Mürekkep püskürtmeli yazıcı kafaları, çeşitli mürekkep türlerini ve viskozitelerini işleyerek sıvıları hassas bir şekilde püskürtmektedir. Ana teknolojiler piezo-elektrik (PZT malzeme kullanarak) ve termal inkjettir (mürekkebi buhara ısıtarak). Ayrıca yüksek hızlar için sürekli inkjet ve büyük damlalar için valfjet de bulunmaktadır. Sektörde, yeni endüstriyel ve 3D baskı uygulamalarının etkisiyle daha fazla Ar-Ge yapılmaktadır.
Mürekkep püskürtmeli yazıcı kafaları dijital devrimin ve her mürekkep püskürtmeli yazıcının kalbinde yer alır, bu nedenle bu cihazların nasıl çalıştığını anlamak her zaman yararlıdır. Bir yazıcı kafasının amacı basitçe, belirli bir sıvının küçük damlalarını bir alt tabaka üzerine gerektiği zaman ve gerektiği şekilde yerleştirmektir. Bu, grafik sanatlar uygulaması için bir mürekkep veya endüstriyel kullanım için kaplama gibi işlevsel bir sıvı olabilir ve çoğu kafa birçok farklı uygulamaya hitap edecek şekilde tasarlanmıştır. Temel özellik, damlacıkların tam olarak gereken yere yerleştirilmesindeki doğruluktur ve bu da daha yüksek baskı hızlarında daha zor hale gelir.
Yazıcı kafası, bir dizi farklı akışkanın veya mürekkebin özelliklerini idare edebilmelidir. Günümüzde kullanılan en yaygın kafaların çoğu UV ile kürlenebilen mürekkepleri çalıştırmak için tasarlanmıştır ancak diğer akışkanlar solvent, su veya yağ bazlı olabilir. Aslında, tekstil baskısının ve tek geçişli ticari baskının istikrarlı büyümesi, su bazlı mürekkepleri işleyebilen baskı kafalarına olan talebin artmasına neden olmuştur. Kafa ve ilgili tüm akışkan yönetim sistemleri, kafanın malzemesini aşındırabilecek solventler veya dahili elektriklerin kısa devre yapmasına neden olabilecek su gibi bu akışkanlarda bulunan kimyasallara karşı dayanıklı olacak şekilde sertleştirilmelidir.
OEM’ler giderek artan bir şekilde sıvılarının işlevselliğini artırmak istiyor ve kafa üreticileri de buna ayak uydurmak zorunda kalıyor. Birçok grafik pazarında, daha düşük mürekkep tüketimine yol açması gereken daha yüksek pigment yüklemeli mürekkeplere doğru açık bir eğilim vardır. Bu tür mürekkepler genellikle daha yüksek viskoziteye sahiptir ve bu da püskürtülmelerini zorlaştırır, ancak viskozitesini düşürmek için mürekkebi ısıtmak gibi birçok yol vardır. Bununla birlikte, çoğu baskı kafası 10 veya 20cP’ye kadar viskoziteyi işlemekle sınırlıdır, ancak bazı Xaar baskı kafaları viskozitesi 100cP’ye kadar olan sıvıları işleyebilir.
Bazı yazıcı kafaları, mürekkebin içindeki parçacıkların çökelmesini önlemek ve püskürtme uçlarının etrafındaki tıkanıklıkları gidermek için mürekkebi kafa içinde devridaim ettirebilir. Bu, büyük parçacıklar içeren beyaz gibi belirli mürekkepler için ve atmosferde çok fazla toz ve kirin olabileceği endüstriyel kullanımlar için yararlıdır. Devridaim, bir ısıtıcıdan geçerken dolaşan mürekkebin sıcaklığının korunmasına da yardımcı olabilir.
Geniş formatlı yazıcıların büyük çoğunluğu piezo-elektrikli drop on demand yazıcı kafaları kullanır. Bunlar, bir elektrik yükünün bazı malzemelerin şekil değiştirmesine neden olabildiği doğal bir olguya dayanır. Bu yazıcı kafalarının çoğunda, mürekkebi mürekkep haznelerinden nozüllere doğru zorlamak için şekil değiştirmede çok etkili piezo-elektrik özellikleri nedeniyle kurşun zirkonat titanat veya PZT’den yapılmış aktüatörler bulunur.
Bu piezo-elektrik yazıcı kafaları iki sınıfa ayrılabilir. Belki de en yaygın tür, bir piezo-elektrik malzeme bloğu kullanan toplu piezodur. Bunun iyi bir örneği Kyocera tarafından geliştirilen monolitik blok aktüatördür. Kyocera ismi Kyoto Ceramics’ten gelmektedir ve şirket seramik alanındaki uzmanlığını ince piezo-elektrik seramik alt tabakalar kullanarak yoğun bir polikristal seramik aktüatör oluşturmak için kullanmıştır. Sonuç, 116 mm uzunluğunda ve 34 mm genişliğinde, sadece 0,04 mm derinliğinde, kafa içindeki mürekkep odacıklarının üzerinde yer alan çok ince bir piezo-elektrik aktüatör plakasıdır. Kyocera, dalga formu ve tahrik elektroniği aracılığıyla bu aktüatöre uygulanan voltajı hassas bir şekilde kontrol ederek, mürekkebi mürekkep odacıklarının her birinden çıkarmak için bu aktüatörün şeklini incelikle kontrol edebiliyor. Ricoh MH5320 Gen6, Fujifilm Dimatix Starfire ve Xaar’ın yazıcı kafalarının çoğu da dahil olmak üzere diğer birçok yazıcı kafası da toplu piezo yaklaşımının kendi varyasyonlarına dayanmaktadır.
Alternatif piezo-elektrik yöntemi, aktüatörü oluşturmak için yarı iletken teknolojisini kullanan Mikro-Elektrik Mekanik sistemler veya MEMs yaklaşımıdır. Teorik olarak bu daha fazla karmaşıklık ve hassasiyet sağlar. Aktüatörlere PZT eklemek için iki ana yaklaşım vardır; Fujifilm Dimatix Püskürtülmüş PZT’yi tercih ederken Ricoh ve diğerleri Sol-Gel kullanmaktadır ancak her ikisi de çok ince bir PZT filmi ile sonuçlanmaktadır. Silikon, elektronik devreler ve akışkan yönetimi için kanallar oluşturmak üzere bu katmanlar içinde desenler yapmak için fotolitografi kullanılarak her seferinde bir katman oluşturulur. Tipik örnekler arasında Fujifilm Dimatix Samba, Epson PrecisionCore ve Ricoh TH5241 sayılabilir.
Bir diğer yaygın yazıcı kafası türü de termal inkjet veya TIJ’dir; burada mürekkep, damlacığı nozülden dışarı iten bir buhar kabarcığı oluşturana kadar ısıtılır. Bu yalnızca lateks veya reçine mürekkep gibi su bazlı mürekkeplerle çalışır ve esas olarak HP ve Memjet tarafından geniş format uygulamalarda kullanılır. HP aynı zamanda diğer OEM’lere de termal baskı kafaları satmaktadır; bunlar çoğunlukla kodlama ve işaretleme uygulamalarında ve bazı grafik ambalaj baskılarında kullanılmaktadır. Termal kafalar genellikle nispeten kısa ömürlüdür ve sarf malzemesi olarak kabul edilir. Ancak hem HP hem de Memjet son yıllarda termal kafalarının çalışma ömrünü uzatmayı başarmıştır. Canon da TIJ teknolojisine sahiptir ancak ağırlıklı olarak masaüstü yazıcılara odaklanmıştır. Ancak Canon yakın zamanda ticari bir üretim baskısı için TIJ baskı kafaları geliştirmiştir ve termal baskı kafalarına sahip endüstriyel bir etiket baskısını piyasaya sürmek üzeredir.
Bir de sürekli inkjet veya CIJ var. Bu geniş format baskı ile ilgili değildir ancak kodlama ve işaretleme uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda Kodak’ın yüksek hızlı ticari baskı makinesi Ultra 520’de ve web ofset baskı makinelerine dijital özellik eklemek için kullanılan UltraStream baskı kafalarının arkasındaki temeldir. Prensip, mürekkep damlalarının çok yüksek hızda püskürtmeye olanak tanıyan sürekli bir akış halinde ateşlenmesidir. Mürekkep damlalarının çoğu yeniden kullanılmak üzere saptırılır, böylece yalnızca gerekli olan damlalar alt tabakaya düşer.
Son olarak, grafik pazarında ValveJet baskı kafaları için bazı kullanım alanları olduğunu da belirtmek gerekir. Örneğin Ricoh, Berlin’deki son Fespa Global fuarında her renk için tek nozullu valfjet kullanan kişiselleştirilmiş bir lastik baskı uygulaması gösterdi. Valvejet yaklaşımının arkasındaki ilkeler oldukça basittir. Sıvı haznesinin bir ucunda, bir valf tarafından kapatılan bir delik var. Ricoh bu valfi açmak ve kapatmak için bir piezo aktüatör kullanıyor. Akışkan basınçlı bir tanktan sağlanıyor, böylece nozül açıldığında hava basıncı damlayı dışarı itmek için yeterli oluyor. Bunun avantajı, yüksek kapsama alanı için büyük mürekkep damlaları püskürtebilmesi ve daha büyük partiküllü ve 100cP aralığının üzerinde yüksek viskoziteli daha işlevsel mürekkeplere izin vermesidir.
İleriye baktığımızda, 3D baskı da dahil olmak üzere endüstriyel uygulamalar için inkjet baskının kullanılmasına yönelik artan bir ilgi var. Bu, yazıcı kafası üreticileri için daha büyük bir pazar potansiyeli anlamına geliyor ve sonuçta yazıcı OEM’lerinin birlikte çalışabileceği daha fazla yazıcı kafası seçeneğine yol açacak daha fazla Ar-Ge’yi haklı çıkarıyor.