力雪梅，孫以澤

（東華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海 201600）

傳統(tǒng)的印花加工主要由圓網(wǎng)或平網(wǎng)印花完成［1］，需要經(jīng)過制備花網(wǎng)、調(diào)制印花色漿、印制等多道工序，存在污染大、生產(chǎn)周期長、更換品種時間長、印花疵布多等問題［2］。當(dāng)前，人們對設(shè)計的靈活度有著更高的要求，對紡織品的生產(chǎn)速度以及品種也提出了要求，數(shù)碼噴墨印花可以更好地滿足這些要求，因此，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)已經(jīng)被大規(guī)模地應(yīng)用于生產(chǎn)生活中，得到了更快速的發(fā)展。與傳統(tǒng)印花加工方法相比，數(shù)碼噴墨印花的精度更高，對環(huán)境的污染更小，且可以進(jìn)行更加靈活和個性化的設(shè)計，圖樣可以通過計算機(jī)進(jìn)行調(diào)整修改。

1 數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，數(shù)碼噴墨印花技術(shù)出現(xiàn)，直到80年代，該技術(shù)的分辨率還是比較低，僅適用于印制地毯等。美國Milliken公司開發(fā)的Millitron系統(tǒng)和奧地利Zimmer公司開發(fā)的Chromojet系統(tǒng)運(yùn)用電磁閥原理，利用計算機(jī)控制噴墨以及氣流噴射來實(shí)現(xiàn)要求的圖案。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，荷蘭Stork公司推出Amber數(shù)碼印花機(jī)。此外，日本Seiren公司是世界上第一個把數(shù)碼噴墨印花技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的公司。當(dāng)時的噴墨印花機(jī)采用的是按需噴墨技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，紡織品數(shù)碼噴墨印花技術(shù)得到了快速發(fā)展。噴墨印花機(jī)的生產(chǎn)商數(shù)量迅速增加，印花機(jī)的性能也不斷提高。數(shù)碼噴墨印花的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模不斷擴(kuò)大，顯示出良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

中國的數(shù)碼噴墨印花起步較晚，真正將此技術(shù)成果應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)屬杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司。該公司于1997年開始研究數(shù)碼印花技術(shù)在紡織工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并于2000年研制出國內(nèi)第一臺數(shù)碼噴射印花機(jī)。目前國內(nèi)已經(jīng)非常重視數(shù)碼噴墨印花機(jī)的開發(fā)，在杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司的帶動下，已經(jīng)出現(xiàn)了多家數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的開發(fā)企業(yè)［3］。2018年初，杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司主持完成的“超高速數(shù)碼噴印設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”榮獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

2 數(shù)碼噴墨印花的原理與分類

2.1 原理

數(shù)碼噴墨印花技術(shù)首先將計算機(jī)產(chǎn)生的彩色圖文信息或來自印前輸入設(shè)備的彩色圖文信息傳遞到噴墨設(shè)備，再通過特殊的裝置，在計算機(jī)的控制下計算出相應(yīng)的通道墨量，噴墨成像裝置控制墨滴以一定速度由噴嘴噴射到承印物表面，最后通過油墨與承印物的相互作用，使油墨在承印物上再現(xiàn)穩(wěn)定的圖文信息［4］。

2.2 分類與比較

數(shù)碼噴墨印花按照噴墨方式可分為連續(xù)噴墨法（CIJ）和按需噴墨法（DOD）。其中，連續(xù)噴墨法墨水浪費(fèi)較多，打印效率不高［5］，故更多使用的是按需噴墨法。而按需噴墨法又可分為壓電式按需噴墨、氣泡式按需噴墨、閥門式按需噴墨以及其他按需噴墨方式。其中，比較常用的是壓電式按需噴墨和氣泡式按需噴墨。

噴墨方式不同，噴頭、墨水等參數(shù)也不同。由表1可知，壓電式噴墨噴出的墨滴更小，具有分辨率高、壽命長、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是噴頭的制造成本比較高。壓電式數(shù)碼噴墨印花機(jī)的生產(chǎn)廠商比較多，如Mimaki公司、Roland公司、DuPont公司、杭州宏華數(shù)碼科技股份有限公司等。氣泡式按需噴墨的分辨率比壓電式按需噴墨低，噴頭的壽命短、可靠性差，但是成本相對較低。氣泡式數(shù)碼噴墨印花機(jī)的生產(chǎn)廠商有Canon等。

表1 壓電式和氣泡式按需噴墨的參數(shù)比較

3 數(shù)碼噴墨印花系統(tǒng)的構(gòu)成

3.1 主要設(shè)備

數(shù)碼噴墨印花系統(tǒng)一般由織物放卷機(jī)構(gòu)、織物輸送機(jī)構(gòu)、噴墨打印機(jī)構(gòu)、供墨機(jī)構(gòu)、烘干機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、RIP軟件等構(gòu)成?？椢镙斔脱b置將待印織物輸送至噴墨打印機(jī)構(gòu)打印，為了保證印花的精度，采用伺服電動機(jī)控制織物的傳送速度，與打印速度相互配合完成打印。打印完成后，將織物傳送至烘干機(jī)構(gòu)烘干。圖1為數(shù)碼噴墨印花系統(tǒng)的機(jī)體結(jié)構(gòu)簡圖。

圖1 數(shù)碼噴墨印花系統(tǒng)的機(jī)體結(jié)構(gòu)簡圖

3.2 噴頭

在打印過程中，噴頭的質(zhì)量以及對各個噴頭的控制尤為重要，噴頭的質(zhì)量直接影響打印的整體質(zhì)量和速度。目前，市場上應(yīng)用較多的噴頭生產(chǎn)廠商有京瓷、精工、理光、賽爾、富士、柯尼卡、東芝等。

3.2.1 京瓷噴頭

近年來，京瓷噴頭在紡織品印花上的應(yīng)用發(fā)展非常迅速。京瓷KYOCERA噴頭主要分為KJ4A、KJ4B、KJ4C系列。其中，應(yīng)用較多的是KJ4A和KJ4B系列。KJ4A系列適用于黏度較高的UV固化墨水，KJ4B系列適用于水性墨水。

京瓷噴頭內(nèi)有2 656個噴嘴，每個噴嘴的打印速度可達(dá)4萬滴/s，總體打印速度超過1億滴/s，打印寬度可達(dá)108 mm，最大可實(shí)現(xiàn)5級灰度、最大線速100 m/min、解像度600 dpi×600 dpi的單Pass高畫質(zhì)打印。

噴印速度是衡量噴頭質(zhì)量的一個重要參數(shù)。京瓷噴頭通過對壓電致動器進(jìn)行改良設(shè)計，通過提高驅(qū)動頻率、改良噴嘴形狀、調(diào)整防水膜材料等措施來提高噴印速度。

京瓷噴頭在質(zhì)量、速度等方面可以滿足大多數(shù)市場對噴頭的要求，但是噴頭價格相對偏高，一般廠家會根據(jù)機(jī)器自身需要來選擇噴頭種類。

3.2.2 精工噴頭

精工噴頭與京瓷噴頭一樣都來自日本公司。精工噴頭有510BN、508GS、1020BN和RC1536系列，各系列參數(shù)見表2。510BN系列噴頭在中國的應(yīng)用已經(jīng)有10余年，墨滴顆粒相比其他噴頭更大，打印精度有待提高，需要提高打印質(zhì)量來滿足更多的市場需求。1020BN系列噴頭是一款工作性能非常穩(wěn)定的噴頭。該系列噴頭的有效打印寬度可達(dá)71.90 mm，普遍應(yīng)用于UV打印機(jī)，工作性能穩(wěn)定，壽命長，在性能上優(yōu)于510BN系列噴頭。508GS系列噴頭集速度與精度于一身，打印速度較1020BN系列噴頭提升了30%，具有可變的灰度打印工藝，極大地豐富了成像的過渡色、色域。RC1536系列噴頭的優(yōu)點(diǎn)是具有自動恢復(fù)斷墨功能、噴墨速度快、溫度恒定、墨水適用性廣、廢墨少，缺點(diǎn)是啟動時間長、墨水循環(huán)流控制要求高、設(shè)備成本高［6］。精工噴頭的顯著優(yōu)點(diǎn)是噴頭壽命長，打印精度可以滿足市場的主流需求，是一款高性價比的噴頭。精工UV打印機(jī)是行業(yè)里較穩(wěn)定的機(jī)器。

表2 精工各系列噴頭參數(shù)

3.2.3 理光噴頭

理光噴頭應(yīng)用較多的是GEN5系列，如MH5421噴頭。MH5421噴頭在MH5420噴頭的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的噴頭在使用水性墨水時壽命將會延長。理光GEN4系列噴頭有384個噴孔，8個噴頭就有3 072個噴孔。與GEN4系列相比，理光GEN5系列噴頭有1 280個噴孔，4個噴頭就有5 120個噴孔。GEN4系列噴頭是一個噴頭打印一個顏色，而GEN5系列噴頭是一個噴頭打印兩個顏色。因此，理光GEN5噴頭打印速度更快。此外，理光GEN5系列噴頭含有恒溫和電路保溫系統(tǒng)，噴頭對環(huán)境的適應(yīng)性更好，且適用于各種墨水，打印圖像清晰，出墨流暢。相比之下，理光GEN4系列噴頭對工作環(huán)境的要求更高，而且要使用專用的墨水。

總體來說，使用GEN5系列噴頭的UV打印機(jī)速度快、精度高，而且機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定，性價比較高。

3.2.4 其他噴頭

賽爾噴頭的1000系列、500系列以及2000系列都是比較常用的噴頭。在歐洲市場上，UV打印機(jī)常用賽爾2000系列噴頭，即把兩個賽爾1000系列噴頭合并應(yīng)用。賽爾噴頭打印質(zhì)量高，具有流暢的打印色調(diào)，應(yīng)用十分廣泛。富士噴頭應(yīng)用較多的是星光系列、桑巴系列，星光系列噴頭在精細(xì)圖片打印上還有些不足，但其耐用性、可維修性得到了廣泛認(rèn)可?？履峥▏婎^噴孔大、墨點(diǎn)粗，適合噴繪精度要求較低的圖案，一般用于打印戶外的寬幅廣告。需要注意的是，選購柯尼卡UV打印機(jī)時，內(nèi)加熱比外加熱更穩(wěn)定、耐用。相對于幾款熱門噴頭來說，東芝噴頭是性價比很高的噴頭，不僅價格相對便宜，打印速度快，而且使用壽命可達(dá)2～3年。

4 數(shù)碼噴墨印花墨水

紡織品的數(shù)碼噴墨印花來源于紙張的噴墨打印，但又與之不同。紡織品數(shù)碼噴墨印花所用墨水在要求上多于紙張打印，不僅對色素純度、不溶性固體顆粒粒徑、黏度、表面張力、穩(wěn)定性、電導(dǎo)率、pH以及起泡性等提出要求，而且墨水噴射到織物上形成圖案后，還要求具有良好的染色性能［7］，并且要求對手感沒有影響。

紡織品噴墨印花墨水按照溶劑可以分為水性墨水、溶劑型墨水以及UV墨水［8］。按照色素可以分為染料型墨水和顏料型墨水［9］。染料型墨水的優(yōu)點(diǎn)是色譜齊全、著色鮮艷、穩(wěn)定性好、不易堵塞噴頭、打印質(zhì)量好；顏料型墨水的優(yōu)點(diǎn)是耐光和耐水色牢度好，但存在得色強(qiáng)度低、色彩不鮮艷、圖案不清晰、成本較高的缺點(diǎn)。［10］染料型墨水作為一種水溶液，顆粒度對噴墨印花噴嘴沒有影響；而在選擇顏料型墨水時，要考慮顆粒度與自身設(shè)備的匹配情況，一般要將顏料粒徑控制在1 μm以下，避免出現(xiàn)堵塞噴嘴的現(xiàn)象。［11］因此，綜合生產(chǎn)成本和打印質(zhì)量等因素，染料型墨水對市場的適應(yīng)性更好，應(yīng)用也更普遍。

染料型墨水可分為活性染料、酸性染料以及分散染料墨水。染料型墨水對織物有一定的選擇性，活性染料墨水一般應(yīng)用于棉織物印花，酸性染料墨水應(yīng)用于蠶絲或錦綸類織物，分散染料墨水則應(yīng)用于滌綸織物?？椢镌谟』ㄇ靶枰M(jìn)行一定的預(yù)處理，使表面更容易上染。而顏料型墨水對織物沒有親和力，適用的織物比染料型墨水更廣泛。但顏料型墨水的生產(chǎn)成本更高，且色彩強(qiáng)度不如染料型墨水，色彩不夠明亮。目前，市場上被廣泛應(yīng)用的噴墨印花墨水生產(chǎn)商一般有Ciba、Epson、Canon等。

數(shù)碼噴墨印花的質(zhì)量與所用墨水的質(zhì)量息息相關(guān)。因此，數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的發(fā)展與進(jìn)步對噴墨印花墨水提出了更高的要求，同時，噴墨印花墨水的發(fā)展也促使噴墨印花行業(yè)不斷發(fā)展。

5 數(shù)碼噴墨印花的特點(diǎn)及應(yīng)用

數(shù)碼噴墨印花在印花行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展促進(jìn)了數(shù)碼噴墨印花的發(fā)展，待打印的圖片信息可以從計算機(jī)中獲取或生成，給數(shù)碼噴墨印花提供了更多的可能性。

5.1 與傳統(tǒng)印花的比較

與傳統(tǒng)的圓網(wǎng)印花或者平網(wǎng)印花相比，數(shù)碼噴墨印花不需要分色描稿、制片、制網(wǎng)，不僅節(jié)省了大量的制版成本，而且省去了大量的制版時間和空間，生產(chǎn)周期縮短，同時生產(chǎn)更靈活，可以根據(jù)客戶的要求及時、靈活地變換印花圖案。該操作可在計算機(jī)上完成，不需要再重新制版。

數(shù)碼噴墨印花擺脫了傳統(tǒng)印花“高能耗、高排放、高污染、低附加值”三高一低的困境，尤其適合小批量、多品種、快速的生產(chǎn)模式［12］，相較傳統(tǒng)印花更環(huán)保，無染料、助劑的廢棄和浪費(fèi)，無污水排放，是真正的清潔生產(chǎn)技術(shù)。

5.2 特點(diǎn)

數(shù)碼噴墨印花的顯著特點(diǎn)就是無需制版，借助計算機(jī)可以直接印花，生產(chǎn)十分靈活；印花質(zhì)量高，色彩豐富，可以印制照片花型；批量小，順應(yīng)大規(guī)模定制潮流，適應(yīng)個性化要求；可快速反應(yīng)，零庫存生產(chǎn)，生產(chǎn)過程數(shù)字化，印制效果一致性好，改善了印花生產(chǎn)的環(huán)境。［13］但是，數(shù)碼噴墨印花的生產(chǎn)速度相較傳統(tǒng)印花還不夠快，且印花設(shè)備價格偏高，生產(chǎn)成本增大。

5.3 應(yīng)用

目前，數(shù)碼噴墨印花機(jī)已經(jīng)不再局限于印制廣告幅面以及紡織品等，還可以應(yīng)用于皮革、陶瓷以及PCB電路板等。傳統(tǒng)的PCB是通過刻蝕減成法制作的，生產(chǎn)工序冗雜、資源消耗大、環(huán)境污染嚴(yán)重。而采用數(shù)碼噴墨印花技術(shù)制造PCB時，一般只要3道工序：基板布圖、噴墨打印、熱固化成型。生產(chǎn)工序少、耗能小、成本低、環(huán)境污染小，優(yōu)勢明顯。利用數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的PCB噴墨打印機(jī)符合我國倡導(dǎo)的“節(jié)能、減排、降耗、增效”的產(chǎn)業(yè)政策發(fā)展方向，必將成為PCB生產(chǎn)的主流。［14］由此可見，數(shù)碼噴墨印花的精度正在一步步提升，其應(yīng)用領(lǐng)域也將更加廣泛。

6 數(shù)碼噴墨印花的發(fā)展趨勢

隨著數(shù)碼噴墨印花技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)碼噴墨印花將面臨更大的挑戰(zhàn)。目前，數(shù)碼噴墨印花設(shè)備的核心部件噴頭的生產(chǎn)技術(shù)仍然掌握在少數(shù)國外生產(chǎn)商手中，我國還不能生產(chǎn)高精度的噴頭。但是，我國已經(jīng)有大量的科研人員開始對數(shù)碼噴墨印花進(jìn)行研究，相信在不久的將來，中國也將在數(shù)碼噴墨印花行業(yè)取得巨大的成果。