噴墨打印技術在陶瓷生產中的應用

摘 要：近幾年來，數碼噴墨印花技術在國內陶瓷印花行業中得到了應用和推廣。隨著國產噴墨打印機的推出、國產噴墨墨水的研制，以及陶瓷企業對噴墨打印產品的不斷創新，噴墨印花技術已成為行業內的熱門話題。本文主要闡述了噴墨打印技術在陶瓷印花中的應用和技術特點。

關鍵詞：噴墨印花；噴頭；噴墨墨水

1 引 言

從進口設備到國產設備，從離線式瓷板畫加工模式到在線式流水線印花，陶瓷噴墨印花已成為國內陶瓷企業生產墻地磚的重要裝飾手段，并且開始普及。

噴墨打印是目前陶瓷行業中較為先進的印刷方式，具有可變數據印刷、個性化印刷、按需印刷的能力；在此之前，噴墨打印技術已廣泛應用于新聞印刷、票據印刷、條碼印刷、大幅面廣告印刷、數碼打樣印刷等領域。

2 噴墨打印技術的原理

2.1 噴墨打印技術簡介

噴墨打印是一種無接觸、無壓力、無印版的印刷復制技術，省去了傳統印刷方式所需的制版設備、膠片以及印版等工序，大大降低了生產成本，而且能在不同材質以及不同厚度的平面、曲面和球面等異性承印物上印刷，不受承印物表面的限制。

噴墨印刷有多種方式，包括連續噴墨、熱發泡噴墨、靜電噴墨、壓電噴墨等。其中，壓電噴墨是一種按需噴墨技術，在噴槍壁放置壓電陶瓷，壓電晶體在電場作用下發生形變，擠壓噴腔內的墨水，當擠壓達到一定程度時，墨水就會噴出。

噴頭是噴墨打印技術的關鍵，陶瓷噴墨采用的是按需噴墨壓電式噴頭，由于壓電式噴頭技術的不斷成熟，推動了噴墨打印在陶瓷行業中的使用。

壓電式按需噴墨打印的原理是：采用按需噴墨壓電式噴頭，將電子計算機存儲的設計圖案轉化為數碼信號，在打印機控制系統的控制下，噴墨打印機接受到信號后將墨水噴印到承印材料表面的對應位置上，然后在承印物上形成圖案。

2.2 噴墨打印呈色的原理

用來混合產生各種顏色所使用的三種基本顏色稱為三原色。紅色、綠色和藍色稱為加色三原色，青、品紅和黃稱為減色三原色。減色三原色與加色三原色互補，稱為減紅原色、減綠原色和減藍原色。減色混色時，以青、品紅、黃三原色料疊加混合生成新的顏色。標準三原色按不同比例混合，即可形成全部的色彩系列。其中，三色同比例疊加便生成黑色。

因黑色是三原色等比例疊加而生成，故數碼彩繪多采用青紅黃黑（CMYK）四色色彩模式，將色彩豐富的圖案分解成四個基本色，依據噴頭每個噴孔與噴印載體相對移動的規律，由控制系統控制每個顏色的墨水，按需要通過對應的噴頭噴印在載體上，各種顏色的墨滴，依照混色規律，混合出各種顏色。根據這個原理，就能打印圖文的各種色彩。噴墨打印過程中的墨水一般使用青、品紅、黃、黑四種基本印刷色，主要就是在打印過程中各色墨水經過疊加，從而產生減色混色的規律。

3 陶瓷噴墨印花機的構成

陶瓷數碼噴墨印花機主要由四個部分組成，分別為電腦控制系統、噴頭系統、供墨系統、機械運動及防護系統。

3.1 電腦控制系統

電腦控制系統是噴墨印花機的核心，將圖像、噴頭和磚坯等信息數據進行整合、處理，然后將噴墨指令信號傳遞給噴頭指揮其動作。

計算機存儲的圖稿按打印顏色分成各色，依照噴頭與磚坯相對移動的對應位置，將控制信號按順序傳輸到各個噴嘴中，然后執行噴墨指令。

3.2 噴頭系統

常用噴頭的有效打印寬度為65mm左右，在陶瓷磚上采用噴墨打印，一般需要多個噴頭組合，覆蓋需打印的寬度范圍。噴墨打印機多采用4色或6色系統，即需要4組或6組噴頭，一組噴頭對應一種顏色。一般噴頭的重要技術參數包括噴孔精度、點火頻率和墨滴尺寸。

3.2.1噴孔精度

每個噴頭的噴孔基本上是線性排列，噴孔精度是指單位長度上的噴孔數，用dpi來表示。如寬度為65.4mm的噴頭，有512個噴孔，精度為200dpi；寬度為70mm的噴頭，對應有1000個噴孔，精度為360dpi等。對于陶瓷噴墨打印模式，噴頭上噴孔的排列方向與磚坯通過的運動方向垂直，則噴孔精度對應磚坯上的圖案為橫向打印精度（墨點數每英寸）表示。

可從以下兩個方面提高橫向打印精度：

（1） 提高噴頭的噴孔精度。這種方式會增加噴頭的加工制作難度；

（2） 增加噴頭的數量。如一個200dpi的噴頭，在其相同打印區域增加一個噴頭，則橫向打印精度可達到400dpi。當然，這種措施會增加噴墨打印機的成本。

3.2.2點火頻率

點火頻率相當于噴孔噴射墨滴的頻率。不同型號噴頭的額定點火頻率不同，一般在數kHz到數十kHz的范圍之間。

打印到磚坯上的圖案，其縱向的打印精度是由點火頻率和磚坯運動線速度決定。計算公式為：縱向打印精度 = 點火頻率/線速度。如釉的線速度為30m/min，點火頻率為10kHz，由公式可計算出打印精度為508dpi。

點火頻率是滿足縱向打印精度和釉線速度的關鍵指標。高點火頻率的噴頭適應快速生產線，并容易達到高的縱向精度；低點火頻率的噴頭，則在縱向精度和生產速度上受到制約。

3.2.3墨滴尺寸

各型號噴頭常見的墨滴尺寸有15pl、35pl、42pl、80pl（pl=10-12L）等。墨滴尺寸影響圖案效果的精細度。陶瓷墨水在顏色發色上受制約，如：小的墨滴尺寸可以提高圖案的細膩程度，但發色較淺；大的墨滴尺寸可以實現較深顏色，但圖案的細膩程度會降低。

3.3 供墨系統

供墨系統將墨水輸送到每個噴頭的噴腔內。根據噴頭及墨水的特點，一般具有循環、溫度控制、攪拌等功能。每個通道的供墨系統是各自獨立的，與對應的噴頭組構成完整的系統，負責一種顏色墨水的輸送。與噴頭組對應，4色、6色噴頭組分別需要4套、6套供墨系統。

根據三原色原理，三色墨水的搭配就可以呈現豐富的色彩。陶瓷噴墨墨水，通常采用無機非金屬材料作為顏料，與傳統陶瓷印花使用的顏料類似，但發色范圍有限。同時，以液態形式制成的陶瓷墨水發色亮度也達不到三原色的標準。

目前，陶瓷墨水制造商已經開發出11種顏色的陶瓷墨水，以滿足用戶的不同需求，其中以藍色、棕色、黃色、粉紅色、米黃色、黑色等6種墨水最為常用。陶瓷企業已經在6通道的噴墨打印機上使用5色墨水進行生產（其中，有一種顏色使用2個通道，以增強該顏色的表現力），制成精美的陶瓷產品。

3.4 機械運動及防護系統

機械運動及防護系統包括噴墨打印機設備機架主體和磚坯輸送皮帶平臺等。數碼噴墨打印要求的精度高，傳動由伺服電機控制，并由高精度的光電檢測裝置檢測磚坯位置的信號，位置和速度信號由控制系統集成，控制噴墨與磚坯運動相吻合。

4 陶瓷噴墨印花的工作流程

噴墨印花在建筑陶瓷生產工藝流程中完成印花工序，與絲網印花機、輥筒印花機作用相同。即在施釉線上，磚坯通過噴墨印花機的控制系統將圖稿的數據信息轉化為控制信號。噴墨打印機使用噴頭在陶瓷磚坯上進行印花，比傳統印花方式省去了制作花網或膠輥的工序；同時，陶瓷噴墨墨水均由專業制造商提供成品，也為陶瓷生產省去了印花釉制作的工序。在一定程度上，大大節約了人力和物力。

對于新安裝的噴墨打印機生產線，都要先將墨水在該生產線的磚坯上進行打印、燒制色卡。在不同的釉面、不同的燒成條件下，陶瓷墨水的發色存在一定差別。燒制色卡的目的是確定墨水的發色狀態。依據色卡的發色情況，將待打印的圖稿分色，即分成各通道、各組噴頭執行打印圖稿。經打印試燒，根據實際效果對圖稿分色進行進一步的完善，最終可以隨時調出圖稿執行生產打印。

5 陶瓷噴墨印花技術的優勢

陶瓷噴墨印花技術比傳統的絲網印花、輥筒印花具有以下幾個方面的優勢。

5.1 制品圖案清晰流暢

噴墨打印的精度一般在300dpi以上，大大提高了陶瓷產品的圖案清晰度。根據目前的噴墨打印機的現有條件，達到400dpi、600dpi是完全可能的。

傳統的印花方式通常為各色網版圖案不重疊，即每種顏色都是獨立成色，依靠各版印花釉顏色的調配，實現圖案的顏色層次。噴墨打印的各色墨水可以進行混合使用，以及依靠數碼技術帶來的精確定位，既可以在相鄰部位印花產生明顯的顏色界限，也可以使顏色產生漸變的過渡效果，這種漸變包括顏色深淺和色調變化，當使用5色或6色墨水時，色調的變化可以使圖案更接近于自然效果。

5.2 無重復印花

絲網印花使用單一圖案的網版，每件產品圖案基本一樣。

輥筒印花使用首尾相連的圖案制作成圓周型的輥筒，在圓周任一起點就可以開始印花，可以實現不同瓷磚間的圖案變化。將輥筒長度及周長尺寸加大，相應的圖案尺寸也加大，可以擴展圖案的變化范圍，但是受場地及設備尺寸的限制，這種變化范圍也受到一定限制。

噴墨打印使用電子圖稿，只要在計算機容量和傳輸速度允許的范圍內，可以無限擴展圖稿的原始尺寸。目前應用的單個電子圖稿可打印的尺寸達到瓷磚尺寸的數十倍、數百倍，在這一尺寸的范圍內隨機取材打印，都不會出現重復印花，接近天然石材的圖案效果，滿足了用戶對瓷磚裝飾趨于自然效果的需求。

5.3 大大縮短陶瓷生產線的轉產時間

傳統的印花方式在轉產不同花色時，均要更換花網、輥筒，以及花釉。一般情況下，熟練操作工需用半小時。

噴墨打印機是由預裝的噴頭實現噴墨印花，不同的花色由相同的噴頭、相同的墨水完成。轉產時，只需在計算機內調出需要打印的圖稿，即可完成轉產。因此，企業可以根據市場需求靈活編排生產計劃，不用過多考慮訂單的批量。甚至包括新花色品種等單件產品的試產任務也可以輕易完成。

5.4 適合凹凸面產品印花

噴頭將墨水噴出，噴打在載體表面，噴頭與印花載體不接觸，可以覆蓋在凹凸不平的磚坯表面的各個位置。這一點是絲網印花、膠輥印花等無法比擬的。

6 結 語

數碼噴墨印花技術在實際應用中仍存在不足，如墨水發色淺、色彩范圍有限、墨水與噴頭不匹配等，是噴墨技術今后需要攻克的重點。

陶瓷磚不斷追求回歸自然、個性化的裝飾效果，符合噴墨打印技術的優勢和特點，預示著這一技術將引領陶瓷產品在設計和生產上取得突破。陶瓷印花經歷了絲網印花、輥筒印花之后，又掀起了噴墨打印的高潮，被稱為中國陶瓷墻地磚印花技術的第三次革命。數碼技術進步而不斷發展的噴墨印刷技術，在噴墨打印機、陶瓷墨水、噴頭和圖案設計等相關領域的共同推動下，無接觸的噴墨打印技術會真正實現陶瓷印花的騰飛。

參考文獻

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