Single-pass噴墨技術現狀及發展趨勢

劉中道，王 遠

（保定市樂凱集團 河北 保定 071000）

1 引言

噴墨技術在2008年德魯巴展會上大放異彩，展會上展出了大量的噴墨印刷設備，同時也發布了很多噴墨技術的概念技術，很多人預測噴墨時代就要來臨了。現在十年過去了，噴墨技術又取得了很大的進化，當年的概念技術基本都已實現，雖然并沒有像一些人預測的那樣取代傳統印刷，但在印刷領域的份額正在逐步提升，應用范圍也越來越廣。

噴墨技術按照印刷方式可分為scanning和singlepass兩種方式，scanning一般稱作往復式或掃描式，指噴頭在承印物上往復運動并打印從而使圖像覆蓋全篇的打印方式，它可以通過多次掃描使分辨率成倍提升，顯著提升打印質量，每色只需一個噴頭就可以完成超大幅面印刷。噴繪機和很多桌面噴墨打印機就是基于此技術。掃描式的優勢是設備價格一般較低，又能印制超大幅面的圖像，并且對于噴頭堵塞不太敏感，圖像質量很高，所以性價比很高，廣泛用于室外廣告印刷、陶瓷噴繪和印花等行業，該技術目前已比較成熟，有大量的國內設備制造商，國產設備由于價格優勢在國內市場上占據主流地位。掃描式的缺點和優點一樣突出，就是印刷速度非常緩慢，無法工業級大批量印刷。

Single-pass可譯作一次過式，但行業內一般仍使用英文，指噴頭固定在某個位置，直接在移動中的承印物上印刷，通常每色需要多個噴頭橫向排列以達到所需要的幅寬，承印物可以是卷筒紙、單張紙、板材甚至是生產線上的產品。由于噴頭不再需要往復運動，Single-pass具有很高的印刷速度，上限取決于噴頭的最大打印速度或者承印物的最大移動速度。Single-pass的印刷方式非常適合高速打印可變數據，目前噴碼行業是single-pass應用最成熟的領域。但single-pass也存在天然的劣勢，它非常依賴噴頭的性能和打印狀態，過去大部分噴頭的分辨率不夠高，所以印刷質量相比傳統印刷差距非常明顯，而且噴嘴一旦堵塞或斜噴，圖像上就會出現白線，使本就劣勢的圖像質量進一步下降。同時，single-pass設備使用的噴頭數量隨著幅寬的增加而增多，打印幅面越大，使用的噴頭越多，設備成本也越高，所以在過去的很多年里，較大幅面的single-pass噴墨設備的定位稍有些尷尬。不過，隨著噴墨技術的不斷發展，這種形勢正在迅速轉變。

2 single-pass噴墨技術發展現狀

噴墨技術是一個快速發展的技術，噴墨印刷設備相比前幾年已經發生了不小變化，在打印質量、性能、和自動化等方面都有不同程度的提升。

2.1 印刷質量進一步提高

噴墨印刷的打印質量主要取決于噴頭的分辨率，過去主流的single-pass噴墨設備分辨率都在600dpi左右，與傳統印刷和靜電成像技術都有比較大的差距。

目前噴頭的分辨率得到了極大提升，比如富士推出的Samba噴頭原生分辨率就達到了1200dpi，最小墨滴2pL，4級灰度下印刷速度可以達到80米/分，已經被很多噴墨設備商采用，應用非常廣泛。惠普推出的HDNA熱發泡噴頭分辨率更是達到了2400dpi，惠普聲稱其最高打印速度可達305米/分，該噴頭主要應用在惠普的寬幅卷筒印刷機。Memjet公司推出的噴頭分辨率達到了1600dpi，不過其印刷速度很慢，1600dpi模式下速度只有9米/分，主要應用在小型印刷設備和桌面打印機上。其它很多噴頭公司雖然沒有原生高分辨率的噴頭，但也通過多個低分辨率噴頭組合的方式來提高分辨率，比如柯尼卡美能達使用兩個600dpi的KM1800i噴頭組合，達到了1200dpi的分辨率；松下推出了4個360dpi噴頭組合成的噴頭模塊，分辨率達到了1440dpi。這些高分辨率的噴頭或者打印模塊，使最終的印刷質量基本追上了靜電成像技術，接近傳統印刷。

2.2 印刷效率進一步提高

印刷效率主要與印刷幅寬和印刷速度相關，印刷幅寬越大，印刷速度越高，生產效率也越高。

得益于噴墨技術印刷質量的提升，幾個印刷巨頭都推出了自己的旗艦級噴墨印刷機，這些印刷機的銷售對象主要是大型印刷企業，目的是使用噴墨技術進行工業化生產，許多設備的印刷幅面完全向膠印對標。單張紙設備中，海德堡Primefire106和蘭達S10均為B1幅面，柯尼卡美能達KM-1和富士Jet Press 750S為B2+幅面，卷筒紙印刷機中，惠普的PageWide T400 HD幅寬達到了1067mm，高寶的RotaJET L最大幅寬達到了1300mm。這些印刷機不但幅面達到了大型傳統印刷設備的級別，印刷速度也不遑多讓，比如蘭達S10宣稱可達到13000印/小時，KM1速度較低，也達到了3000印/小時，惠普的PageWide T400 HD印刷速度高達305m/min，高寶RotaJET L則能達到150m/min的印刷速度。相比數字印刷中的靜電成像技術，高端single-pass設備的生產效率明顯勝出。

2.3 設備自動化程度更高

大型噴墨設備上使用的噴頭越來越多，很多設備噴頭多達幾百個，日常維護僅靠手工操作費時費力，所以高端設備基本都配套自動清洗裝置，大大降低了維護難度。

在印刷過程中，工業化生產對于single-pass設備的穩定性要求很高，這正是噴墨技術目前的短板之一，噴頭在高速噴墨時可能會出現氣堵或掛墨而引起斷線。任意一個噴頭發生斷線都會引起明顯的質量問題。所以，生產過程中實時的質量監控是很有必要的。這種監控一般依靠視覺檢測設備，在設備工作中或生產間隙自動打印測試圖像，如果檢測到噴頭不佳，則進行相應的軟件補償或者停機維護處理。不過，高速檢測技術和實時軟件補償處理技術的開發難度很高，僅有少數高端設備配備，有不少設備僅通過檢測模塊發現問題，然后停機人工處理問題。

2.4 特種墨水和承印材料，改善適印性

噴墨印刷是非接觸的印刷方式，優點是在各種材質上都能印刷，缺點是在很多承印物上印刷效果不夠理想。為了提升噴墨設備的適印性，不少廠商從墨水和承印材料兩個方面著手進行優化。

蘭達公司開發出了一種納米油墨，其中的顏料顆粒直徑只有幾十納米，對于光的反射比傳統顏料更強，可以在更少墨量的情況下獲得比傳統墨水更高的色彩飽和度。柯尼卡美能達公司的KM-1使用的是一種特殊的“蠟滴式”墨水，它在常溫下是固體狀態，必須加熱才能變為液體，墨滴噴射到承印物表面后由于溫度迅速降低很快凝固，從而獲得極高的定位精度和防滲透能力。

艾利和芬歐藍泰等知名紙業公司針對噴墨技術“挑紙”的問題，開發了不少噴墨專用紙張，具有比普通紙張更好的適印性，這些專用紙張成本較高，國內也開始有一些公司推出了類似的紙張，性價比高很多。

3 single-pass噴墨技術在我國的應用情況

近年來，隨著印刷市場上短版和個性化需求訂單的持續增長，以及噴墨技術的進一步發展，噴墨技術在印刷領域正扮演者越來越重要的角色。Single-pass噴墨以其遠超掃描式噴墨的生產效率，被應用到很多領域，比如工業印刷、數碼印花、陶瓷噴墨、可變數據打印等。

我國single-pass噴墨的市場與國外并不完全一致，國內市場相對于歐美有一定滯后性，人力成本和產品售價也更低一些，市場對于個性化訂單的需求還不夠旺盛，所以整個數字印刷發展都不如歐美。

紙類印刷領域中，single-pass噴墨主要應用于出版印刷領域，國外應用廣泛的賬單直郵市場在我國發展得并不順利。彩色single-pass噴墨設備過去由于印刷質量不如傳統印刷和靜電成像技術，國內銷量并不大，不過最新的旗艦級噴墨印刷機已經解決了打印質量的短板，得到了國內大型印刷企業的青睞，比如深圳賢俊龍彩印有限公司訂購了海德堡Primefire106，中榮印刷集團和東莞永洪印刷有限公司擬訂購蘭達S10。而小型印刷企業很難負擔起旗艦彩色噴墨印刷機的成本，國產中低端的彩色噴墨設備又很難滿足國內客戶對于印刷質量的要求，處境仍然尷尬。

可變數據印刷近年來發展非常迅速，由于進入門檻較低，國內設備廠商非常多，比如方正、尚浩、圣德、阿諾捷等，可變數據印刷設備的售價較低，小型印刷企業也能承受，通過傳統印刷與噴墨技術相結合，發揮各自優勢，也能滿足一定的個性化訂單需求。另外，生產線產品實時打碼也是重要的應用領域。

紡織印花是國內噴墨的重要市場之一，目前數碼紡織印花仍以掃描式噴墨為主，不過2016年被紡織業稱為國內“single-pass元年”，很多印花企業都開始籌備購入single-pass印花設備，保守估計2017年底國內該類型設備已超過20臺，這將對紡織印花行業的生產效率產生顛覆性的影響。國內印花設備以國產為主，知名廠商有希望高科、潤天智、新景泰等。

噴墨技術在陶瓷印花領域的應用近十年來呈快速增長趨勢，目前全球約一半的陶瓷生產線在中國。由于陶瓷噴墨對于印刷質量的需求較低，single-pass設備應用比較廣泛，賽爾噴頭由于其墨水循環技術的優勢，在陶瓷噴墨領域占據主流。由于國內廠商進入該領域較早，技術上不比國外同行落后多少，國產設備占據70%左右份額，知名廠商有希望高科、新景泰、美嘉等。

4 展望

目前仍然有一些因素限制著single-pass噴墨技術的發展。一是設備和耗材的成本較高，僅僅是噴頭和配套的控制系統的成本就足以嚇退很多小型印刷企業。二是噴頭的穩定性仍然不足以讓人安心，寬幅設備動輒幾百個噴頭很難保證完全不發生堵塞，最終印品上常常會有細微的瑕疵。但是，相比single-pass噴墨技術帶來的高速、短版、個性化等方面的優勢，這些問題很多情況下是可以容忍的。

噴墨技術仍在快速發展，這些問題必然會逐步解決。同型號噴頭的價格隨著發布時間的推移會逐漸降低，而同樣價格買到的噴頭的性能會越來越好。耗材方面，國產墨水的推出以及激烈的市場競爭導致噴墨墨水的售價近年來下降非常明顯，很多進口品牌價格只有原來的1/3甚至更低。以后噴墨設備和耗材的價格必然會更加親民。提升噴頭工作的穩定性也一直是噴頭廠商的重要課題，比如不少新型噴頭也加入了類似賽爾噴頭的內循環技術，減少氣泡和細微顆粒堵塞噴嘴的幾率。

single-pass噴墨技術的打印質量逐漸接近傳統印刷和靜電成像技術，該類型設備已經具備了快速發展的基礎，加上噴墨技術的應用領域不斷擴大，該技術必將迎來更加輝煌的發展。