我國應快速發展陶瓷噴墨印刷機噴頭產業（續一）

黃惠寧

（廣東金意陶陶瓷有限公司 廣東 佛山 528000）

1 陶瓷噴墨印刷機噴頭的發展概況

全球噴墨印刷用噴頭生產企業大約有20家，在工業領域應用較多的品牌有：賽爾（XAAR）、精工（SEIKO）、Spectra、柯尼卡、愛普生、東芝等，而我國至今沒有生產噴頭的企業。噴頭（Print head）是噴墨印刷機的核心，屬于微電機高精度產品。目前，能用于陶瓷行業噴墨印刷機的噴頭主要有4大生產企業：日本精工（SPT）、英國賽爾（XAAR）、美國Spectra（日本富士收購）以及柯尼卡（Konica）。

在陶瓷磚行業使用的噴墨打印用主要噴頭生產企業是：日本精工（SPT）、英國賽爾（XAAR）、美國Spectra（日本富士收購），這3家生產企業簡況見表1。

表1 噴頭生產企業簡況

表2 噴頭的升級情況

西班牙Kerajet公司是全球最早研發生產陶瓷磚用噴墨印刷機的企業，與日本SEIKO公司的SPT（精工電子）合作，使用SPT510噴頭。在2004～2007年，有幾百臺二進制噴頭（Biary head）應用于西班牙、意大利等國的瓷磚企業。

自2007年起，為了適應瓷磚企業的要求，西班牙Kerajet公司采用SPT508GS噴頭（灰階打印噴頭）裝配噴墨印刷機，隨后在2011～2012年又開始推出使用XAAR1001GS6／GS12的噴墨印刷機噴頭，SPT與XAAR噴頭可互挨并兼容，滿足了陶瓷磚企業的需要。縱觀近5年噴頭的技術進步，主要是打印速度與精度的不斷進步，噴頭的升級情況見表2。

2 陶瓷噴墨印刷噴頭工作原理與制造工藝簡介

圖1 賽爾XAAR1001GS6噴頭外形圖

賽爾XAAR1001噴頭的工作原理是：通過壓電陶瓷將電能轉化成動能，并通過壓電陶瓷的變形而致使通道內的墨水受到擠壓而流動或者被噴出。與一般簡單的壓電陶瓷片的變形所不同的是，賽爾XAAR1001噴頭內部的壓電陶瓷的變形不是簡單的伸縮，或是直接模式變形（壓電陶瓷片的形狀變得細長的變形），而是呈現出橫截面由長方形向菱形變形的趨勢，俗稱剪切模式變形（其橫截面的長短不改變，改變的是變為傾斜的，類似菱形的形狀）剪切模式變形見圖1，再將2片壓電陶瓷組合起來當作一片來使用，就是“人形”構架，用4片壓電陶瓷組合起來（每邊2片）就形成一個墨水通道。那么，在施以電壓之后，使得這些壓電陶瓷片產生共振，共振之后所有的壓電陶瓷片就不停地變形并在墨水通道內產生擠壓的力量，墨水就在通道內持續循環地流動了。

圖2 日本精工電子SPT510噴頭外形圖

圖3 日本精工電子SPT508GS噴頭外形圖

與直接變形相比，賽爾XAAR1001噴頭所采用的剪切變形具備更多優勢：①能夠形成共振，共振后無需再持續施加更多的電能來刺激其變形，可節約能量的消耗；②可以產生更少的熱量，使得噴頭內的溫度更穩定，從而擁有更穩定的持續打印性能；③由于這是一種無機械的壓力，依靠共振而產生動力，所以使用壽命更長久。

關于噴頭的墨水循環方式有2種：一是以英國賽爾公司為代表的內循環技術；二是以日本精工電子為代表的外循環技術。通過多年的生產實踐表明，這2種墨水的循環方式各有優缺點，但都在陶瓷磚噴墨印刷機上大量地使用。噴頭內循環與非內循環噴頭的比較見表3。

表3 噴頭內循環與非內循環噴頭的比較

圖4 賽爾噴頭墨水內循環專利技術

賽爾噴頭墨水內循環專利技術 Hybrid side shooter（HSS）和TF Technology的優點如下：

1）通過持續的循環，能夠帶走從噴嘴進入的氣泡，避免氣泡的產生而影響噴嘴的工作。

2）通過持續的循環流動，使噴頭中的墨水散熱。

3）能夠防止墨水沉淀，并可以將其中的雜質帶走，防止噴頭堵塞。

4）可做垂直于噴嘴的墨水循環運動，還可使噴嘴持續自吸，避免噴嘴滴墨現象的發生。

賽爾噴頭制造工藝：

制造要求：室溫21℃（恒溫）；濕度：50%±5%（恒溫），7cm×3cm，打孔1000個，孔徑20μm；清潔等級：空間塵埃個數，100～10000等級（0.5μm 塵埃顆粒數／m3空間）；鍍層：4層不同材料，每層厚度≤0.5μm。

3 幾種噴頭性能的對比分析

3.1 陶瓷噴墨打印用噴頭簡介

日本精工電子集團所生產的精工產品最先使用于精密鐘表上。目前，集裝壓電式噴頭已具備相當雄厚的實力與基礎，其主要有SPT510和SPT508GS這2種型號噴頭在陶瓷行業中應用。

1990年，英國賽爾（XAAR）公司成立，為發展和大規模開發新的數碼噴墨印花技術奠定了基礎，并在1984年獲得專利。目前在陶瓷行業中主要使用XAAR1001型號噴頭。

1984年，美國Spectra公司成立，最早主要是生產辦公打印熱發泡噴頭，由于某些原因最終轉為研發工業壓電式噴頭，現在已經非常成熟。其噴頭的特點是：墨滴較小（對應精度高、速度快）、與墨水的匹配范圍廣。目前應用在陶瓷行業的噴頭有Spectra Galaxy、北極星。

目前生產的產品既有優點，又有缺點，簡單分析如下：

3.1.1 XAAR1001噴頭

XAAR1001噴頭的噴孔數量最多，可達到1000個、噴頭精度可達360dpi。實際上，噴頭是分2排，每排500個孔，墨滴的大小在6～42pl，灰度級別控制在8；噴頭有2個進墨口，可以進行外部循環。

XAAR1001噴頭的缺點是：點火頻率低、墨點速度慢、噴頭不耐磨損，采用特氟龍材料制作；陶瓷墨水采用的是納米顆粒，打印時間太長會使噴孔變形、變大，導致打印精度下降。

XAAR1001噴頭主要應用在歐洲市場和國內的希望陶瓷機械設備有限公司的設備中。據了解，目前由于XAAR1001噴頭的產量有限，且價格昂貴，與墨水相匹配較難等方面的原因，導致其生產受到一定的影響。

3.1.2 精工SPT510和SPT508GS噴頭

精工SPT510和SPT508GS兩款噴頭的主要區別為灰度級別。SPT510不帶灰度級別；SPT508GS帶3級灰度。這兩款噴頭外觀形狀基本相同，噴孔數量也差不多。噴頭的點火頻率不算最高，其最大的優點是采用不銹鋼材料制成，耐磨損。但它們都只有一個進墨口，只能進行內循環，不適合陶瓷墨水在噴頭上使用。因為陶瓷墨水容易沉淀，墨水進入噴頭墨囊時有可能導致沉淀產生，影響產品的圖案效果。SPT510和SPT508GS噴頭只有精工指定的獨家代理，才可以進行其設備的銷售與生產，因此目前國內只有廣東晶繪的精陶機電設備有限公司采用這款噴頭，使用的墨水需要精工噴頭廠家認證。

早期，精工噴頭就已在市場上進行了大量的推廣，所有的噴繪機都是采用精工噴頭進行噴繪。XAAR1001與Spectra噴頭的出現，導致精工噴頭在陶瓷行業的市場占有率明顯下降。

圖5 噴頭品牌示意圖

3.1.3 Spectra Galaxy噴頭

Spectra Galaxy噴頭的噴孔數量最少，僅有100個，但在陶瓷行業中運用得較廣。從其結構上看，噴頭有2個進墨口，因此可以進行自循環；從其它性能上看，噴頭的點火頻率較高，噴墨速度快，可以達到8m／s；它采用不銹鋼材料制成，耐磨損，使用壽命長。噴頭使用后不易堵孔，如選用同種墨水不同噴頭進行噴墨，其它噴頭就會出現堵孔現象，而Spectra Galaxy噴頭噴墨比較順暢，形成的圖案效果較好，易于使用。即使因顆粒過大將噴孔堵住，也很容易清洗疏通。

目前這款噴頭在國外在陶瓷行業中應用得較多。與Spectra Galaxy噴頭匹配的墨水種類很多，如水性、油性、溶劑型、銀導電墨水、硅墨水、CIGS墨水、生物細胞墨水等。

3.1.4 北極星噴頭

北極星噴頭與Spectra Galaxy噴頭區別很大。北極星噴頭由2片噴頭組成，每片噴頭上有2個進墨口，每片噴頭噴孔分成兩排，相當于這個噴頭有4個進墨口，4排噴孔，每排有128個噴孔 。

北極星噴頭采用不銹鋼制成，其優點為：點火頻率高，可達30kHz；噴墨速度快，可達8m／s。它與Spectra Galaxy噴頭的區別在于噴孔不易疏通，剛上墨水時較難一次性把全部孔洞疏通。但其墨水與噴頭的匹配性能較好，不需要噴頭廠家認證。

（未完待續）