虽然喷头、墨水、干燥和软件都在印刷质量中发挥重要作用，但本文重点介绍喷头在生产喷墨扩展到新领域时所经历的演变，以及它们在提供改进结果方面的进展。当单通道生产的喷墨方式首次实现商业可行性时，印刷行业的应用还处于理想状态。为了满足高覆盖率和高色彩应用的需求，喷头现在必须提供更高的分辨率和精度。实现这一目标面临许多挑战，本文将讨论不同喷头技术的演变。
用于印刷行业的喷头技术
印刷行业使用的喷头技术包括压电喷墨、热喷墨和连续喷墨 (CIJ)。压电和热敏喷头被称为按需喷墨技术 (DOD)，因为它们只在需要时才被激活以喷射出一滴墨水，而CIJ喷头则是连续喷射的。
压电式喷头通过向压电晶体发送电脉冲，使其膨胀和收缩喷嘴中的墨槽室，从而产生推动墨滴所需的压力；热敏式喷头则使用喷嘴中的加热元件（而非压电晶体）来产生压力脉冲，喷射墨滴；CIJ喷头使墨水连续循环通过喷头。当墨水离开喷嘴时，墨水流被分成用于印刷的墨滴和需要再循环的墨滴。
需要注意的是，不要将CIJ喷头独特的连续墨滴回收功能与“再循环”DOD喷头的功能混淆。循环DOD喷头在喷头内部提供恒定的墨水流动，有助于防止喷嘴干燥和堵塞，从而避免喷墨喷射缺陷。循环还帮助保持墨水温度更稳定，这对于热敏喷头尤为重要。此功能对于DOD喷头来说是一个相对较新且复杂的功能，但对于CIJ喷头来说却是固有的。所有这些喷头技术都随着时间的推移而发展，通过不同的方法追求不同的质量指标。
印刷质量的演变
15年前，生产喷墨的主要应用领域是单色的客户沟通讯息，其中300 dpi的分辨率足以满足大多数需求。随着喷墨技术在解决更具挑战性的应用方面取得进展，对不同印刷质量指标的重视也发生了变化。
在早期，喷头制造商专注于提高原始分辨率。为了增加每英寸墨滴数 (dpi)，墨滴本身必须变得更小。随着dpi上限从300提高到600，再到1200甚至更高，墨滴体积稳步按比例减少。然而，较小的墨滴更容易受到喷头下方基材运动引起的风切变的影响。当主液滴分离出长尾时，长尾会断裂成一个“卫星液滴”，该卫星液滴将在主液滴之后撞击承印物，导致图像模糊。
为了避免空气湍流导致的印刷缺陷，必须减少喷头和基材之间的喷射距离，或者必须增加喷射速度。由于需要脉冲来产生墨滴，这限制了按需喷墨 (DOD) 喷头增加喷射速度的能力，因此要求喷头比连续喷墨 (CIJ) 喷头更靠近基材。这就需要额外的设备来提升喷头，以支持不停机收卷和接料等自动化功能，从而防止喷头损坏。
虽然更高的分辨率是评估文本印刷质量的主要考虑因素，但更高的灰度或每点位数对于优化图像（尤其是摄影图像）至关重要。二进制喷头在误差扩散算法的帮助下改变固定大小点的位置，以匹配摄影图像的密度变化。对于单一点尺寸，除非点非常小，否则避免可见“阶梯状”的能力有限。然而，使用多个体积会在介质上产生一系列墨滴尺寸，从而改善色调范围和边缘清晰度。
领先的压电喷头制造商最初通过实现3种甚至4种不同墨滴大小的“动态按需墨滴”喷射来应对这一挑战。然而，使用较小的墨滴和多种墨滴大小需要更高的喷射频率，这可能会影响生产率。
因此，当今大多数面向印刷行业的压电喷头仅喷射两种不同的墨滴大小。还可以在同一个喷头中交错使用高墨滴重量喷嘴和低墨滴重量喷嘴，就像惠普对其 HDNA 热敏喷头所做的那样。当使用所有喷嘴时，可以实现出色的灰度再现，但在高速下，一致地形成较小的墨滴具有挑战性，导致速度和质量之间的权衡。只有在较低速度下才能获得最佳质量，反之亦然。
优化图像再现的第三种方法是通过提供小墨滴量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 CIJ 喷头独有的更高喷射频率和墨滴速度。
印刷质量还取决于喷头的健康状况。如果喷嘴因内部墨水干燥而堵塞，即使是分辨率最高的喷头，具有精确的墨滴形成能力，也会产生不合格的结果。停机期间盖上喷头可以帮助避免此问题，但喷嘴堵塞还有其他原因。
靠近基材的喷头可能会受到下方移动的介质产生的灰尘和碎屑的负面影响。一些印刷机制造商添加了联线的印刷质量检测系统，以动态补偿使用冗余喷嘴的潜在喷射问题。所有这些重要但昂贵的系统都可以通过使用远离基材、以更高速度喷射并再循环墨水以避免堵塞的喷头来避免。
柯达采用独特的解决方案应对印刷质量挑战
柯达在采用和优化连续喷墨 (CIJ) 技术方面独树一帜。自2008年以来，柯达一直在制造Stream CIJ喷头。Stream喷头通过热加热器改变连续墨流的表面能以形成墨滴，并使用空气偏转将要印刷的墨滴与要再循环的墨滴分开。Stream喷头能够提供与胶印、柔印或凹印机集成所需的速度，并为柯达的高生产率印刷机PROSPER 6000和PROSPER 7000 Turbo提供动力。后者是当今市场上速度最快的喷墨印刷机，运行速度在200至410米/分钟之间，分辨率从600 x 450 dpi到600 x 900 dpi。
柯达数字印刷业务高级副总裁兰迪·范达格里夫解释说，柯达的CIJ喷头可以以相同的频率产生不同大小的墨滴。“这使我们能够根据分辨率和速度调节墨滴大小，而无需添加更多喷嘴。我们的墨滴生成频率明显更高，由高压连续喷墨驱动，能够灵活地在相同频率下权衡分辨率、速度和墨滴大小。柯达可以在600 dpi、900 dpi和1800 dpi下实现全像素墨水覆盖，这些分辨率都需要不同的墨滴大小才能达到全页或像素覆盖。”
柯达还推出了更新的CIJ喷头系列ULTRASTREAM，每个喷嘴每秒可喷出超过40万滴墨滴，印刷频率比最快的按需喷墨 (DOD) 技术快2-3倍。ULTRASTREAM喷头使用带电电极而不是气流来偏转墨滴以便再循环。ULTRASTREAM用于柯达PROSPER Ultra 520 Press，即使在涂布纸上也能以高达500 fpm的速度提供600 x 1800的分辨率。
范达格里夫指出：“在开发ULTRASTREAM的过程中，我们通过其设计的可扩展性降低了制造成本。这种可扩展性还使未来的墨滴频率达到目前的两倍，接近800 kHz，这意味着我们还有很大的空间来提高图像质量、速度和生产力。柯达还展示了跨轨道密度分辨率的可扩展性，这可以使柯达达到1200 dpi的分辨率，并保持或提高速度能力，超过当前的竞争技术。”
Stream和ULTRASTREAM喷头的另一个特点是产生的墨滴均匀。喷射速度和非常圆的墨滴加上精确的墨滴位置，可产生准确的印刷质量，而不会出现由于空气湍流对DOD喷射系统产生的小墨滴尺寸的影响而导致的卫星和雾气。
柯达CIJ技术中的一些元素，例如连续循环和高喷射速度，可以实现精确的灰度印刷，同时还可以以更少的喷嘴实现最高速度运行，减少维护停机时间，并支持更小的颜料颗粒尺寸，而无需担心喷嘴堵塞。随着生产喷墨继续挑战印刷领域胶印的霸主地位，喷头将继续发展以满足更苛刻的要求。可以说，连续喷墨喷头在有效扩展以满足这些需求方面具有先天优势。柯达拥有独特的优势，即建立在连续喷墨喷头持续改进基础上的平台战略。
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