陶瓷墨水與噴頭匹配問題的探討

摘 要：本文闡述了國內外陶瓷墨水在不同型號的噴頭上進行噴墨運用的現狀，并就陶瓷噴墨墨水在打印時出現的情況作了進一步的分析。

關鍵詞：陶瓷墨水；墨滴觀測；噴頭；匹配

1 陶瓷噴墨墨水的發展

陶瓷噴墨墨水最早由美國福祿公司研制成功，隨后西班牙和意大利等色釉料公司開始研究陶瓷墨水。最近兩年，國內色釉料企業也開始研究陶瓷墨水，而且速度非常快，研究的隊伍非常龐大。目前，已經有國產陶瓷墨水研制成功，如博奧科技、明朝科技、華東理工等，并且已開始應用。國內一直在研究陶瓷墨水的企業有大鴻制釉（臺灣研究）、金鷹、康立泰、道氏、瑭虹、皇冠、光華、萬島、華夏陶瓷研究中心、佛山中科院等，相信不用多久，國產墨水將會代替進口墨水。

2陶瓷噴墨墨水與噴頭的匹配

陶瓷噴墨墨水在實際打印中與噴頭有著密切的聯系，是不可分割的統一整體。墨水質量再好，如果沒有與之相匹配的噴頭，同樣也得不到一副完美的圖案。高質量的墨水要想發揮出最好的效果，必須把握好每個環節，發現問題需立刻修復。噴墨墨水與噴頭匹配的幾種方式如下。

一般生產出來的墨水需要檢測墨水的粘度、表面張力、納米顆粒、密度等方面的物理參數，如果各參數都滿足其指標要求，墨水才可以在打印機上進行打印測試。測試的方式一般有三種：

（1） 直接在大型設備上進行測試。

這種方式風險最大，也最不現實。因為目前大型噴墨打印機上的噴頭都需從國外引進，價格相當昂貴，如果墨水不穩定，把噴頭損壞就會造成嚴重的經濟損失。同時，機器太大不方便測試；

（2） 在裝有8個固定型號的噴頭平板機上進行測試。

其優點為：測試比大型設備方便，風險也相對低些。其缺點為：打印測試只能看到打印的效果，并不知道噴頭電壓與脈沖波形、墨水溫度之間的變化情況。一般噴頭電壓與墨水溫度等對噴墨影響很大，因此，需要知道墨水與噴頭相匹配的最佳溫度、噴頭工作時的最佳電壓和脈沖波形，才能確定墨水與噴頭是否匹配；

（3） 墨滴觀測系統進行測試。

這種方式最方便、最有效果，為研究墨水性能節約更多的時間和成本。

墨滴觀測系統能同時兼容XAAR、SPECTRA、精工三大噴頭，所以一臺機器的工作效率相當于三臺或更多的機器，一臺儀器就能使用上所有大型陶瓷機器上的噴頭，大大節約了生產成本。下面就以SPECTRA噴頭為例，詳細介紹墨水與噴頭的匹配情況。

2.1墨滴觀測系統分析墨水與噴頭的匹配狀況

通過墨滴觀測系統捕捉陶瓷噴墨墨水如圖1所示。

圖1中所使用的墨水物理性能如粘度、表面張力一致，墨水配方不一樣，導致這兩張圖的噴墨狀態差別很大。因此，墨水與噴頭匹配效果的好與壞，并不是由表面張力、粘度所決定，墨水的配方才是最關鍵的因素。

2.2溫度變化對噴墨打印的影響

陶瓷墨水在進行噴墨打印時，溫度變化對噴墨打印速度有一定的影響。一般地，溫度越高，墨水粘度越小，噴墨速度就越快。圖2是采用墨滴觀測系統，測試墨水與噴頭在不同溫度下35~50℃變化時，每個噴孔噴墨速度的曲線圖。

從圖2可以看出，墨水溫度在35℃時，噴墨速度最慢，其速度在3~5m/s范圍內波動。墨水溫度在50℃時，噴墨速度加快，其速度在6~7.5m/s范圍內波動。因此，墨水溫度越高，其對應的噴墨速度越快。同時，不同配方的墨水在同一溫度下，噴墨速度也不一樣。所以必須要把不同溫度的噴墨速度數據保存起來，與其他墨水做比較，以獲取各種墨水的最佳的噴墨溫度。因此，通過墨滴觀測系統，可以清楚地知道墨水與噴頭在什么溫度下可以匹配得最好，以及對噴墨速度的影響情況。

2.3噴頭壓電與脈沖波形對噴墨打印的影響

在墨水溫度確定的條件下，噴頭的工作壓力與脈沖波形對噴墨的影響較大。墨水要想噴出最好的效果圖案，需要有合適的噴頭電壓和脈沖波形與之對應。墨滴觀測系統可以測試出電壓與脈沖波形最佳狀態下的數據。噴頭電壓與波形設置，如圖3所示。

實際上，噴頭的工作壓力越高，噴墨速度越快；脈沖波形越快、越大，墨滴速度越快。但噴墨并不是越快越好，需要找到最適合墨水噴頭工作電壓與脈沖波形的數據相匹配。圖4是在相同脈沖波形，不同噴頭電壓條件下，噴墨圖的比較。圖5是在相同電壓，不同脈沖波形條件下，噴墨圖的比較。

由圖4、圖5可知，噴頭電壓與脈沖波形都可以影響墨滴速度與體積。如果把墨水與噴頭匹配（下轉第30頁）到最佳狀態，就需要進行反復的測試。在噴頭電壓與脈沖波形確定的條件下，墨水的圖案如果還發生變化，就需要調整墨水的配方，直到匹配出最佳的效果圖案為止。在墨水與噴頭的溫度，以及噴頭電壓與脈沖波形都確定的條件下，還必須長時間連續噴印，觀察其是否有斷墨現象；打印頻率（如高頻、低頻、變頻）長時間打印是否穩定；打印圖案是否完美；模擬大型噴繪機工作時數據參數是否滿足要求等。

3 在測試墨水中遇到的問題

陶瓷墨水的粘度都較高，墨水剛上機器時基本打不出來。采用墨滴觀測系統進行測試時，剛上的墨水噴墨打印基本上看不出有噴墨存在，只有噴頭表面上掛有墨水。一般墨水加溫到45℃左右時，墨水才能噴射出來。墨水噴出來以后還會出現堵孔如圖6、散噴如圖7、斜噴如圖8等缺陷。

根據現有的水平，要解決這些問題還存在一定的困難，還有待進一步完善。

4 結 論

墨水與噴頭的溫度、噴頭電壓和脈沖波形對噴墨都會有一定的影響，任何一個條件出現異常，都會影響到噴墨的質量。在實際應用中，如果存在噴頭堵孔，打印出來的磚就會留白線；如果出現散噴與斜噴，打印的圖案就會串色或其它的缺陷。要想噴墨墨水發揮到最佳的噴墨狀態，需要不斷對墨水與噴頭的溫度、噴頭電壓和脈沖波形等方面進行測試，需要把握好噴墨的每一個環節。相信以后企業會把墨水與噴頭之間的匹配做到完美無缺，使得噴墨磚在陶瓷行業中成為最先進、最環保、最節約的產品。