陶瓷数字喷墨印花的现状及未来发展方向

陶瓷喷印墨水的色域

让我们再回到瓷砖装饰印花问题。赛尔一直在探索如何进一步改善数字印花技术，这里的一个挑战，就是在采用数字喷墨技术的同时，需要开发新型数字印墨。以前网印工艺所使用的，是色料颗粒较大的粘糊状彩色印墨，瓷砖在烧制前每平米覆盖的丝网印墨量高达50或100克(分别为滚筒或平版网印)。按需喷墨喷印头的内部结构尺寸是仅以数十微米计的，这意味着数字喷印的色料必须以液体方式提供，色料颗粒大小尺寸也必须精确控制，以避免这些颗粒堵塞喷印头内部的印墨通道和喷嘴。喷印的色料量及颗粒大小，也因此会对最终能够获得的色彩范围产生影响。

通过印刷获得的色彩范围通常用“分析图谱”来表示。在色域分析图谱中，维度L表示一种色彩的亮度，维度a和b表示色彩成分。这些维度按国际彩饰委员会(简称CIE)标准，由色彩坐标来计算表示，被认为与人类对色彩和光亮的感知最为相似。完全色域如“图3”所示。
如果我们对色域仅以“二维”来表示，也就是说不用“L”这个维度，我们就可以表示计算机屏幕所显示的标准色集(RGB即三原色值)，以及由CMYK即四分色表示的标准数字喷印色集，这应用于桌面打印、标签以及其他领域。

图4中的3个不同阴影区域表明，即使不应用RGB或CMYK色集，也可以复制人眼可见的全部色彩。只有当你试图应用这二种不同方式来显示同一幅图像或照片时，才产生了这里所说的问题。显然，如果你要求2幅图像看上去完全一致，你就必须限定计算机屏幕显示的色彩范围，与印刷机色彩范围相匹配。

那么，陶瓷色彩又是怎样的情况?陶瓷印墨不能使用其他数字喷印领域应用的同样色料，因为瓷砖要经受高达1200 °C的烧制过程，以将釉料中的融块熔化到瓷砖上。所以，瓷砖装饰数字喷印中使用的色料，必须能够承受住这样的高温。而这一过程中唯一不会被破坏的，只能是无机色料，比如金属氧化物。

陶瓷市场使用的色集，与桌面打印，以及标签或宽幅喷绘等使用的不同。由于所使用的无机色料类型的限制，它一般由褐、米黄、蓝、黑、黄和粉红色组成。而且它还有进一步的制约，即不能使用由有毒重金属制成的色料。尽管有技术可以通过封装来减少它们的实际毒性，但许多国家及公司都坚持要求使用不含有这些成份的色料 。所有这些限制所带来的一个后果，就是陶瓷印墨的色域(或一个色彩空间的颜色范围)有所“折中”。目前尚无陶瓷印墨的标准图谱，而只有陶瓷色料各个供应商会提供它们各自的色彩图谱。但一般说来，传统丝网印墨中应用的陶瓷色料，缺少的主要是黄色和红色(绿色在瓷砖应用上不那么普遍，只有印度除外)，大致色彩比例如“图5”所示。

对于大多数瓷砖生产来说，这是可以接受的。我们都希望表现出自然材质，而它们的色域在总体上也是有限的——石材一般是带有些变化的灰色，木材则一般是褐色或米黄色。
传统滚筒或平版丝网印刷的印墨(糊状颜料)，包含高浓度的由无机色料和融块构成的固体，并悬浮在矿物油或乙二醇中。这些印墨的颗粒尺寸，其累计粒度分布值 D90所对应的粒径约为10到15?m。累计粒度分布值 D90在许多工业行业中，是用来表示色料以及印墨的标准数值，它代表色料或印墨中90%的颗粒，直径小于某个数值。D90作为累计颗粒水平值，能够被现有仪器来精确测量。研制这类仪器的专家们，不建议使用D99或D100作为累计粒度分布测量值。他们认为，测量中任何微小的干扰，如气泡或热波动，都会显著影响测量数值。此外，用来计算这些数值的统计方法也缺少“鲁棒性(不受干扰性)”，因为在这种极端水平上，颗粒的实际数量按照定义来说也不大。

那么，如何将这些传统印墨，与已经开发的陶瓷瓷砖数字喷印印墨进行比较?其实在总体上，液体载体是相同的，传统及数字陶瓷喷墨印花的印墨，都是矿物油或乙二醇。液体载体的这一选择，可使陶瓷印墨的表面张力和黏稠度能够得到精心的控制，而这对于确保可靠的印刷或印墨喷印，不管是传统印墨还是数字印墨，都是很重要的。传统印墨与数字印墨的显著区别，在于印墨中所允许的颗粒大小和浓度。我们上面已经提到传统印墨是糊状的，液体载体在重量上一般约占10到15%，色料占20到40%，其他则大部分是融块，以及更小量的其他材料以用来调节表面张力和抑制结块，等等。数字印墨是液体，也带有20%以上的高色料添加量，所占重量也更大，但不带有高融块添加量。

数字印墨中的颗粒大小，取决于喷印头的内部尺寸。赛尔及其他制造商生产的按需喷墨喷印头，内部结构的尺寸只有数十微米，喷射墨滴最小只有6 pL。1个6 pL大小的陶瓷墨滴，直径约为25?m 。由此显而易见，传统网印印墨中累计粒度分布值 D90所对应的粒径10到15?m的色料颗粒，是不能用于数字喷印印墨之中的，因为它们会堵塞喷印头的内部结构和喷嘴。在实际应用中，数字印墨中所含的颗粒大小，累计粒度分布值 D90所对应的粒径小于1?m 。这一限制的部分原因，还在于数字陶瓷印墨易于沉淀，而它所含有的高添加量的颗粒须处于悬浮之中。事实上，赛尔Xaar 1001(以及目前的Xaar 1002)喷印头如此成功的一个原因，正是在于赛尔的“真正内循环持续喷墨专利技术(TF Technology™这一专利技术确保了印墨在喷印头的狭小空间中，总是处于持续流动的状态。这里没有印墨可以停留并开始沉淀的“死点”，任何因结块形成的无用颗粒，都会被从喷嘴处冲走，并被印墨系统中的过滤装置移除。传统的喷印头不带有通过喷嘴后端的这种印墨再循环，因而印墨会在喷射腔中停留并开始沉淀，而喷射腔的唯一出口就是喷嘴。

颗粒尺寸的减小，影响了应用数字印墨能够获得的色域。在有些情况下，如果色料被研磨成如此之小的尺寸，就会失去其大部分的反光特性。此外，它们还会在窑炉中被熔化过程破坏。所有这些都是对印墨生产商的挑战，要求生产商们去寻找具有良好色彩的无毒色料。而最后的结果，就是大为降低了数字印墨的色域，正如“图6”所示。

“图6”显示出了与传统印墨相比较，数字陶瓷印花所面临的主要色彩挑战。我们可再次发现，受影响最大的仍是黄色与红色。应用金属镉可获得更好的红色，但我们在上面已经提到，这是受到限制的。带有小量的金，也会改善红色，但这又太昂贵了。