveJet de boquilla única para cada color. Los principios en los que se basa el método de inyección de válvula son bastante sencillos. Hay un orificio en un extremo de la cámara de fluido, que se cierra mediante una válvula. Ricoh utiliza un actuador piezoeléctrico para abrir y cerrar esta válvula. El fluido se suministra desde un depósito presurizado, de modo que cuando se abre la boquilla la presión del aire es suficiente para forzar la salida de la gota. La ventaja es que puede inyectar gotas de tinta de gran tamaño para obtener una cobertura elevada, lo que permite utilizar tintas más funcionales con partículas más grandes y con una viscosidad elevada por encima del rango de 100cP.
De cara al futuro, hay un interés creciente en utilizar la impresión de chorro de tinta para aplicaciones industriales, incluida también la impresión 3D. Eso significa un mayor potencial de mercado para los fabricantes de cabezales de impresión, lo que justifica más I+D que, en última instancia, dará lugar a una mayor variedad de cabezales de impresión con los que podrán trabajar los OEM de impresoras.