As cabeças de impressão de jato de tinta lançam fluidos com precisão, lidando com vários tipos e viscosidades de tinta. As principais tecnologias são o jato de tinta piezoelétrico (utilizando material PZT) e o jato de tinta térmico (que aquece a tinta até formar vapor). Existe também o jato de tinta contínuo para altas velocidades e o jato de válvula para gotas grandes. A indústria está a assistir a mais I&D, impulsionada por novas aplicações industriais e de impressão 3D.
As cabeças de impressão a jato de tinta estão no centro da revolução digital, bem como de todas as impressoras a jato de tinta, pelo que é sempre útil compreender como funcionam estes dispositivos. O objetivo de uma cabeça de impressão é simplesmente colocar pequenas gotas de um determinado fluido como e quando necessário num substrato. Pode ser uma tinta para uma aplicação de artes gráficas ou um fluido funcional, como um revestimento, para utilização industrial, sendo que a maioria das cabeças foi concebida para responder a muitas aplicações diferentes. A caraterística principal é a precisão na colocação das gotas exatamente onde é necessário, o que se torna mais difícil a velocidades de impressão mais elevadas.
A cabeça de impressão tem de ser capaz de lidar com as caraterísticas de uma gama de diferentes fluidos ou tintas. Muitas das cabeças mais comuns utilizadas atualmente são concebidas para trabalhar com tintas de cura UV, mas outros fluidos podem ser à base de solvente, água ou óleo. De facto, o crescimento constante da impressão têxtil, bem como da impressão comercial de passagem única, levou a um aumento da procura de cabeças de impressão capazes de lidar com tintas à base de água. A cabeça e todos os sistemas de gestão de fluidos associados têm de ser reforçados para resistir a quaisquer químicos presentes nestes fluidos, tais como solventes que possam corroer o material da cabeça ou água que possa provocar um curto-circuito nos componentes eléctricos internos.
Cada vez mais, os OEM querem aumentar a funcionalidade dos seus fluidos, o que os fabricantes de cabeças têm de acompanhar. Em muitos mercados gráficos, existe uma clara tendência para tintas com uma maior carga de pigmentos, o que deverá conduzir a um menor consumo de tinta. Essas tintas vêm geralmente com uma viscosidade mais elevada, o que as torna mais difíceis de aplicar, embora existam muitas formas de contornar este problema, como o aquecimento da tinta para diminuir a sua viscosidade. No entanto, a maioria das cabeças de impressão estão limitadas a lidar com viscosidades até 10 ou 20cP, embora algumas cabeças de impressão Xaar possam lidar com fluidos até 100cP de viscosidade.
Algumas cabeças de impressão podem recircular a tinta dentro da cabeça para evitar que as partículas da tinta se depositem e para eliminar bloqueios à volta dos bicos. Isto é útil para certas tintas, como a branca que contém partículas grandes, bem como para utilizações industriais em que pode haver muito pó e sujidade na atmosfera. A recirculação também pode ajudar a manter a temperatura da tinta, uma vez que esta circula através de um aquecedor.
A grande maioria das impressoras de grande formato utiliza cabeças de impressão piezo-eléctricas de gota a pedido. Estas baseiam-se num fenómeno natural em que uma carga eléctrica pode fazer com que alguns materiais mudem de forma. A maioria destas cabeças de impressão possui actuadores construídos em titanato de zirconato de chumbo, ou PZT, devido às suas propriedades piezoeléctricas muito eficientes na mudança de forma para forçar a tinta das câmaras de tinta, através dos bicos.
Estas cabeças de impressão piezoeléctricas podem ser divididas em duas classes. Talvez o tipo mais comum seja o piezoelétrico em bloco, que utiliza um bloco de material piezoelétrico. Um bom exemplo disto é o atuador de bloco monolítico desenvolvido pela Kyocera. O nome Kyocera deriva de Kyoto Ceramics, e a empresa utilizou a sua experiência em cerâmica para criar um atuador cerâmico policristalino denso utilizando substratos cerâmicos piezoeléctricos finos. O resultado é uma placa de atuador piezo-elétrico muito fina que mede 116 mm de comprimento e 34 mm de largura com uma profundidade de apenas 0,04 mm, que se situa acima das câmaras de tinta dentro da cabeça. Ao controlar com precisão a tensão aplicada a este atuador, através da forma de onda e da eletrónica de acionamento, a Kyocera consegue controlar subtilmente a forma deste atuador para ejetar a tinta de cada uma das câmaras de tinta. Muitas outras cabeças de impressão baseiam-se também nas suas próprias variações da abordagem piezoeléctrica em massa, incluindo a Ricoh MH5320 Gen6, a Fujifilm Dimatix Starfire e a maioria das cabeças de impressão da Xaar.
O método piezoelétrico alternativo é a abordagem dos sistemas microelectromecânicos ou MEM, que utiliza tecnologia de semicondutores para construir o atuador. Em teoria, isto permite uma maior complexidade e precisão. Existem duas abordagens principais para adicionar o PZT aos actuadores, com a Fujifilm Dimatix a favorecer o PZT pulverizado e a Ricoh e outros a utilizar o Sol-Gel, mas ambas resultam numa película muito fina de PZT. O silício é construído uma camada de cada vez, utilizando a fotolitografia para fazer padrões dentro destas camadas para criar os canais para os circuitos electrónicos e a gestão fluídica. Exemplos típicos incluem a Fujifilm Dimatix Samba, a Epson PrecisionCore e a Ricoh TH5241.
Outro tipo comum de cabeça de impressão é o jato de tinta térmico, ou TIJ, em que a tinta é aquecida até formar uma bolha de vapor que força a gota a sair do bocal. Funciona apenas com tintas à base de água, como as tintas de látex ou de resina, e é utilizada principalmente pela HP e pela Memjet em aplicações de grande formato. A HP também vende cabeças de impressão térmicas a outros OEM, principalmente para utilização em aplicações de codificação e marcação, bem como para algumas impressões de embalagens gráficas. As cabeças térmicas têm geralmente um tempo de vida relativamente curto e são consideradas consumíveis. No entanto, tanto a HP como a Memjet conseguiram prolongar a vida útil das suas cabeças térmicas nos últimos anos. A Canon também possui tecnologia TIJ, mas tem-se concentrado principalmente nas impressoras de secretária. No entanto, a Canon desenvolveu recentemente cabeças de impressão TIJ para uma impressora de produção comercial e está prestes a lançar uma impressora de etiquetas industrial com cabeças de impressão térmicas.
Depois, há o jato de tinta contínuo ou CIJ. Esta tecnologia não é relevante para a impressão de grande formato, mas é amplamente utilizada para aplicações de codificação e marcação. É também a base das cabeças de impressão UltraStream da Kodak, que são utilizadas na sua impressora comercial de alta velocidade, a Ultra 520, bem como para acrescentar capacidade digital às impressoras offset rotativas. O princípio é que as gotas de tinta são disparadas num fluxo contínuo que permite um jato a muito alta velocidade. A maioria das gotas de tinta é desviada para ser reutilizada, de modo a que apenas as gotas necessárias caiam efetivamente no substrato.
Por último, vale a pena referir que existem algumas utilizações no mercado gráfico para as cabeças de impressão ValveJet. A Ricoh, por exemplo, apresentou uma aplicação de impressão personalizada de pneus na recente exposição Fespa Global, em Berlim, que utilizava cabeças de impressão ValveJet de bocal único para cada cor. Os princípios subjacentes à abordagem de jato de válvula são bastante simples. Existe um orifício numa das extremidades da câmara de fluido, que é fechado por uma válvula. A Ricoh está a utilizar um atuador piezoelétrico para abrir e fechar esta válvula. O fluido é fornecido a partir de um tanque pressurizado, de modo que, quando o bocal é aberto, a pressão do ar é suficiente para forçar a gota a sair. A vantagem é que pode injetar grandes gotas de tinta para uma cobertura elevada, permitindo tintas mais funcionais com partículas maiores e com uma viscosidade elevada acima da gama de 100cP.
Olhando para o futuro, existe um interesse crescente na utilização da impressão a jato de tinta para aplicações industriais, incluindo também a impressão 3D. Isto significa um maior potencial de mercado para os fabricantes de cabeças de impressão, justificando mais I&D que, em última análise, conduzirá a uma maior escolha de cabeças de impressão para os OEM das impressoras.