淺析噴墨印刷發(fā)展新技術(shù)

武秋敏 郭文龍

隨著社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，跨媒體出版技術(shù)以及數(shù)字印刷技術(shù)逐漸興起并快速發(fā)展。數(shù)字印刷是以數(shù)字化圖文信息通過特定的中間載體記錄到承印物表面的工藝技術(shù)，以靜電照相復(fù)制技術(shù)和噴墨印刷技術(shù)最為典型。近年來，噴墨印刷技術(shù)因其印品質(zhì)量高、承印物范圍廣而得到迅猛發(fā)展。鑒于此，本文對當(dāng)前噴墨印刷的主流技術(shù)進行了探討與梳理。

可伸縮性打印技術(shù)

可伸縮性打印技術(shù)SPT（Scalable Printing Technology）廣泛應(yīng)用于HP PageWide Web Press系列產(chǎn)品中。借助SPT技術(shù)，打印頭的薄膜集成電路和厚膜流體結(jié)構(gòu)，都采用芯片級的光刻工藝進行制造。薄膜層構(gòu)成集成電路和用于噴射墨滴的電阻加熱器硅制的進料槽可向進料槽任意一側(cè)的墨滴發(fā)生器腔室供應(yīng)墨水。墨滴產(chǎn)生腔室和噴嘴板也由相同的光刻基板制成，腔室的厚度和孔板的厚度均小于50μm，其生產(chǎn)精度達到了亞μm級。為確保使用壽命，硅襯底上的薄膜層、供墨槽、腔室和孔板材料都具有很強的耐水腐蝕性，如圖1所示。圖2所示為HP PageWide XL 8000印刷機中使用的基于SPT技術(shù)的HP打印頭模塊，模塊的S形允許它們在紙張的寬度上無縫堆疊，以構(gòu)建不同格式的印刷機。

高清晰度噴嘴結(jié)構(gòu)HDNA

惠普HP PageWide Web Press系列不僅運用了SPT技術(shù)制造打印頭，而且在打印頭的結(jié)構(gòu)方面采用了高清晰度噴嘴結(jié)構(gòu)HDNA。噴墨打印頭每英寸每色有2400個高密度噴嘴。每個打印頭包含21120個噴嘴，并被分隔為兩個獨立的腔室，每個腔室為10560個噴嘴提供油墨。大部分噴嘴處于備用狀態(tài)。所有的噴嘴部件被整合為一個統(tǒng)一的打印頭后端組件，便于設(shè)備后期的升級，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

HDNA是基于雙墨滴技術(shù)的噴嘴結(jié)構(gòu)。該噴嘴被分為高落噴嘴和低落噴嘴兩類，將微小的低落（LDW）噴嘴放置在高落（HDW）噴嘴中間。這種打印頭配置使得每個像素能夠達到五級灰度，從而在同樣使用通用的HPA50基色墨時，可以在色域內(nèi)達到更準(zhǔn)確的色彩還原。在質(zhì)量模式下，每英寸同時可有1200個高落噴嘴和低落噴嘴同時工作，印刷分辨率可達600dpi。此時，LDW低落噴嘴和HDW高落噴嘴被稍稍錯開，交替進行工作。而在速度為800 ft/min的生產(chǎn)模式中，則只有HDW高落噴嘴被使用。

噴墨印刷為了在混合色、膚色調(diào)或較淺顏色區(qū)域處得到?jīng)]有顆粒感的外觀，通常通過兩種技術(shù)來實現(xiàn)：增加打印小液滴的能力或增加淺色調(diào)的組合（例如淺青色、淺品紅、淺黑色等）。這兩種技術(shù)都是通過降低白色背景下全階調(diào)和全幅面CMYK的網(wǎng)點反差來降低顆粒感。HP是通過改變標(biāo)準(zhǔn)四色的噴墨墨滴大小來滿足這一要求。

圖4是單墨滴技術(shù)與雙墨滴技術(shù)的效果對比圖。可以看出，放大的黑白眼睛部分在雙墨滴技術(shù)下階調(diào)還原更為細膩，在彩色印刷也是如此，雙墨滴技術(shù)能夠有效抑制階調(diào)斷層（條紋）現(xiàn)象的產(chǎn)生。HDNA能夠在色域范圍內(nèi)增添更多的層次，從而在高光和暗調(diào)部分帶來更生動的細節(jié)。

反向散射墨滴檢測

高速噴墨印刷設(shè)備的噴嘴高度集成，是故障高發(fā)區(qū)。因此，對噴嘴的狀態(tài)進行實時監(jiān)測、對故障噴嘴進行有效補償就顯得尤為重要。HP對其噴嘴設(shè)計了完整的管理系統(tǒng)。HP PageWide Technology系列印刷機使用光學(xué)傳感器校準(zhǔn)打印頭、衡量噴墨嘴性能并監(jiān)控紙張運動。這些傳感器位于小型滑軌上，能對紙張和打印頭進行掃描。同時還會定期測試打印噴頭上所有的42240個噴墨嘴，從而確保打印質(zhì)量。這個自動流程可以發(fā)現(xiàn)性能不符合規(guī)格的噴墨嘴，并修正可能影響打印質(zhì)量的故障。

BBD（Backscatter Droplet Detection）是一種反向散射墨滴檢測的技術(shù)。它可以檢測墨滴通過聚光束時的反向散射光的方式來檢測噴嘴的好壞，每秒可以測試數(shù)百個噴嘴。當(dāng)噴嘴出現(xiàn)故障時，可借助HP熱噴墨技術(shù)的高噴墨率和高噴嘴密度同時提供主動或被動噴嘴替換，以消除噴嘴故障造成的影響。

被動替換是指一個噴嘴出現(xiàn)故障時，利用噴嘴的高密度集成特點，使墨水從鄰近的點擴散補償，使之覆蓋噴嘴故障導(dǎo)致的空白區(qū)域。當(dāng)故障噴嘴的數(shù)量大于2個時（連續(xù)），需采用主動替換方式。如當(dāng)連續(xù)3個黑噴嘴出現(xiàn)故障時，在中間列的彩色噴嘴將會被調(diào)用，通過3種彩色噴嘴來混合出打印缺失的黑點，以完成主動替換，其具體過程如圖5所示。

基于納米技術(shù)的噴墨印刷技術(shù)

基于納米技術(shù)的噴墨印刷是由蘭達公司提出的，其代表機型是Landa S10和Landa W10。該技術(shù)的工作原理在膠印的印刷原理上融入了噴墨印刷的成分，即使用噴墨打印頭將納米油墨直接噴繪在橡皮布上，再將橡皮布上的圖像通過壓印滾筒轉(zhuǎn)印至承印物上，如圖6所示。

蘭達基于納米技術(shù)的噴墨印刷技術(shù)的核心主要包括納米油墨、噴墨打印頭以及橡皮布。

①處于納米印刷工藝核心地位的是蘭達納米油墨，它由尺寸僅為數(shù)十個納米的顏料顆粒組成。采用納米油墨印刷，可獲得超清晰網(wǎng)點、高光澤保真度和更寬闊的CMYK色域范圍。如圖7所示，納米油墨的色域范圍比膠印油墨的色域范圍更為寬廣，再現(xiàn)色彩更為鮮艷，飽和度更好。

此外，納米油墨無須額外的干燥系統(tǒng)。首先，納米油墨是水基的，噴射到橡皮布上時，水分會被高溫的橡皮布蒸發(fā)，并被系統(tǒng)內(nèi)的排風(fēng)裝置排走;其次，納米油墨被橡皮布承載，在轉(zhuǎn)印前油墨已失去了水分，轉(zhuǎn)移過程中沒有有水和油性物的參與，印刷完成的圖案已經(jīng)干燥，不存在向承印物內(nèi)部的擴散與滲透的問題。如圖8所示，納米油墨在非涂料紙和涂料紙上的圓整度較好，且多次轉(zhuǎn)移的一致性也較好。

②蘭達納米噴墨印刷機具有8個噴墨打印頭，呈線性排列，前4個是常見的CMYK四色噴頭，另外4個是專色墨噴頭，根據(jù)需要加載指定的專色油墨，如圖9所示。該設(shè)備采用墨水噴射模塊，即將液滴噴射到一個高溫的橡膠滾筒或橡膠傳送帶上，納米油墨以微小的墨滴噴射到加熱的橡皮布上高溫將成像中的水分蒸發(fā)，使之完全干燥，只留下涂料和一層超薄的聚合物膜。轉(zhuǎn)印時，這層超薄的聚合物膜會緊緊地粘貼到承印物上，實現(xiàn)100%的轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)移后的墨膜厚度僅為500納米左右，是傳統(tǒng)膠印厚度的一半，如圖10所示。

③橡皮布是用特殊材料做成的。印刷工作中，橡皮布的溫度非常高，橡皮布承載著納米油墨高速運動，如圖11所示。之后橡皮布在與承印物接觸時，利用壓力將橡皮布上的圖像通過壓印滾筒轉(zhuǎn)印至承印物上。

Pre-Fire技術(shù)與ColorGrip網(wǎng)點預(yù)涂布技術(shù)

為克服細小噴嘴易堵塞及墨水在紙張的過度擴散問題佳能公司提出了Pre-Fire技術(shù)與ColorGrip網(wǎng)點預(yù)涂布技術(shù)。

Pre-Fire技術(shù)是佳能對高效連續(xù)噴嘴的維護技術(shù)，其代表機型為Océ ColorStream系列噴墨打印機。由于原稿空白區(qū)域的存在，會使得墨水在未使用的噴嘴中快速干燥，固結(jié)在墨嘴中的墨膜會導(dǎo)致噴嘴的噴射位置產(chǎn)生偏差，從而導(dǎo)致套印缺陷。為克服該問題，Pre-Fire技術(shù)使處于空閑狀態(tài)的噴嘴，利用壓電致動器的作用，使墨水在腔室內(nèi)循環(huán)流動，從而避免墨水干燥固結(jié)，如圖12所示。

Pre-Fire技術(shù)保證了油墨在噴出前一直在噴頭中處于循環(huán)運動狀態(tài)，使噴嘴內(nèi)的油墨干燥最小化。保證了墨滴尺寸和位置的穩(wěn)定性。同時，Pre-Fire技術(shù)也延長了噴頭的使用壽命。

ColorGrip網(wǎng)點預(yù)涂布技術(shù)是佳能改善印品質(zhì)量的一項技術(shù)，其代表型號為Vario Print i300。傳統(tǒng)的油墨墨滴噴射到紙張上時會產(chǎn)生鋪展和擴散，影響印品質(zhì)量。ColorGrip網(wǎng)點預(yù)涂布技術(shù)讓經(jīng)過涂布的特定區(qū)域僅接受油墨，使得油墨更易在樣張上附著帶來更好的反差效果，如圖13所示。

包裝印刷行業(yè)的發(fā)展進入了數(shù)字化、綠色化、高效化時代，為提升印品質(zhì)量和設(shè)備穩(wěn)定性，各種噴墨印刷的新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。作為印刷大國，我們一定緊跟時代步伐，加快研發(fā)速度，使我國完成從印刷大國到印刷強國的轉(zhuǎn)變。

綜上，噴墨印刷新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，不僅極大地改善了印品質(zhì)量，也有效地提升了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。同時，噴墨印刷技術(shù)的發(fā)展也推進了包裝印刷行業(yè)向數(shù)字化、綠色化、高效化發(fā)展的步伐。

作者單位：西安理工大學(xué)

責(zé)任編輯：李倩 liqian@cprint.cn