陶瓷喷墨打印系统：技术与应用

图5-5　陶瓷喷墨打印系统

1.瓷砖输送机构

它主要由电机（一般是伺服电机，也有用普通电机加编码的）、减速机、主动辊筒、从动辊筒、送砖皮带（一般是平皮带）、送砖平台等组成。这里要说明的是，在皮带的选择方面，除了如辊筒印花机皮带的高精度、高强度、耐温性、耐疲劳等性能要求外。由于喷墨机所用的墨水是由多组分的有机溶剂加无机色粉组成。而到目前为止，不同品牌推出的墨水采用的溶剂是有所不同的。因此，要尽量选用抗溶剂能力强、范围宽的皮带（特别是表层）。否则会因为皮带表面的变形而影响精度，或者降低皮带的使用寿命（正常一般为2～3年）。在平台的设计方面，它主要的技术要求与辊筒机差不多：平整、耐磨、耐腐蚀。目前，不同品牌的平台设计有所不同，有的是直接使用原辊筒机的平台（一般是不锈钢），如System、希望、Cretaprint等。有的是用钢件焊接再机加工而成，如Durst、新景泰（彩神）等。前者轻巧美观，后者稳重可靠，各有优点。

2.喷头系统

图5-6　喷头系统

喷头是目前陶瓷喷墨打印机最核心、所占成本最高、最重要、技术含量最高的部件。由于数码喷绘技术在陶瓷喷墨机出现前已经在其他行业应用多年。所以国际上喷头的品类是很多很常见的，广告画、标语机、写真机、办公用的喷墨机等都有使用。但由于陶瓷墨水的特殊性（之前的一般是有机墨水，密度低、分散性好）和陶瓷喷墨机的工作环境较恶劣，所以，不是所有喷头都适用于陶瓷喷墨机。目前成功应用于陶瓷打印机的喷头品种不多，主要有英国的“赛尔”、美国的“北极星”、日本的“精工”三大品牌。“赛尔”是应用最早的，“北极星”由于具有钢结构，易维护、高速、喷距长、供货足等优点，近几年也被不少的品牌机器选用，如DURST及国内的几个品牌都在使用。“精工”与“赛尔”属相似技术，但由于相比欧美产品它在欧洲的使用率较低，所以目前未被大量选用。由于追求大产量（每天单线一般5000m2～10000m2），所以每台陶瓷喷墨机所用的喷头数量是很多的。如350mm宽的机器，标准四色选用“赛尔”时要用20个，选用“北极星”时要40多个。就目前的经验来看，以上提到的几种喷头都是可用的，也各有一些优缺点。而不管选用那种喷头，科学维护是关键，否则会出现喷头喷孔大量堵塞而作废。这样损失就很大（目前喷头的终端价格一般为3万～5万人民币一个）。另一方面，喷头的安装方式也有两种，其一是将所有喷头安装在同一个安装板上（如Kerajet、System、希望），其二是将每个颜色的喷头分别安装在独立的安装板上，而且该安装板可以独立拉出皮带外，以方便喷头作人工清洁。

喷头介绍：

图5-7　喷头

（1）喷头的分辨率（DPI）

DPI是印刷上的计量单位，意思是每个英寸（25.4mm）上，所能印刷的网点数（Dot Per Inch）。现在我们通常讲的喷头的分辨率是多少DPI，指的是“在该打印机最高分辨率模式下，每英寸所能打印的最多”理论“墨点数”。

360DPI：表示在25.4mm上有360个墨点

（2）打印的尺寸

喷头数量的多少取决于砖的规格尺寸。每个喷头打印的宽度为70mm，如要打印330cm的砖需要五个喷头（喷头交错排列）。

3.供墨系统

陶瓷喷墨机供墨系统的作用是给喷头提供持续、稳定均质的墨水，确保喷头工作的持续稳定。它与辊筒印花机的供釉系统有相似的地方。它一般由储存及搅拌桶、抽墨泵、外循环泵、墨盒、一级和二级过滤器、负压系统、恒温系统等组成。这些设置，主要是因为喷头的孔径是很小的（微米级），为了喷射稳定，墨水的粘度必须恒定，陶瓷墨水的溶剂与溶质的比重差别很大易沉淀等原因。同时，因为喷孔堵塞是陶瓷喷墨机最重要的常见故障及损坏原因，所以一般来说，供墨系统都设计成全封闭的，以减少灰尘的进入。另外值得注意的是，由于目前不同品牌的墨水所采用的溶剂品种不尽相同，所以在选用墨水上机之前，必须要认真做好供墨系统中与墨水接触的管路、过滤器、供墨泵等部件与墨水相溶性的测试，以确保所用构件不被墨水“溶掉”或降低其寿命以致因此堵塞喷头。同时，不同型号、品牌的喷头对墨水的粘度等指标的适应也不尽相同，应在使用前做好测试，并与墨水供应商、设备制造商做好沟通。

陶瓷墨水通常由陶瓷粉料（色料、着色剂）、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及它辅料构成。陶瓷粉料是墨水的核心物质，要求其颗粒度小于1μm，颗粒尺寸分布要窄，颗粒之间不能有强团聚，并具有良好的稳定性，受溶剂等其他物质的影响小；溶剂是把陶瓷粉料从打印机输送到受体上的载体，同时又控制着干燥时间，使墨水粘度、表面张力等不易随温度变化而改变。溶剂一般采用水溶性有机溶剂，如：醇、多元醇、多元醇醚和多糖等；分散剂是帮助陶瓷粉料（色料）均匀地分布在溶剂中，并保证在喷印前粉料不发生团聚。分散剂主要是一些水溶性和油溶性高分子类、苯甲酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等；结合剂是保障打印的陶瓷坯体或色料具有一定的强度，便于生产操作，同时可调节墨水的流动性能。通常树脂能起到结合剂和分散剂的双重作用；表面活性剂是控制墨水的表面张力在适合的范围内；其他辅助材料主要有墨水pH值调节剂、催干剂、防腐剂等。

陶瓷墨水性能要求：陶瓷粉末材料在溶剂中能保持良好的化学稳定性，不会出现化学反应以及需要物理稳定性，不会发生颗粒团聚沉淀；喷墨打印时快速堆积且牢固附着。陶瓷粉料颗粒能在短时间内以最有效的堆积结构排列，附着牢固，使得打印层密度大，以保证煅烧后烧结密度较高；要求打印的色剂高温烧成后具有良好的呈色性能以及与坯釉的匹配性能。陶瓷粉体是陶瓷墨水的核心物质，其组成和性能决定着墨水的应用范围。

（1）陶瓷数码喷墨机墨水厂商

进口墨水公司：

Itaca意达加

Torrecid陶丽西

Ferro福禄(www.xing528.com)

Colorobbia卡罗比亚

中国（含台湾地区）墨水公司：

明朝科技

万兴釉料

道氏

康立泰

图5-8　陶瓷墨水

（2）目前主流墨水公司拥有9色

图5-9　色彩图

（3）墨水保质期&配送方式

在正确的保存方式下，主流墨水保证从生产日起，拥有6-8个月的保质期。

保存环境→通风、干燥、无尘环境。

配送方式：陶瓷墨水为无毒产品，不需特殊的寄送方式，可经由空运、海运、路运寄送。

（4）使用中的墨水

喷墨机针对陶瓷墨水的特殊设计：

●加热：依照墨水条件保持恒温

●循环：整个墨水流动系统循环

●搅拌：避免墨盒中墨水沉淀

4.控制系统及操作系统

本系统的作用是实施输送皮带、喷头、供墨系统等的综合控制，使其按预设的数据同步运行，喷射出精确的图案。在本系统中，输送皮带的控制属于很成熟的技术，在辊筒印花机中已有多年的应用经验；而单个喷头的控制技术在数码喷绘行业应用也十分成熟；供墨系统与传统的数码喷绘设备也较为相似。所以，多喷头组合控制，并使之与皮带的运行同步是本设备技术的关键。在这方面，因为国内有多年的数码设备制造技术和经验可以供鉴，这些硬件和软件技术早已达到国际先进水平。所以，尽管起步晚，国产设备赶上进口设备是必然的。这也是近年来各大型陶瓷工业机械展会上喷墨机忽如一夜春风来的原因。

喷墨打印机只是一个图像的输出（打印）设备。你给它什么数据（图稿），它就把它转化成点喷出来。所以，要打出精美的图案的前提是给机器输入足够精度和色彩的图稿，否则再好的机器也没办法用一个不好的图稿打出一个精美的图案来。另一个常识性的问题是，喷墨机只会按预设的程序把墨水喷出来，它对烧成后的颜色是完全不负责任的。虽然我们可以通过做“ICC”把设计颜色与烧成颜色作校正处理，使两者尽量接近。但陶瓷工艺的复杂性（坯体、釉料、施釉工艺、窑炉等的不稳定性）比之前所有使用数码喷绘设备的其他行业都难于掌握。因此，尽管数码喷墨机可以提供比其他印刷机器更可靠统一的图案效果，但这并不等于保证可以提供稳定的产品颜色和层次，还是需要用户从原材料管理、设备管理、生产管理等各方面加强才能达到目的，特别是在一次烧成工艺或高温烧成的生产线上。

5.恒温、恒湿、除尘系统

这套系统设置的目的是为机器工作提供一个最适合其工作的环境，以减少喷头外部引起的堵塞，以及使墨水喷头等主要零件处于最佳的工作状况，使机器长时间稳定运行、不拉线。鉴于陶瓷车间的环境恶劣（高温、湿度大、灰尘大），至目前，几乎所有喷墨机供应商都要求用户为其做一个与车间分隔的房间。对于房间的要求，主要是以下三点：正压（可用外置风机产生）；恒温恒湿（可安装空调达到，一般要求室温在25℃～30℃左右）；防尘（可在进喷墨房前安装足够的吹风管给瓷坯“洗尘”“去湿”）。为了减少对喷墨房环境的依赖，一般喷墨机也会设计有密封性较好的防尘罩，以防止外部灰尘落入机器喷射区域。有些品牌，如DURST，新景泰（彩神）还自带了完善的内部除尘、恒温、恒湿系统，以减少外部环境变化对机器连续生产的影响，实际使用时延长了清洗喷头的间隔时间，效果良好。但无论如何，加强喷墨房的清洁管理都是十分重要的。若灰尘无法完全清除，喷出的墨点有部分会“飞”起来粘附在喷头的表面或挂积在附近机件上；喷头内部也有可能因长时间使用而产生局部沉积使喷孔堵塞。所以定时的喷头清洁是免不了的。为了减少人工清洁的劳动强度，陶瓷喷墨机都设有自动清洁系统，它一般由墨盘、墨盘输送系统、刮片或吸咀、真空泵及管路等组成。可以自动完成整个清洁过程，每次清洁需时5～10min。而清洁的间隔时间可以根据实际情况设置，使机器自动执行。一般短的1～2h一次，长的4～8h一次。一般来说图稿喷墨量越大越易引起堵塞和挂墨，清洁的密度要越大。延长连续（不清喷头）的工作时间，是一台喷墨机的重要技术指标，也是喷墨机产品的努力方向之一。使用自动清洁系统并不能确保喷头完全恢复到不堵塞状态，所以当使用了自洁程序还有拉线时，一般只有用人工清洁或“压墨”的方法补充。