探讨快速喷墨打印系统的背后技术

喷墨印刷一直不能兼顾打印质量与速度。新型宽幅打印头的推出，可以有效改变这种情况，打印速度可以与最常见的胶印设备相媲美。在真正的设备投向市场之前，还不能确切地知道打印质量和单位成本，但新型打印头技术肯定会缩小数字印刷和传统胶印在质量和成本方面的差距。

在drupa 2008上展出的喷墨印刷系统有十多种（单张纸和卷筒纸），其印刷速度和图像质量都是以前闻所未闻的。我们可以用"一次走纸印刷(one-pass printing)"来定义这样的系统，即指印刷过程中只需移动纸张的印刷技术，而新一代的喷墨打印头使得这种技术成为可能。以往大幅面印刷中打印头移动的技术已被淘汰，一次走纸印刷技术首先需要解决3个问题：

（1）打印宽度：打印单元必须能够覆盖纸张的整个宽度，可以通过开发线性排列或连续排列的小打印头来实现。

（2）打印质量：过去，压电式喷墨头可以根据阶调值的大小喷射出大小不一的墨滴。而现在，采用热发泡原理的打印头可以喷射大小不变的细小墨滴，以每秒5万——10万个墨滴的速度形成，比压电式喷墨头快10——20倍。阶调值可以通过喷墨头连续喷射的1——8个墨滴来改变，这些墨滴在飞行中相互结合。

（3）打印速度：压电式喷墨头通过较高的机械分辨率（比如1440dpi×1440dpi）来确保图像质量，而新型的Xaar1001打印头通过产生7个大小不同的墨滴来实现高质量的打印。这种打印头每秒钟能喷射5万个墨滴，相当于每秒喷射7000个可变大小的墨滴。

下面通过惠普、Dimatix、赛尔和柯达4家生产商的技术对打印头技术进行分析

（一）惠普Edgeline

惠普的跨页面打印头Edgeline采用多层陶瓷组成的热发泡喷嘴，其墨滴喷射能达到100kHz（即每秒10万个墨滴）。喷射的热源是由导电薄膜产生的，导电薄膜包裹在陶瓷里，不会和墨水直接接触，这也确保打印头能有更长的工作寿命。两列平行排列的喷墨头组成一个打印头，每英寸内有1200个喷墨头。当每列喷墨头打印不同的颜色时，相当于每个颜色有5280个喷墨头。当两列喷墨头打印同一颜色时，10560个喷头将使打印速度翻倍，5个这样的打印头组合成两个重叠的列阵。

这些被称为"Wide Scan"的打印头，在制作时就考虑到相互之间的连接，能够组成任意宽度的印刷单元。对于多色印刷来说，任意数量的印刷单元还能以前后方式组装在一起。这种即插式单元的设计非常精确，用户无须求助技术支持人员就能自己更换有故障的打印单元。惠普公司已经决定不再把这种技术称为Edgeline，现在称为SPT全维打印引擎（Scalable Printing Technology）。

在drupa 2008新闻发布会上，惠普公司称，旗下所有新款数字印刷系统都将配备这种技术。这种技术对打印速度的提升可以在观看卷筒纸喷墨印刷机Ink jet Web Press的现场演示时感受到，报纸质量的打印速度为122m/min。对印刷质量的提高可以从宽幅打印机Design jetL65500的演示中看到，这是第一台使用乳剂油墨的打印机，3个惠普WideScan打印头前后排列，配有6种颜色的乳剂墨水。同一方向两次走纸，打印速度为70m2/h。即使是最高质量的室内产品，打印速度仍能达到35m2/h。

（二）Dimatix Samba技术

Dimatix公司（被富士胶片收购前的Spectra公司）也在drupa 2008上推出最新的Samba技术（一次走纸压电式DOD喷墨）。这种新打印头宽度为45mm，形状为平行四边形，包含有2048个喷嘴，相当于每英寸有1200个喷嘴。这是第一个能够喷射0.1、1.0和2.0皮升（十亿分之一升）墨滴的压电式喷墨头，喷射频率达到每秒钟10万滴。这样一个喷墨头以及能够喷射皮升级墨滴的喷嘴的制作只有采用Dimatix公司的"微型机电系统（MEMS）"才能完成。平行四边形的结构确保打印头能够安装到任何长度的打印单元上。打印单元可以连续排列，只需保留20mm的间隙，可以实现一次走纸印刷任意数量的颜色。富士胶片JetPress720喷墨印刷机上安装了4个这样的打印单元。

富士胶片公司有意让Dimatix公司继续作为一个独立的喷墨和打印头供应商来运营，以尽可能为客户保留更多的印刷系统供应商。Samba打印头可以使用水性、溶剂型、UV、油性以及其他类型的墨。

（三）赛尔打印头

英国赛尔公司拥有多个打印头系列，根据不同的墨滴形成原理可分为3个主要类型。（1）固定墨滴（二态墨滴），所有任务均使用固定墨滴；（2）可选择墨滴（多脉冲墨滴，二态墨滴），可根据任务选择墨滴大小，但整个任务过程中墨滴大小不变；（3）可变墨滴（多脉冲，灰度成像），打印过程中墨滴大小可变。灰度的最大值需要在每次打印任务时选定。

最新的Xaar 1001打印头可以在二态墨滴和可变墨滴技术（灰度级）之间选择。Xaar 1001打印头在70.5mm的宽度内排列有1000个喷墨头，其机械分辨率只有360dpi（这是高速打印的保证），而高质量打印则通过以下两种不同的方式实现：

使用二态墨滴技术，其墨滴大小为6皮升，喷射频率为5万滴/秒。而使用可变墨滴技术，可以打印8个灰度级（6——42皮升），喷射频率为6000滴/秒，墨滴是在飞行过程中由多个更小一级的墨滴结合而成的。

稍小的Xaar780打印头的工作原理是一样的。赛尔公司授权3个窄幅标签印刷机供应商使用这些打印头：纽博泰公司的Caslon窄幅卷筒纸标签喷墨印刷模块、太阳化学公司SolarJet窄幅卷筒纸标签喷墨印刷机以及EFI公司的Jetrion 4000窄幅卷筒纸标签喷墨印刷机。

灰度技术已经被赛尔公司申请专利，赛尔公司把这种技术授权给其他打印头供应商，允许他们在自己的设备上使用。获得授权的公司有日本东芝、柯尼卡美能达、SII Seiko Infotec和夏普公司等。这也是为什么富士胶片Acuity HD2504平台式喷墨印刷机使用UV油墨能够印刷高品质图像的原因，富士胶片使用的打印头来自其竞争对手赛尔授权的一个公司。

（四）柯达Stream

柯达公司在drupa 2008上展示的Stream的概念机印刷速度为150m/min，喷射墨水具有无与伦比的色彩深度。这个技术是从涂布复印膜的技术演化而来的，下落的墨水在飞行中结合在一起形成可变大小的墨滴。很明显，随着每秒钟喷射墨量的增加，从技术上就会更加难以控制。现在就认为柯达Stream技术将会对传统胶印带来很大威胁还为时尚早，但是我们已经可以确信的是，其他喷墨技术供应商肯定会受到Stream技术的冲击。

上述新型的打印头不仅为喷墨技术，同时也为数字印刷技术开辟了新的机遇。目前来讲，喷墨印刷一直不能兼顾打印质量与打印速度。随着新型宽幅打印头的推出，可以有效地改变这种情况，打印速度甚至可以直接与最常见的胶印设备（中幅面单张胶印机）相媲美。在真正的设备投向市场之前，我们还不能确切地知道打印质量和单位成本，但是可以肯定的是，新型打印头技术肯定会缩小数字印刷和传统胶印在质量和成本方面的差距。