西蒙-埃克斯(Simon Eccles)进一步了解了喷墨打印头,并对在打印行业掀起波澜的下一代喷墨打印头进行了展望。

 

按需喷墨、连续喷墨、压电、热敏、固体、二进制、灰度。这些都是在描述喷墨打印机,特别是其打印头类型时信手拈来的术语。

如果你知道它们的含义,那么这些术语就能让你很好地预测打印机的用途和操作方式。如果你不知道,很少有人会停下来解释它们。

因此,我们在此对它们进行解释。有些术语描述打印头的基本设计,有些则描述打印头的作用或工作方式。有些术语可以重复使用,以获得更精确的解释,例如压电式灰度打印头,有些则相互排斥–你不可能有二进制灰度打印头。

这就是FESPA 的喷墨打印头术语指南。从什么是打印头开始?

喷墨打印机中将墨滴喷射到介质上的部件。这是一种非常高精度的装置,制造它需要大量的知识产权(技术诀窍)和对洁净室工厂的大量投资。现代喷头通常使用的制造技术(如薄膜硅 MEMS)与微芯片制造有很多共同之处。

典型的喷头内部有驱动电子装置、进墨附件和至少一个(通常是数百个)通向喷嘴的墨腔,喷嘴是喷嘴板上的孔。

油墨输入通道的直径只有几十微米,喷嘴的直径通常为 20-50 微米。人的头发直径约为 80 微米。

标牌和其他图形应用中使用的大多数喷头都有数百个喷嘴,这些喷嘴可单独控制,以产生和投射墨滴(另请参阅 “按需墨滴”)。要在喷头的一次通过中产生数百万个墨滴,并确保它们在正确的位置击中介质,需要非常先进的电子设备。

有些喷墨机只有一个喷嘴,喷射出连续的墨滴流,这些墨滴流通过静电板或气流偏向或偏离介质。这些喷墨通常用于编码和标记系统,而非图形。参见连续喷墨。

虽然全球有数百家喷码机制造商,但它们都是从相对较少的专业制造商那里获得喷头,然后通过安装、电子、供墨、固件和驱动软件的组合将喷头集成到喷码机中。

只有少数几家大幅面打印机制造商拥有自己的打印头工厂,包括佳能爱普生/精工爱普生富士胶片(尽管是其子公司富士胶片 Dimatix)、惠普施乐

所有其他制造商都购买打印头或与打印机制造商合资经营。上述大多数制造商都会以 OEM 的方式向其他制造商提供打印头(尽管有时他们会为自己保留最新型号的打印头)。其他打印头制造商包括柯尼卡美能达京瓷松下理光东芝 TEC赛尔

按需投放(DoD)

这是打印头类型的总称,通常出现在用于高质量图形的现代喷墨打印机中,包括您在 FESPA 展会和本网站上看到的所有宽幅打印机。

按需滴墨是指喷墨喷嘴在需要时产生墨滴并投射到介质上形成印记。该术语的出现主要是为了与早期的连续流喷头(见下文的连续流喷头)形成对比。

按需滴下式喷头还可进一步细分为热敏或压电类型(见下文)。

喷墨打印头,可在打印机运行时持续喷射墨滴。通常情况下,每个喷头只有一个喷嘴,但也可使用喷头阵列来建立更宽的打印范围。

通过带静电场的带电金属板,或(在柯达的情况下)通过精确定时的空气喷射,使墨流偏向或偏离介质。不需要的墨水会被收集到集墨槽中,经过过滤后再返回储墨箱。

如今,这些打印头通常用于编码和标记系统,而不是复杂的图形打印机。

柯达 Prosper 系列喷头是个例外,该系列喷头使用高度发达的连续喷墨技术 Stream,可提供极高的图像质量。目前,Prosper 和 Stream 还没有用于任何专用的标识和显示类喷码机。

这是第一种按需喷墨打印头,20 世纪 80 年代初用于第一批台式喷墨打印机。热敏喷头效率高,可提供极高的图像质量和速度,可与压电喷头相媲美,但与压电喷头不同的是,热敏喷头只能使用水基墨水,因此通常仅限于室内应用。

惠普的乳胶墨水是个例外:它们可以与惠普热敏打印头配合使用。原因是它们在水悬浮液中含有热激活聚合物,适合户外使用。

热敏技术是由日本的打印头技术公司和美国的惠普公司于 20 世纪 70 年代同时独立发明的。

其原理是,打印头墨水腔内的元件迅速加热,使液态墨水汽化并形成气泡,气泡膨胀并迫使墨水从腔一端的孔(喷嘴)中滴出。

然后关闭加热元件,使气泡冷却、凝结和收缩。喷嘴的表面张力阻止了空气的反向吸入,因此更多的液体墨水从进墨管被吸入腔体。佳能公司是热敏头的共同发明者,它创造了 “气泡喷射 “一词,就是因为这种工作方式。

到目前为止,还没有真正意义上的灰度热敏头,因此它们都是二进制的,这意味着液滴的大小总是相同的。不过,惠普已经开发出不同大小的成对喷嘴,在一定程度上实现了灰度效果。

热应力对磁头的磨损很快,因此磁头被设计成消耗品,在工作几十或几百个小时后就可以方便、便宜地更换。

通常称为压电打印头。20 世纪 90 年代,这些按需滴墨头开始出现在早期的大幅面印刷机上,并彻底改变了这一行业。这意味着原本用于丝网印刷的溶剂型油墨和紫外线固化油墨现在也可以进行数字印刷。

压电打印头都是基于这样的原理:当电流通过一种特定类型的晶体(在喷墨打印机中通常为锆钛酸铅,写为 PZT)时,该晶体会膨胀或收缩,然后再次关闭。这种膨胀/收缩是墨腔泵的基础。

根据晶体的构造(称为 “弯曲 “或 “剪切 “模式),双向膨胀可以吸入墨水,然后迫使墨水通过喷嘴流出腔体(爱普生采用这种方式),或者产生声压波,产生相同的效果,但能量较小(赛尔采用这种方式)。

电流的开关非常迅速,晶体的膨胀/收缩也几乎是瞬时的,因此控制点形成的范围比热敏头要大得多。

这意味着某些压电头可以从相同的腔体和喷嘴中产生不同大小的墨滴,从而在介质上产生不同的油墨密度。这些称为灰度头(见下文)。

压电效应适用于几乎所有流体,因此压电打印头可以处理溶剂型油墨、UV 固化油墨(包括一些用于 3D 打印的油墨)和水性油墨。它们还可用于具有挑战性的流体,如导电油墨、大颗粒不透明白色和金属油墨、3D 打印油墨和相变油墨,这些油墨在到达墨腔时是液体。

压电打印头的使用寿命比热敏打印头要长得多,因为热应力较小,而且压电晶体可以膨胀/收缩数百万次。只要没有致命的堵塞或外部损坏,压电打印头通常可在机器的使用寿命内使用。不过,与热敏头相比,压电头的制造和购买成本要高得多,因此用户需要投入更多精力进行维护。

这些术语表示喷头喷射的墨滴是否大小相同,或者是否可以以某种方式改变喷头喷射的墨滴,从而控制到达介质的墨水密度,使墨水的色调更浅。与半色调技术相结合,灰度可以大大扩展喷墨的色调范围,同时允许使用相对较小的喷嘴间距或较少的喷印次数。

压电喷头最初总是二进制的,这意味着它们只会产生大小相同的墨滴。通过使用半色调技术,您可以从二进制喷头获得很好的色调范围,但高光色调看起来会有点颗粒感,除非您使用超细喷嘴间距(和/或添加额外的浅色墨水)。

典型的二进制液滴大小为 30 至 100 皮升。要获得更精细的效果,液滴可以更小,但这意味着需要更多的印刷次数来增加印刷中固体区域的密度,因此印刷速度会更慢。

灰度打印头可以改变单个打印点的密度,因此墨滴可以显示从 30% 或 50% 到 100% 的色彩。这样做的好处是,较低的分辨率和较少的打印头通过次数就能达到与原始分辨率高得多的二进制打印头相同的 “有效分辨率”。

例如,据说灰度头的分辨率为 360 dpi 时,效果与 1,000 dpi 的二进制图像相同,这与您通常所需的照片效果一样好,甚至可用于特写浏览。

压电头通过几种不同的方法来改变点的大小,通常取决于各个制造商及其拥有的专利或希望避免侵犯的专利。根据不同的精确方法,可能会有三种至多种尺寸的点滴。

最精细的喷头(通常用于摄影)上的最小尺寸小于 2 皮升)。对于标牌打印机来说,最小墨滴的尺寸通常为 10 到 20 皮升,因为速度和覆盖范围比近距离观察质量更重要。

热灰度

到目前为止,只有压电打印头才能实现真正的可变墨滴尺寸。不过,惠普已经为其热敏 PageWide 喷头开发了一种灰度形式,称为 “高清喷嘴架构”。到目前为止,这种技术只用于其用于商业印刷的大型 T 系列喷墨卷筒纸印刷机,而不用于宽幅 PageWide XL 单程机型,后者到目前为止主要用于 CAD 和平面设计工作。

虽然每个喷嘴喷出的墨滴大小总是相同,但它将喷头中的大喷嘴和小喷嘴非常紧密地组合在一起,并将它们视为一个成像元件。然后,它将两对喷嘴作为一个成像元件进行灰度控制。

通过发射两个小喷嘴和两个大喷嘴的不同组合,可以实现五个灰度等级(实际上是白色加四个等级)。HDNA 喷嘴间距为 2,400 dpi,因此喷嘴对的原始分辨率为 1,200 dpi,灰度集为 600 dpi。

通过在大喷嘴和小喷嘴中使用不同颜色的墨水(如青色和淡青色),可以进一步控制密度。还可以单独控制喷嘴组,以获得更高的速度或分辨率,同时减少灰度级。

 

这是对喷嘴间距的描述,意指打印头在给定区域内能产生的实际墨滴数量。业界通常用每英寸点数来表示,而不是公制单位。因此,如果喷头宽 1.5 英寸(38 毫米),整个宽度上有 540 个喷嘴,那么原始分辨率就是 360 dpi。

许多宽幅喷墨打印机都是通过一系列的重叠处理来生成图像的,因此介质上每英寸的墨滴可能比原始分辨率本身所能提供的要多得多。dpi 越高,最终印刷品看起来就越像连续色调的照片。

与喷嘴间距相同的二进制喷头相比,灰度喷头可产生一系列不同的网点密度,从而提供更大的色调范围。

因此,灰度打印机制造商通常会谈论 “等效 “分辨率,例如,360 dpi 灰度打印头的打印质量可能相当于 1,000 dpi 二进制打印头的打印质量。

有些喷头的原始分辨率也非常高,例如爱普生的 Micro Piezo PrecisionCore TFT喷头(用于 SureColor 打印机)的原始分辨率为 600 dpi,有五种墨滴大小,从 1.5 到 23 皮升不等。

上文提到的惠普 PageWide HDNA 通过交替使用大喷嘴和小喷嘴,喷嘴间距达到 2,400 dpi,但由于它们是成对控制的,因此原始分辨率可视为 1,200 dpi。

业内人士如果希望了解更多有关惠普和爱普生套件的信息以及它们能为企业带来的好处,可以在5月8日至12日于德国汉堡展览中心举行的 2017年国际电子消费品展览会上与这两家公司的专家进行交流。

惠普和爱普生是 700 多个参展品牌中的两个,预计此次展会将吸引创纪录的参观人数。

了解更多有关 FESPA 2017,请访问 https://www.fespa2017.com.参观者可通过在线注册免费入场,注册时请注明参考代码:FESG702:FESG702。