陶瓷墨水與噴頭匹配問題的探討

摘 要：本文闡述了國內(nèi)外陶瓷墨水在不同型號的噴頭上進行噴墨運用的現(xiàn)狀，并就陶瓷噴墨墨水在打印時出現(xiàn)的情況作了進一步的分析。

關(guān)鍵詞：陶瓷墨水；墨滴觀測；噴頭；匹配

1 陶瓷噴墨墨水的發(fā)展

陶瓷噴墨墨水最早由美國福祿公司研制成功，隨后西班牙和意大利等色釉料公司開始研究陶瓷墨水。最近兩年，國內(nèi)色釉料企業(yè)也開始研究陶瓷墨水，而且速度非常快，研究的隊伍非常龐大。目前，已經(jīng)有國產(chǎn)陶瓷墨水研制成功，如博奧科技、明朝科技、華東理工等，并且已開始應(yīng)用。國內(nèi)一直在研究陶瓷墨水的企業(yè)有大鴻制釉（臺灣研究）、金鷹、康立泰、道氏、瑭虹、皇冠、光華、萬島、華夏陶瓷研究中心、佛山中科院等，相信不用多久，國產(chǎn)墨水將會代替進口墨水。

2陶瓷噴墨墨水與噴頭的匹配

陶瓷噴墨墨水在實際打印中與噴頭有著密切的聯(lián)系，是不可分割的統(tǒng)一整體。墨水質(zhì)量再好，如果沒有與之相匹配的噴頭，同樣也得不到一副完美的圖案。高質(zhì)量的墨水要想發(fā)揮出最好的效果，必須把握好每個環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)問題需立刻修復(fù)。噴墨墨水與噴頭匹配的幾種方式如下。

一般生產(chǎn)出來的墨水需要檢測墨水的粘度、表面張力、納米顆粒、密度等方面的物理參數(shù)，如果各參數(shù)都滿足其指標要求，墨水才可以在打印機上進行打印測試。測試的方式一般有三種：

（1） 直接在大型設(shè)備上進行測試。

這種方式風險最大，也最不現(xiàn)實。因為目前大型噴墨打印機上的噴頭都需從國外引進，價格相當昂貴，如果墨水不穩(wěn)定，把噴頭損壞就會造成嚴重的經(jīng)濟損失。同時，機器太大不方便測試；

（2） 在裝有8個固定型號的噴頭平板機上進行測試。

其優(yōu)點為：測試比大型設(shè)備方便，風險也相對低些。其缺點為：打印測試只能看到打印的效果，并不知道噴頭電壓與脈沖波形、墨水溫度之間的變化情況。一般噴頭電壓與墨水溫度等對噴墨影響很大，因此，需要知道墨水與噴頭相匹配的最佳溫度、噴頭工作時的最佳電壓和脈沖波形，才能確定墨水與噴頭是否匹配；

（3） 墨滴觀測系統(tǒng)進行測試。

這種方式最方便、最有效果，為研究墨水性能節(jié)約更多的時間和成本。

墨滴觀測系統(tǒng)能同時兼容XAAR、SPECTRA、精工三大噴頭，所以一臺機器的工作效率相當于三臺或更多的機器，一臺儀器就能使用上所有大型陶瓷機器上的噴頭，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本。下面就以SPECTRA噴頭為例，詳細介紹墨水與噴頭的匹配情況。

2.1墨滴觀測系統(tǒng)分析墨水與噴頭的匹配狀況

通過墨滴觀測系統(tǒng)捕捉陶瓷噴墨墨水如圖1所示。

圖1中所使用的墨水物理性能如粘度、表面張力一致，墨水配方不一樣，導(dǎo)致這兩張圖的噴墨狀態(tài)差別很大。因此，墨水與噴頭匹配效果的好與壞，并不是由表面張力、粘度所決定，墨水的配方才是最關(guān)鍵的因素。

2.2溫度變化對噴墨打印的影響

陶瓷墨水在進行噴墨打印時，溫度變化對噴墨打印速度有一定的影響。一般地，溫度越高，墨水粘度越小，噴墨速度就越快。圖2是采用墨滴觀測系統(tǒng)，測試墨水與噴頭在不同溫度下35~50℃變化時，每個噴孔噴墨速度的曲線圖。

從圖2可以看出，墨水溫度在35℃時，噴墨速度最慢，其速度在3~5m/s范圍內(nèi)波動。墨水溫度在50℃時，噴墨速度加快，其速度在6~7.5m/s范圍內(nèi)波動。因此，墨水溫度越高，其對應(yīng)的噴墨速度越快。同時，不同配方的墨水在同一溫度下，噴墨速度也不一樣。所以必須要把不同溫度的噴墨速度數(shù)據(jù)保存起來，與其他墨水做比較，以獲取各種墨水的最佳的噴墨溫度。因此，通過墨滴觀測系統(tǒng)，可以清楚地知道墨水與噴頭在什么溫度下可以匹配得最好，以及對噴墨速度的影響情況。

2.3噴頭壓電與脈沖波形對噴墨打印的影響

在墨水溫度確定的條件下，噴頭的工作壓力與脈沖波形對噴墨的影響較大。墨水要想噴出最好的效果圖案，需要有合適的噴頭電壓和脈沖波形與之對應(yīng)。墨滴觀測系統(tǒng)可以測試出電壓與脈沖波形最佳狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。噴頭電壓與波形設(shè)置，如圖3所示。

實際上，噴頭的工作壓力越高，噴墨速度越快；脈沖波形越快、越大，墨滴速度越快。但噴墨并不是越快越好，需要找到最適合墨水噴頭工作電壓與脈沖波形的數(shù)據(jù)相匹配。圖4是在相同脈沖波形，不同噴頭電壓條件下，噴墨圖的比較。圖5是在相同電壓，不同脈沖波形條件下，噴墨圖的比較。

由圖4、圖5可知，噴頭電壓與脈沖波形都可以影響墨滴速度與體積。如果把墨水與噴頭匹配（下轉(zhuǎn)第30頁）到最佳狀態(tài)，就需要進行反復(fù)的測試。在噴頭電壓與脈沖波形確定的條件下，墨水的圖案如果還發(fā)生變化，就需要調(diào)整墨水的配方，直到匹配出最佳的效果圖案為止。在墨水與噴頭的溫度，以及噴頭電壓與脈沖波形都確定的條件下，還必須長時間連續(xù)噴印，觀察其是否有斷墨現(xiàn)象；打印頻率（如高頻、低頻、變頻）長時間打印是否穩(wěn)定；打印圖案是否完美；模擬大型噴繪機工作時數(shù)據(jù)參數(shù)是否滿足要求等。

3 在測試墨水中遇到的問題

陶瓷墨水的粘度都較高，墨水剛上機器時基本打不出來。采用墨滴觀測系統(tǒng)進行測試時，剛上的墨水噴墨打印基本上看不出有噴墨存在，只有噴頭表面上掛有墨水。一般墨水加溫到45℃左右時，墨水才能噴射出來。墨水噴出來以后還會出現(xiàn)堵孔如圖6、散噴如圖7、斜噴如圖8等缺陷。

根據(jù)現(xiàn)有的水平，要解決這些問題還存在一定的困難，還有待進一步完善。

4 結(jié) 論

墨水與噴頭的溫度、噴頭電壓和脈沖波形對噴墨都會有一定的影響，任何一個條件出現(xiàn)異常，都會影響到噴墨的質(zhì)量。在實際應(yīng)用中，如果存在噴頭堵孔，打印出來的磚就會留白線；如果出現(xiàn)散噴與斜噴，打印的圖案就會串色或其它的缺陷。要想噴墨墨水發(fā)揮到最佳的噴墨狀態(tài)，需要不斷對墨水與噴頭的溫度、噴頭電壓和脈沖波形等方面進行測試，需要把握好噴墨的每一個環(huán)節(jié)。相信以后企業(yè)會把墨水與噴頭之間的匹配做到完美無缺，使得噴墨磚在陶瓷行業(yè)中成為最先進、最環(huán)保、最節(jié)約的產(chǎn)品。