揭秘喷墨印刷背后的“黑魔法”：从喷嘴结构到墨水特性！

本文将探讨当干燥过程与保持喷墨喷嘴正常运行之间存在矛盾时，如何帮助原始设备制造商（OEM）克服墨水性能的限制。现在，让我们将目光转向生产喷墨和其他工业喷墨应用中常用的其他主要方法，以帮助您获得完美的印刷效果。

即使在采用了再循环技术的情况下，当喷嘴处于静止状态时，其中的材料仍然会发生干燥现象。为了更好地理解这一现象，我们有必要深入了解喷嘴的微观结构。通常，我们会将喷嘴简单地描述为喷嘴板上的一个小孔。然而，为了保证喷头的机械强度，喷嘴板的厚度不能过薄。

这就意味着，实际上，喷嘴更像是一个高圆柱体，甚至有时像一个长漏斗。这种结构设计与喷嘴的制造工艺密切相关，包括电铸、激光钻孔、硅的湿/干蚀刻以及机械冲压等。因此，即使有再循环液的流动，喷嘴后部产生的流量也不一定能够充分混合喷嘴中的所有材料，从而导致喷印效果的不稳定。

下面，我们选取了一些来自欧洲喷墨会议（现已更名为 IP&I）的演讲示例，对喷嘴设计进行详细说明。正如演讲中所述，每种喷嘴设计都具有略微不同的几何形状和流速组合。其中，东芝泰格（现为 Riso 的一部分）和赛尔的设计最为相似，它们都认为在通道中保持较高流量有助于喷嘴的“周转”，即保持喷嘴内部墨水新鲜。

要保持喷嘴墨水始终处于新鲜状态，最有效的方法就是像连续喷墨 (CIJ) 喷头那样，保持墨水持续流动。那么，什么是连续喷墨呢？在生产印刷领域，CIJ通常特指柯达的技术。对于热敏和压电喷墨等按需喷墨 (DoD) 技术，则需要采用其他方式来实现墨水的持续流动。

正因如此，一些原始设备制造商（OEM）会将“喷墨”一词泛化。在这种情况下，“喷墨”通常指的是以较低频率持续喷出墨滴，以避免墨水干涸，同时保持喷嘴的清洁状态。为了实现这一目标，可以在印刷前的维护站中进行，也可以在印刷过程中进行，尤其是在纸张宽度固定的生产印刷中。这意味着，在印刷数据中随机插入一些不影响最终印刷效果的墨滴，其唯一目的是确保在需要时能够完美地输出预期的印刷图案。

另一种方法是采用非喷射脉冲，我们也可以称之为“弯月面摇动”脉冲，或者更通俗地说，是“挠痒”脉冲。这种方法的原理是通过充分激发喷嘴中的液体，使其保持混合状态，从而确保喷嘴始终处于良好的工作状态。无论喷头是否采用再循环设计，这种方法都适用。下图展示了不同类型的“挠痒”脉冲的示意图，以及一个实验装置：通过向滴管中施加脉冲，观察喷嘴处弯月面的变化。

产生这种触发信号的数据位通常为“0”，对应于印刷图像中的白色区域，因此在我们的系统中，我们将其称为“空白”触发。在这种情况下，每个像素都会产生一个触发信号，因此触发频率与印刷频率相同。对于高速印刷机来说，这个频率可以达到60kHz甚至更高。

频繁的触发会产生热量，特别是在那些不经常喷射墨滴的喷嘴中。热量的积累会导致局部墨水的粘度发生变化，从而影响后续墨滴的喷射质量。为了解决这个问题，我们可以为触发信号设置一个独立的数据通道，通过降低触发频率来减少热量的产生。即使在长时间不进行印刷的情况下，这种方法也能有效地防止加热问题。

在许多工业应用中，如果墨水具有高度挥发性（比如溶剂型墨水）或含有大量颗粒，甚至同时具备这两种特性，那么即使采用了再循环技术，触发效果也可能非常差。

为了更好地验证我们的结论，我们再次利用实验室的“阶梯式”印刷实验。这次，我们将水性墨水和溶剂墨水分别注入中等流量循环头和快速循环喷头中进行对比。尽管实际的流量只有喷头制造商建议值的50%左右，但已经达到了正常印刷时用量的20倍。

实验结果表明，墨水类型、喷头设计和液滴大小都会对像素级印刷的精确度产生影响。如果驱动硬件允许，我们还可以在非印刷期间（比如两次印刷作业之间）使用触发脉冲。这意味着需要额外的驱动信号来产生特殊的非印刷波形。我们称之为“空闲”波形，这种波形可以显著改善每次印刷作业的第一行印刷质量，对于对印刷精度要求极高的应用，例如印刷电子产品，这一点尤为重要。

波动性并不是触发脉冲带来的唯一好处。我们曾用多种类型的喷头喷射高粘度的UV墨水，实验结果表明，即使在不添加溶剂或其他助剂的情况下，使用滴注也能显著改善喷射的稳定性。我们的最后一个实验室实验中，我们使用了一个循环喷头，该喷头的波形设计为通过8个子脉冲产生160pL的液滴。我们对喷头的一小部分进行了测试。

有趣的是，在这个特定的喷头中，即使在标记为无滴注的测试中，波形中也已经存在类似于“空白”滴注的脉冲。这是由于喷头的设计特点所决定的。通过在波形中添加额外的“空闲”滴注，我们可以进一步提高液滴的稳定性。我们推测，这是因为连续的能量输入有助于克服墨水在喷嘴出口处遇到的初始阻力，这种阻力与墨水的粘弹性有关。