探究數字噴墨印刷機的供墨方式

摘 要：本文闡述了噴印機器中的核心供墨系統的技術特點，提出了設計供墨系統時所要考慮的幾點重要因素，提出了幾種可實現的循環式供墨方法。

關鍵詞：噴墨印刷機;供墨系統;循環式供墨系統

噴墨打印行業一直以來都是一個高利潤、高收益的行業。近年來，隨著出版客戶需求增加，數字噴墨印刷機以其生產速度快，生產成本低、產品質量好，即時可變的快捷數據傳送方法，在印刷市場占有重要的地位。數字噴墨印刷是結合了機械制造、軟件工程、通信工程、化學工藝、過程控制等多學科的高新技術，從書刊出版印刷、個性相冊制作、精美標簽制作、包裝印刷，數字噴碼印刷在幾乎所有的印刷領域都呈現增長勢頭[1]。

噴墨系統是數字噴墨印刷機的核心技術，噴墨系統包括了噴頭技術和供墨技術，噴頭結構精密，加工困難，所以現在國內還不能自主開發，基本依賴于進口，主要有日本的京瓷、精工、理光、富士、柯尼卡美能達等廠家，價格比較昂貴。供墨系統相較于噴頭，技術難度較低，但是要做好也存在一定的困難。能夠為噴頭持續、穩定的供墨，是噴頭能夠良好工作的基礎，尤其的在高速工作狀態下，穩定是關鍵，不穩定的供墨狀態可能在生產中產生少墨、滴墨、衛星點飛濺、白線等缺陷，提高廢品率，更嚴重的可能會出現漏墨或堵塞噴頭的后果。

在設計供墨系統時，要考慮到以下幾個方面[2]：

1）承載供墨系統的框架需要穩定，避免因劇烈晃動而引起墨盒內的負壓產生急劇變化，產生滴墨的情況。

2）供墨系統的負壓需要穩定，避免管路、閥、接頭等地方漏墨漏氣。

3）噴墨印刷使用的UV墨水具有一定腐蝕性，所以供墨系統中的所有與墨水接觸的器件，在選用時必須測試與墨水是否發生反應。一般可選用尼龍、特氟龍、鋁、EPDM等材料。

4）精密噴頭都對墨水顆粒有嚴格要求，一般都小于0.6微米，所以供墨系統中應有顆粒過濾裝置。

5）噴墨所用的UV墨水是典型的牛頓流體，在常溫25℃呈有一定粘度的油性，粘度25cP，如要噴頭能正常噴印，需加熱墨水到50℃左右，粘度11cP，但加熱溫度過高（比如60℃），墨水中的一些化學物質會發生反應。所以在設計供墨系統時要考慮到加熱和溫度控制的因素。

1.簡單的供墨系統介紹

一般印刷的承印物是水平放置的，因此噴印的噴頭與承印物平行，是垂直向下的，噴頭上有序的排列著上千個細小的噴孔，噴頭上連接二級墨盒，二級墨盒通過墨泵從主墨桶抽取墨水并連續供給給噴頭，在通常狀態下，噴頭上的噴孔是與大氣接通的，因此墨水會在重力作用下自由滴落，供墨系統提供負壓來抵消墨水滴落的重力，使墨水穩定維持在將要滴落的臨界狀態。

提供負壓的方式有兩種，第一種是簡單的虹吸效應負壓法，將二級墨盒至于噴頭水平位置以下的高度h，則噴頭與二級墨盒間產生壓力差ρgh，可抵消墨水自身重力，這種方法易于實現設備簡單，但精度低穩定性差，易受環境影響;第二種方法是利用負壓泵抽取二級墨盒中的空氣，人為的制造負壓環境，抵消墨水自身重力，這種方法控制負壓的精度高，但實現起來具有一定的難度。

2.循環式供墨方式

隨著近些年噴頭技術水平的不斷提高，對供墨系統的要求也在不斷升級，傳統的靜態供給墨水已不能滿足某些高精度噴頭的要求，動態的循環供墨技術越來越多的應用到了生產中。

循環式供墨系統的優勢在于，墨水在循環的過程中一直是流動的，不會出現墨水長時間靜止在噴頭處的情況，有效的防止了墨水的結晶和沉淀，起到保護噴頭的作用;二級墨盒一直加熱流動的墨水，有效的控制墨水的粘度;系統中的除氣裝置可將墨水中的氣泡排除，提高印刷質量。[3]

目前循環式供墨的技術實現主要有以下幾種方法：

①利用負壓和墨泵共同調節

這是一種典型的較穩定的循環式供墨系統。開始上墨時先由主墨桶通過主墨泵將墨水過濾后輸送給二級墨盒中的回墨盒，再由循環泵墨泵抽取回墨盒中的墨水，經除氣處理后輸送給二級墨盒的進墨盒，除氣模塊內設置了單向的過濾膜，可將氣體與墨水液體分離，分離后的氣體經氣泵排出。

二級墨盒的進墨盒和回墨盒分別鏈接了獨立的負壓系統，負壓差成為墨水流過噴頭的動力。二級墨盒中插入加熱器和熱電偶，保持s墨盒中墨水的溫度恒定在45℃，使墨水一直在最佳的工作狀態。二級墨盒中插有液位開關，可實時檢測墨盒中的液位情況，如進墨盒液位低，則開啟循環泵墨泵由回墨盒向進墨盒供墨;如回墨盒的液位也低，則開啟墨泵1由主墨桶向二級墨盒內供墨。為實時檢測流經噴頭內墨水的流速和壓力穩定，我們在噴頭的進墨口和出墨口分別安裝了液壓傳感器，并在系統中串聯流量計，傳感器的信號接入工控機中。由于負壓系統可動態調節，所以二級墨盒的負壓基本沒有波動，墨盒為噴頭穩定供墨。

由此完成的整個供墨系統可對單個噴頭或者多個噴頭同時供墨，在生產實踐中，通過此種方式供墨的噴頭能夠噴印出品質更佳的印刷品，并且有利于提高噴頭的使用壽命。

②利用串流的重力原理

這種方法以靜態供墨中的虹吸效應為基礎，與利用負壓和墨泵共同調節的方法類似，將二級墨盒分解為進墨盒和回墨盒，其中進墨盒的高度高于噴頭高度為H1，回墨盒高度低于噴頭高度H2，工作時墨水在重力的作用下由進墨盒流經噴頭再流到回墨盒中，又由回墨墨泵抽取流回到進墨盒中，以實現墨水循環。同樣的，這種方法易于實現，但缺點是精度不高不穩定。

③利用墨泵實現循環

這種方法同樣是將二級墨盒分為進墨盒和回墨盒，將兩個墨盒放置在同一水平面上，用墨泵從進墨盒中抽取墨水經噴頭流向回墨盒，再由回墨盒抽取墨水流回進墨盒，這種方法看似簡單，但是要實現起來比較困難，其受制于墨泵的工作原理，墨泵在抽取液體時產生脈沖，可能會影響系統中的流速和液壓，尤其在開啟和停止兩個點，波動較為劇烈，很可能發生滴墨的問題，因此單純用墨泵來控制墨水循環可能發生不穩定的現象。

④利用文丘里效應實現循環

文丘里效應是指，受限流體在通過縮小的過流斷面時，流體的流速增大的現象，其流速反比于斷面面積，而通過伯努利方程P+1/2ρv2+ρgh=C得知，流速v增大，則壓力P降低[5]。在系統中設置一循環泵帶動墨水不停流動，墨管大小為恒定值，而噴頭的管道很窄，即為縮小的過流斷面，此處液體的速度因為通過橫截面的面積減小而變大，因而壓力也就減小，噴頭下的噴孔鏈接大氣，則減小的壓力就會為噴頭內的墨水提供一個外在的吸力，使墨水克服自身重力穩定存在噴頭中。

這種方法的困難點在于控制能夠使墨水處于滴落臨界狀態時，系統所需的穩定流速。在實際生產中這種方法實現的墨水循環供給也是精確且穩定的。

結論：優良的供墨系統對印刷機的正常運轉，降低生產的廢品率起到至關重要的作用，復雜的循環式供墨更能提高印刷品品相，本文提出的幾種典型的供墨系統，都可生產中得到應用。

參考文獻：

[1]陳錦新.噴墨印刷技術原理與發展趨勢.廣東印刷，2009（2）：42-46.

[2]勞同牧，張亞運，歐元賢.高速噴墨數字印刷機恒溫恒壓供墨系統設計.機床與液壓，2018，46（13）：98-100.

[3]譚中原. SG1024工業噴墨打印機負壓循環供墨控制系統優化設計[D].蘭州理工大學，2016.

[4]孫文策， 劉宏升. 工程流體力學[M]. 大連： 大連理工大學出版社， 2012.

作者簡介：

趙剛（1991.04）男，漢族，籍貫：天津市，天津長榮數碼科技有限公司，碩士學位，專業：材料工程。