張柏清 王德良 鐘樹銘

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333000；2.杭州諾貝爾集團(tuán)有限公司，浙江杭州311122)

0 前言

近幾年我國陶瓷磚裝飾采用噴墨打印技術(shù)的發(fā)展速度較快，主要得益于噴墨打印機(jī)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高以及下游需求市場不斷擴(kuò)大，噴墨打印機(jī)在國內(nèi)和國際市場上發(fā)展形勢都十分看好，我國陶瓷磚裝飾采用噴墨打印機(jī)迎來良好的發(fā)展機(jī)遇。

1 噴墨打印產(chǎn)品的優(yōu)勢

陶瓷墻地磚的裝飾經(jīng)歷了絲網(wǎng)印花、輥筒印花之后，近二年又掀起了噴墨打印的高潮，噴墨打印技術(shù)已被稱為中國陶瓷墻地磚印花技術(shù)的第三次革命，被越來越多的國內(nèi)陶瓷企業(yè)看好。噴墨打印機(jī)較之絲網(wǎng)印花和輥筒印花，具有許多無可比擬的優(yōu)勢。它能在極短的時間內(nèi)達(dá)到個性化的要求，更加適合當(dāng)今瓷磚裝飾時裝化、個性化、小批量、多花色的發(fā)展趨向。噴墨產(chǎn)品的精細(xì)度與高清晰的圖片并沒有太大區(qū)別，并且傳統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)品都會受到規(guī)格方面的限制，而噴墨技術(shù)在理論上沒有規(guī)格限制。另外，近幾年來仿古磚生產(chǎn)迅猛發(fā)展，一些高端品種諸如仿樹皮、仿原木之類的飾釉磚表面是凹凸不平的立體面，其采用絲網(wǎng)印花和輥筒印花都無法實現(xiàn)的，只有噴墨印花可以得心應(yīng)手隨心所欲，不僅更真實的還原自然材料的紋理和效果，還能在凹凸面上實現(xiàn)印刷。

2 噴墨打印技術(shù)的特點

噴墨打印技術(shù)集電控、墨水使用、機(jī)械合成圖案設(shè)計、數(shù)控操作等多領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)于一身，該技術(shù)在瓷磚產(chǎn)品上的運用可使產(chǎn)品分辨率由普通技術(shù)的72dpi提高到360dpi，如用通俗的像素來表示，則可由現(xiàn)有輥筒印花效果的240萬像素提升到1200萬像素。該技術(shù)可靈活處理各種不同批量及不同品種的訂單，轉(zhuǎn)產(chǎn)時數(shù)碼噴墨打印機(jī)具有不用更換墨水或清洗墨路的特點，省去了輥筒雕刻及試版工作，大大節(jié)省試版、生產(chǎn)等多方面的成本，縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品庫存，降低了運輸成本，縮小了倉庫面積；消除了由于和噴印基材接觸而造成的破損和缺陷，可以在凸凹不平的表面上印刷，大大減少印刷設(shè)備的開支；通過采用軟件工具適應(yīng)新的設(shè)計以滿足更多消費者的需求，以及變從前不可能的設(shè)計為可能。

對于工廠來說，還減少了原材料等庫存，降低了一些企業(yè)的生產(chǎn)成本壓力，此外由于噴墨設(shè)備的自動化性能高，操作便利，還能減少人工勞動。

從設(shè)計方面來說，陶瓷磚設(shè)計的理念是回歸自然。噴墨技術(shù)的出現(xiàn)，為陶瓷設(shè)計提供了豐富多彩的設(shè)計元素，花草鳥蟲、飛禽走獸、山川河流……各種大自然的元素由此顯得多彩多姿、蔚然成畫而信手拈來，大自然的景觀也由此都可成為設(shè)計師們?nèi)≈槐M的設(shè)計元素。石材、木紋等等，另外墻紙、布料等的紋理也能通過噴墨技術(shù)得到淋漓的體現(xiàn)。

此外，噴墨打印改變了傳統(tǒng)的印花技術(shù)與瓷磚接觸的特點，印刷效果通過噴頭自上而下噴出印刷，磚面不再與印刷工具直接接觸，可以實現(xiàn)多角度、高致密性上釉，完全呈現(xiàn)瓷磚立體造面設(shè)計效果；噴墨打印首次實現(xiàn)了在瓷磚立體造型面上的一次性印花，尤其實現(xiàn)了各種凹凸浮面磚和斜角面上的紋理生動印花，凹凸立體面落差可達(dá)4mm能使凹凸面均勻著色，令各種特殊造型的配件與主磚銜接更自然，整體鋪貼效果更天然大氣。這一切，讓設(shè)計的內(nèi)涵表現(xiàn)得淋漓盡致，讓陶瓷更具靈性。正由于以上的種種原因，陶瓷磚裝飾采用噴墨打印技術(shù)迎來了發(fā)展的春天。

3 陶瓷磚應(yīng)用噴墨打印技術(shù)發(fā)展簡況

直到2000年世界第一臺工業(yè)使用的陶瓷裝飾噴墨打印機(jī)才問世，西班牙的Kerajet公司是世界上第一家擁有噴墨設(shè)備技術(shù)專利的企業(yè)，而美國的Ferro公司則是世界上第一家擁有噴墨墨水專利的企業(yè)。因2000年Kerajet所研制的噴墨打印機(jī)受到專利保護(hù)，全世界的其它公司只能內(nèi)部研發(fā)。該專利權(quán)在2008年開放后，其它原本內(nèi)部研制噴墨打印機(jī)的公司才開始向外銷售。因此，噴墨打印機(jī)的使用在國內(nèi)也是近幾年的事情。

2008年5月佛山市南海區(qū)希望陶瓷機(jī)械設(shè)備有限公司研發(fā)了中國第一臺陶瓷磚裝飾的噴墨打印機(jī)。

杭州諾貝爾集團(tuán)有限公司在2009年下半年采用西班牙Kerajet的陶瓷磚裝飾的噴墨打印機(jī)，成為國內(nèi)第一個推出噴墨磚的企業(yè)。

金牌亞洲于2010年3月30日推出國內(nèi)首款3D數(shù)碼噴墨立體磚，成為廣東陶企最早推出噴墨打印產(chǎn)品的企業(yè)之一。

近年來，全球陶瓷磚應(yīng)用噴墨機(jī)械設(shè)備數(shù)量不斷上漲。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，到2011年4月為止，全球已經(jīng)在使用的噴墨打印機(jī)近400臺，這比起2009年當(dāng)時的設(shè)備數(shù)量翻了一番，其中，在中國的噴墨打印機(jī)已經(jīng)有40臺左右，占全球噴墨打印機(jī)總量的10%，目前涉足噴墨領(lǐng)域的佛山陶企將近20家，華東也至少有2家企業(yè)。據(jù)有關(guān)媒體和專家預(yù)測，未來5年內(nèi)，噴墨打印設(shè)備將增加至1000臺。世界陶瓷磚生產(chǎn)已進(jìn)入噴墨打印年代，而作為全球陶瓷生產(chǎn)第一大國，中國必定成為該技術(shù)運用的潛力最大的市場之一。

4 噴墨打印機(jī)

噴墨印刷是一種新的無接觸、無壓力、無印版的印刷技術(shù)，將電子計算機(jī)中存儲的信息輸入噴墨打印機(jī)即可實現(xiàn)印刷。它還具有無版數(shù)碼印刷的共同特征，即可實現(xiàn)可變信息印刷。

噴墨打印機(jī)一般由噴頭系統(tǒng)、噴頭清潔系統(tǒng)、供墨系統(tǒng)、帶輸送系統(tǒng)、帶清潔系統(tǒng)、操作及控制系統(tǒng)等組成。噴頭系統(tǒng)由噴頭、噴頭矩陣及噴頭板組成，供墨系統(tǒng)包括墨盒、過濾器、墨泵、管路等在內(nèi)的循環(huán)供墨系統(tǒng)，操作及控制系統(tǒng)包括灰度控制器、顯示器、路由器、芯片、接口在內(nèi)的驅(qū)動電子設(shè)備、控制軟件等，這些系統(tǒng)是噴墨打印機(jī)的關(guān)鍵核心技術(shù)。

陶瓷企業(yè)目前所應(yīng)用的噴墨打印機(jī)均為壓電式按需噴墨打印機(jī)。

5 陶瓷墨水

5.1 陶瓷墨水的發(fā)展

國外陶瓷墨水的研究起始較早，2000年1月7日，F(xiàn)ERRO公司向美國專利商標(biāo)局提交了一份名為《用于陶瓷釉面磚（瓦）和表面的彩色噴墨印刷的獨特的油墨和油墨組合》的專利，該專利闡述了陶瓷墨水的制作方法技術(shù)，為陶瓷噴墨打印技術(shù)奠定了良好的基礎(chǔ)。

噴墨墨水技術(shù)發(fā)展分兩個階段。第一階段是2000～2006年，噴墨系統(tǒng)只有可溶性墨水。在這一階段，由于所使用的可溶性墨水的低色彩范圍、穩(wěn)定性差和成本高，大大限制了產(chǎn)品所能實現(xiàn)的各種可能性，制約了發(fā)展。第二階段，隨著顏料墨水的技術(shù)進(jìn)步，噴墨系統(tǒng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。使用這些顏料墨水，噴墨打印系統(tǒng)幾乎可以打印市場上的常規(guī)顏色，而且價格也具競爭力。這種技術(shù)的飛躍影響甚至可擴(kuò)大到景觀設(shè)計，并帶動了更多的新設(shè)備廠家進(jìn)入市場及將一些新元素引入到新的色彩制作中。一些公司開始專門研究陶瓷領(lǐng)域的最佳解決方案。

5.2 陶瓷墨水的特點

陶瓷墨水必須是納米技術(shù)制造出的超微細(xì)的無機(jī)材料，不是簡單的顏色混合調(diào)配就可以達(dá)到的。且陶瓷墨水必須是無機(jī)材料，否則它們無法經(jīng)歷高溫的煅燒。尤其噴墨設(shè)備采用的是四色印刷，和我們傳統(tǒng)印刷行業(yè)大致一樣，即C(Blue,藍(lán)色)、M(Magenta,介于紅色與橙色之間的一種色彩)、Y(Yellow，黃色)、K (Black,黑色)四種顏色，目前還無法達(dá)到100%的紅色，因此可能在印刷效果上會有些制約，導(dǎo)致設(shè)計初衷無法完全滿足。也就是兩個要素，無機(jī)色釉和納米混合，同時滿足這兩個條件，是非常困難的。和傳統(tǒng)紙制品的印刷不同，瓷磚的印刷不僅要突破這樣的問題，還要考慮高溫?zé)傻男Ч?/p>

所謂陶瓷墨水就是含有某種陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷著色劑的墨水。陶瓷墨水的組成和性能與打印機(jī)的工作原理和墨水用途有關(guān)。陶瓷墨水通常由無機(jī)非金屬顏料（色料、釉料）、溶劑、分散劑、結(jié)合劑、表面活性劑及其它輔料構(gòu)成。無機(jī)非金屬顏料（色料、釉料）是墨水的核心物質(zhì)，要求其顆粒度小于1微米，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強(qiáng)團(tuán)聚，具有良好的穩(wěn)定性，受溶劑等其它物質(zhì)的影響小。

5.3 國內(nèi)陶瓷墨水研究概況

國內(nèi)陶瓷墨水的研究始于2000年，近年來形成了天津大學(xué)、南昌航空工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、陜西科技大學(xué)和華南理工大學(xué)等研究團(tuán)隊，發(fā)表了一批研究論文。企業(yè)研究方面出現(xiàn)了道氏制釉、華山制釉、科信達(dá)奧斯博、博奧科技等公司，也形成了3個發(fā)明專利的成績，尤其是道氏制釉已經(jīng)獲得專利2個。盡管如此，陶瓷墨水在國內(nèi)仍處于研究階段，離真正產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離，不過，在2011年廣州陶瓷工業(yè)展覽會上已看到博奧科技生產(chǎn)的陶瓷墨水。據(jù)了解博奧科技生產(chǎn)的陶瓷墨水已經(jīng)能夠在噴墨打印機(jī)上使用，目前他們正在全力推廣。

6 噴頭

6.1 壓電噴頭的工作原理：

其工作原理為：利用壓電傳感器對墨水施加沖擊。當(dāng)計算機(jī)控制的變化電壓施加在壓電傳感器上時，它會隨電壓的變化而發(fā)生體積的收縮和膨脹，體積變化的方向取決于壓電材料的結(jié)構(gòu)和形狀。當(dāng)傳感器收縮時會對噴嘴內(nèi)的墨水施加一個直接的高壓，使其從噴嘴高速噴出，電壓消失后，壓電材料恢復(fù)到原來的正常尺寸，墨室依靠毛細(xì)作用被儲墨器充滿。

壓電式噴墨打印頭內(nèi)裝有一定容量的墨水腔體，在噴孔上部側(cè)面裝有壓電陶瓷，在壓電陶瓷上施加脈沖電壓，電壓可使壓電陶瓷形變后產(chǎn)生壓力，從而擠壓噴孔中的墨水噴射出墨滴，墨滴落到打印介質(zhì)上形成墨點，由不同顏色噴孔噴射的墨點組成畫面；由打印控制系統(tǒng)控制噴孔上的壓電陶瓷的工作狀態(tài)；壓電式噴嘴每秒鐘大約能噴出14000個左右的墨滴。壓電式噴頭的分辨率高達(dá)1440dpi(每英寸點數(shù))。由打印控制系統(tǒng)控制噴孔上的壓電陶瓷的工作狀態(tài)；打印頭上的噴孔和墨管相連，通過可精確控制墨水容量和墨路壓力的供墨系統(tǒng)為打印頭連續(xù)工作提供墨水。

噴墨打印機(jī)的噴頭是噴墨技術(shù)的關(guān)鍵，就猶如汽車的發(fā)動機(jī)一樣，是噴墨打印機(jī)的心臟。因此，噴頭技術(shù)好與壞直接影響噴墨技術(shù)的質(zhì)量，但目前噴頭的關(guān)鍵技術(shù)還是掌握在歐美等國手上，我國還沒有能力自主生產(chǎn)噴墨打印機(jī)的噴頭。

6.2 噴頭品牌介紹

噴頭在陶瓷噴墨打印設(shè)備的位置非常重要，目前世界上的陶瓷噴墨打印機(jī)的噴頭生產(chǎn)技術(shù)被分別被美國的FUJIFILM Dimatix“北極星”和英國XAAR“賽爾”、日本的Konica和精工SPT所壟斷。

FUJIFILM Dimatix具有27年研發(fā)噴墨打印頭技術(shù)的經(jīng)驗。據(jù)了解，在27年之前FUJIFILM Dimatix就開始研究噴頭技術(shù)，并投入資金3億美元，在1984年最初創(chuàng)建時叫作Spectra公司，2005年更名為Dimatix，2006年由FUJIFILM公司收購。日本精工SPT由日本精工電子集團(tuán)所生產(chǎn)，精工最先是在生產(chǎn)精密鐘表方面聞名世界，如今在生產(chǎn)集裝壓電式噴頭也擁有著雄厚的技術(shù)支撐。日本精工電子科技的SPT噴頭目前在業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛，在世界噴頭的市場占有率近50%。

國內(nèi)所有擁有自主研發(fā)的噴墨打印機(jī)使用的噴頭基本來自四家企業(yè)。其中主要是：一是美國FUJIFILM Dimatix供應(yīng)的，二是英國XAAR供應(yīng)的。這幾家擁有打印設(shè)備噴頭技術(shù)的企業(yè)，經(jīng)歷幾十年的科研與經(jīng)驗積累，注入大量的資金、人力、物力才得以成功，因此噴頭的研發(fā)成功并非一蹴而就。

圖1 X a a 1001噴頭Fig.1 XAAR1001 print head

國內(nèi)噴墨打印機(jī)的噴頭需求在未來幾年內(nèi)仍然需要依賴進(jìn)口。噴頭的外形見圖1、2。

6.3 噴頭的壽命、價格

噴頭的壽命都比較短，經(jīng)常更換噴頭是噴墨技術(shù)亟需解決的問題。據(jù)了解，在條件良好的情況下（非正常損耗除外）噴頭的使用壽命可以達(dá)到100萬平方米以上。噴頭目前還沒有國產(chǎn)化，因此許多陶企都需要花高價進(jìn)口噴頭。據(jù)悉，一個噴頭就要3～4萬元左右。依據(jù)噴頭結(jié)構(gòu)不同，噴頭的孔數(shù)不一，1臺噴墨打印機(jī)所需的噴頭數(shù)量也不一樣，少則需40個噴頭，多則需96個噴頭，甚至100多個，光噴頭一項就需120－384萬人民幣左右，這直接制約噴墨打印機(jī)的推廣和應(yīng)用。

7 今后的發(fā)展

我國的陶瓷噴墨打印技術(shù)還屬于起步階段，和國外相比還有較大的差距。

短短的二年，我國陶瓷噴墨打印機(jī)的制造企業(yè)已近十家，但目前的核心技術(shù)仍然由國外企業(yè)所壟斷，因此今后國內(nèi)研發(fā)重點應(yīng)放在噴墨打印頭和墨水上，噴墨打印機(jī)制造企業(yè)，而應(yīng)該將重點放在陶瓷噴墨打印機(jī)的服務(wù)和軟件設(shè)計上，使國內(nèi)的陶瓷噴墨打印機(jī)盡快擺脫國外的限制，開發(fā)出具有完全獨立知識產(chǎn)權(quán)的陶瓷噴墨打印機(jī)。

圖2 北極星噴頭Fig.2 FUJIFILM Dimatix print head

噴墨打印技術(shù)朝著精細(xì)照片打印質(zhì)量的方向進(jìn)發(fā)，隨著噴墨技術(shù)和制造能力的逐步提高，通過更細(xì)小的墨滴和精準(zhǔn)的噴墨控制實現(xiàn)越來越高的圖像分辨率，更快的噴射速度（頻率）實現(xiàn)高速打印，通過多顏色的墨水應(yīng)用展現(xiàn)豐富的色彩。

（1）陶瓷數(shù)碼噴墨打印機(jī)噴頭的關(guān)鍵技術(shù)實際上有兩個：一是壓電晶體陶瓷材料，二是微電子機(jī)械加工技術(shù)。而噴頭的核心技術(shù)是壓電晶體半導(dǎo)體陶瓷和微電子機(jī)械系統(tǒng)（MENS）,作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的微電子機(jī)械系統(tǒng)（MENS）應(yīng)該成為國家重點支持科技項目。

（2）國內(nèi)開始研究陶瓷墨水雖有10年歷程，但是仍處于理論研究階段，雖然部分陶瓷色釉料企業(yè)在2011年推出陶瓷墨水，但離上線推廣應(yīng)用還有一段路程要走，當(dāng)然這需要墨水的生產(chǎn)企業(yè)和墨水的用戶以及陶瓷噴墨打印機(jī)制造廠家的全面合作才能在短期內(nèi)實現(xiàn)。相信在不久的將來，必將攻破墨水的技術(shù)難關(guān)，成本將不再是制約國內(nèi)陶瓷企業(yè)運用噴墨技術(shù)的關(guān)鍵之一。

（3）建立一支完善的培訓(xùn)和服務(wù)體系，加強(qiáng)售后服務(wù)和技術(shù)服務(wù)以及質(zhì)量控制，使噴墨打印機(jī)充分發(fā)揮效能。

1江紅濤等.陶瓷裝飾用彩噴墨水研究進(jìn)展.硅酸鹽通報,2004, (2):58～60

2林偉.韓復(fù)興等.數(shù)字噴墨打印技術(shù)對我國建筑陶瓷未來發(fā)展的影響.陶瓷,2011,(4):9～12

3俞康泰,李勇.陶瓷裝飾的一場革命--噴墨印刷及其應(yīng)用.佛山陶瓷,2002,(8):17～18

4蔡曉峰.噴墨打印技術(shù)與陶瓷墨水的制備.佛山陶瓷,2006,(7): 35～37

5陶城報資訊網(wǎng)，http://china.toocle.com

6華夏陶瓷網(wǎng)，http://www.chinachina.net