喷墨打印头和打印质量的演变

虽然打印头、墨水、干燥设备和软件均会影响打印质量，但在本文中，重点介绍的是随着生产型喷墨扩展到新的领域，为改善打印质量，打印头进行了什么样的演变。

当单Pass、生产型打印的喷墨技术首次在商业上变得可行时，图文印艺的应用让人生出无限遐想。然而为满足高墨水覆盖率、高彩色应用的需求，打印头必须提供更高的分辨率和精准性。要实现“高分辨率+高精准性”组合效果，存在诸多挑战，我们也将结合不同的打印头技术对此展开讨论。

用于印刷行业的打印头技术

用于印刷行业的打印头类别包括压电式、热敏式和连续喷墨 （CIJ）式。压电式和热敏式打印头也称为按需喷墨（DOD）技术，因为此类打印头仅在需要时激活一次以喷射一滴墨水，而连续喷墨（CIJ）式打印头则是连续喷射的。

压电式打印头将电脉冲传递到压电陶瓷晶体，以膨胀和收缩喷嘴中的墨水室，从而产生必要的压力以推动墨滴喷射。

热敏式打印头使用喷嘴中的加热元件（而不是压电陶瓷晶体）来产生压力脉冲，推动墨滴喷射。

连续喷墨（CIJ）式打印头在打印头中连续循环墨水。当墨水离开喷嘴时，墨水流被分开为用于打印的墨滴和用于再循环的墨滴。

连续喷墨（CIJ）式打印头的墨滴循环示例图。

资料来源：柯达

但是请勿将有独特的连续墨滴循环能力的连续喷墨（CIJ）打印头与“再循环”的按需喷墨（DOD）打印头相混淆。再循环按需喷墨打印头能在打印头内提供恒定的墨水流，这有助于防止喷嘴变干和堵塞，而喷嘴变干和堵塞可能导致喷墨乱射和其他缺陷。再循环还有助于将墨水保持在较恒定的温度下，这个特征对于热敏打印头尤为重要。对于按需喷墨打印头来说，该功能是一个相对较新且复杂的功能，然而对于连续喷墨打印头来说却是与生俱来的固有功能。

所有以上打印头技术都随着时间的推移而演变，通过不同的方法追求更高的打印质量。

打印质量的演变

15年前，生产型喷墨打印机的主要应用领域是单色的消费者传播，而300 dpi的分辨率足以满足大多数此类应用的要求。随着喷墨技术在解决更具挑战性的应用方面取得进展，行业也更加关注打印质量，在此之下喷墨的打印质量也随之发生了变化。

在早期，打印头制造商专注于提高原始分辨率。为了增加每英寸上的墨滴数 （dpi），墨滴本身必须变小。随着dpi的上限从300提高到600，再提高到1200甚至更高，墨滴体积稳步地按比例减少。但是，较小的墨滴更容易受到由打印头下方承印物运动引起的风向变化的影响。当原始墨滴分离出一条长尾巴时，该长尾就会在原始墨滴之后接触承印物并分裂成“卫星状”墨滴，导致出现模糊现象。

实例：在较长抛射距离下，压电式打印头会降低喷墨精度，同时增加卫星墨滴数量。

资料来源：Mark Bale ©INKJET ACADEMY。

为避免空气湍流造成的打印缺陷，必须减小打印头和承印物之间的抛射距离，或者增加喷射速度。由于需要脉冲来生成墨滴，这就限制了按需喷墨打印头提高喷射速度的能力，因此与连续喷墨打印头相比，按需喷墨打印头的位置需要更靠近承印物。此时为支持自动化功能（如不间断收卷和拼接），就需要有额外的设备来抬升打印头，以防止损坏打印头。

虽然在评估文本的打印质量时，高分辨率是首要考虑因素，但在优化图像（尤其是摄影类图像）时，高灰度或高每点位数（bit per dot）却是至关重要的。二进制打印头在误差扩散算法的辅助下可改变固定大小的点的位置，以匹配摄影图像的密度变化。对于单一点大小，除非点尺寸极端小，否则难以避免出现“锯齿化”现象。然而，如果使用多个量则可在承印物上产生一系列的墨滴尺寸，从而改善色调范围和边缘清晰度。

领先的压电陶瓷晶体打印头制造商最初通过“动态按需喷墨”技术来应对这一挑战，该技术可以生成三种甚至四种不同的墨滴尺寸。然而，要获得较小的墨滴和多种墨滴尺寸需要有更高的喷射频率，这会牺牲产能。出于这个原因，如今面向印刷的大多数压电式打印头仅喷射两种不同的墨滴尺寸。也可以将高墨滴重量的喷嘴与低墨滴重量的喷嘴交错放在同一个打印头中，惠普在其HDNA热敏打印头中就是采用的该制造工艺。当所有喷嘴都在运行时，灰度复制就会表现得更优秀，但在较小的墨滴在高速下要保持一致的形状也具有挑战性，需要用户在速度和质量之间权衡，即只有在较低速度下才能获得最高质量，反之亦然。优化图像复制的第三种方法是通过提供极小的墨滴并将多个墨滴准确地输送到同一点以创建更大的点。这种方法需要用到等同于连续喷墨打印头特有的点火频率和速度。

打印质量还取决于打印头的健康状况。如果喷嘴因内部墨水干燥而堵塞，即使是具有最高分辨率、最精确墨滴形状的打印头也会产生不合格的打印质量。在停机期间对打印头进行封盖有助于避免出现该问题，但还有其他方式会导致喷嘴堵塞。如果打印头本身需要靠近承印物才能打印，就可能会受到在其下方移动的承印物中的灰尘和碎屑的负面影响。一些印刷机制造商添加了联机的印刷质量系统，使用冗余喷嘴动态补偿可能出现的喷射乱流。然而只需要让打印头远离承印物就可避免使用这些重要且昂贵的系统——连续喷墨打印头离承印物更远，具备更高的速度喷射，并且始终在不断循环墨水，能有效避免堵塞。

为应对打印质量挑战，柯达采取了独特的解决方案

一直以来，柯达在其技术迭代中坚持采用连续喷墨技术并持之以恒地对其进行优化，这在业界可谓独一无二。自2008年以来，柯达一直在生产Stream连续喷墨打印头。Stream打印头使用了热敏加热器，通过改变连续墨水流的表面能形成墨滴。空气偏转技术将把用于打印的墨滴与再循环的墨滴分开。柯达Stream打印头的打印速度媲美胶印、柔印和凹印，可轻松实现与以上印刷工艺的集成；同时该打印头还是柯达最高生产率的印刷机——柯达鼎盛6000和鼎盛7000 Turbo的幕后英雄。后者是当今市场上至快的喷墨印刷机，运行速度在650到1345英尺/分钟（200到410米/分钟）之间，分辨率从600 x 450 dpi到600 x 900 dpi。

柯达数码印刷业务高级副总裁Randy Vandagriff解释说，柯达的连续喷墨打印头可以在同一频率下生成不同的墨滴尺寸。“这使得我们能在无需添加更多喷嘴的情况下，根据分辨率和速度调节墨滴大小。在高压的连续喷墨技术的驱动下，我们的墨滴生成频率显著提高，可灵活地在同一频率下均衡分辨率、速度和墨滴大小。柯达可以提供600 dpi、900 dpi和1800 dpi的全像素墨水覆盖率，而我们在同一频率下提供不同墨滴尺寸的能力是实现全页或全像素覆盖率的不二法门。”

柯达还拥有更新一代的连续喷墨打印头——ULTRASTREAM，该技术的每个喷嘴每秒可输送超过400,000个墨滴，其打印频率比最快的按需喷墨技术快2到3倍。为实现墨滴的再循环，ULTRASTREAM打印头使用的是带电电极（而不是气流）来偏转墨滴。柯达鼎盛 Ultra 520印刷机使用的就是ULTRASTREAM技术，即使在铜版纸上也能以高达500英尺/分钟的速度实现600 x 1800 的高分辨率。Vandagriff指出：“在我们开发ULTRASTREAM技术时，始终坚持ULTRASTREAM的设计要有可扩展性，所以我们能够降低制造成本。这种可扩展性还使得未来的墨滴频率能比现在的高出两倍，接近800 kHz，这意味着我们还有很大的运行空间来提高图文质量、速度和产能。柯达还展示出多维度密度分辨率的可扩展性，这使得柯达能够达到1200 dpi的高分辨率，并且速度能力相比友商更高一筹。”

Stream打印头和ULTRASTREAM打印头的另一个特点是生成墨滴的均匀性。极高的发射速度和超圆的墨滴，加上精确的墨滴放置，是精确打印质量的保证，同时也能杜绝卫星拖尾现象和雾气的产生。而卫星拖尾现象和雾气通常在按需喷墨系统生产较小墨滴时会出现。

资料来源: 柯达

柯达连续喷墨技术各个优秀的特征（如连续再循环和高喷射速度）是优秀打印的保证，可实现精确的灰度打印，还能以最高速度运行，减少喷嘴数量，减少维护停机时间，并支持更小的颜料颗粒尺寸，同时不需要担心喷嘴堵塞。随着生产型喷墨技术继续挑战胶印在印刷行业中的霸主地位，打印头必须不断演变才能满足更苛刻的要求。毫无疑问的是，连续喷墨打印头在满足以上要求上有着与生俱来的优势，而柯达始终坚持不断改善连续喷墨打印头，打造出基于该技术的平台战略，形成了自己独一无二的优势。