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喷墨科技的发展与构成分析

财团法人印刷工业技术研究中心 陈政雄董事长 更新日期:2012-05-25

一、历史与发展

喷墨科技即将成为21世纪图文传播及工业、科技材料分布最重要的科技手段,只要是液态墨水或材料,利用空压、物料及半导体电场压力、蒸气热泡压力等等方式,把墨水及材料依计算机档案分布在媒材或作用物上面,高速如轮转平印机的印刷效率,复杂多元墨水、材料适应力,加上可面对无数被印材料,又比网版印刷更俱多方面发展性,有人把DRUPA08譬喻为「喷墨的DRUPA」,相信DRUPA12或以后数届的DRUPA,仍将是喷墨会居于最受重视印刷及材料分布科技。

喷墨最早就是使用连续式的喷墨方式,而这一种科技至今仍在使用,但用在比较大型及工业生产使用,和多数的中、小型喷墨无关,而最早在1951年,德国西门子公司取得专利,而这一种唧筒式点放压力喷出墨水的原理,早在十八世纪已有人提出,在1970年代的喷墨,则大多集中在纸筒、木箱外包装,随机喷上品名、制造日期及箱号,所以不能用印版去印版,只能用手工书写,而喷墨的点字,提供自动生产线喷列的方便性。最早喷墨是16dpi,也就是每一个墨滴有1.5mm大小,每公分只有6~7滴墨水,根本无法和今天细小到2pl(Picoliter,1兆分之ㄧ公分)两者相比,以前一公升墨水可喷约826滴16dpi墨水,今天一公升墨水可喷5000亿滴墨水,两者相差超出6亿倍的容量。而且同样连续式喷嘴,以前每秒只能喷数百滴墨水,今天则高达每秒16万滴的墨水喷列,以前只有单色打印,今天则除了彩色四色打印之外,加LC、LM、淡蓝、淡红色墨,RGB二次色墨,中性色LK及LLK浅灰、浅浅灰等墨色,白色墨、上光墨,完全满足多数色域表现之外,也有打底加工,加上金属色、珍珠墨更多元化表现。喷墨在纸张媒材、塑料布、塑料膜、压克力、玻璃、陶瓷、木材、石材、皮革、布料,以及非常广泛性媒材使用,工业标示使用及工业材料分布,电子、光电、半导体生产制程上,喷墨也有发挥空间。如果把喷墨的金属堆积制造,可以做工具、螺杆等3D的金属制品。有人构想未来太空工作站上,也必备这种喷墨制造工作,万一在太空维修时所欠缺的零件,可以用金属喷墨制造机,将3D的模型图指令喷头去喷列堆栈完成这样的工具制造。在印刷制程上,喷墨打印发展速度,以及应用的广度、打印质量各方面,已超出电子成像色粉、电子墨打印不少,有一天喷墨不止超越电子成像的打印,而且更是和传统有版印刷对决时,是最重要的科技方式,因为喷墨在尺寸上有大小极大使用的范畴,在应用媒材上极为广泛,墨水只要流体物都可藉压电式喷头去喷列,包括金属、导电材料,都十分容易做工业生产,到生物科技的应用,喷墨有一个很大好的发展空间,在打印及无限宽广的应用。 

二、喷墨科技的四个主要组成部份

对印刷界的人,有印版的四大版式平、凸、凹、网等四种方式,至少印版都是用印叙去布置,作印墨分布范围到浓淡的规范,有了印版在印刷上也可稍微做印墨浓淡变化及调节,但原则上多数印刷结果已被固定下来。而喷墨打印则不然,喷墨打印的喷嘴要不要喷,甚至于喷出墨滴大小,都在前一滴喷出后,才做下一滴墨水要不要喷列或喷出墨滴大小的指令,在方式上和有版印刷有很大的不同,而且大家对喷墨的理解也十分片断,没有系统化信息,以就喷墨设备及作用四个主要构成要素做解说。

喷墨系统主要构成有1.喷墨头、2.驱动喷头或媒材位移及精准定位的x及y轴驱动机制、3.喷墨墨水及被喷列媒材、4.伺服及解译喷列页面文件的RIP电子机制,以及执行喷列墨头、供墨及指令驱动x轴、y轴配合喷墨头移动的精确位移机制(某些用很多喷嘴组成跨过媒材横幅,就没有x轴驱动必要,只有y轴位移的机制)。所以有这四项喷墨构成部份紧密配合下,才能有精准美好的喷墨产品打印出来。

三、喷墨头的分类及原理

喷墨头可分成三大类,其喷列的原理,甚至于喷列布墨滴的位置也有相关的。最早期发展的连续式喷墨头,在原理及构造上比较复杂,而且喷滴行程上比其它两者更长,连续式喷墨头所做的喷墨方式和DOD(Drog On Demand,依需墨滴)喷墨有两个最大不同,连续式喷墨利用高速帮浦或压缩空气,一个喷嘴每秒连续喷出数万到十五、六万滴的墨水,可以覆盖整个打印表面,所以这些墨滴必须带电压,也只有水性墨或加了一点点醇类的环保水性墨可用,然后这些全速喷射出来的带有电荷墨滴,必须经过磁场的作用,非印叙部份的墨滴自然不能喷到纸面或媒材表面,所以磁场把这些非印部份墨滴,偏向到墨滴回收槽内,再回收过滤使用。如果印叙墨滴,则以喷列位置让磁场做偏向或直进,配合媒材行进方向,或纸箱、木箱移动方向速度做喷列,这种墨水必须带电荷,不论要印、不印部份的墨滴做100%喷出,再用磁场做选择及分布就是特色,因此墨滴必须保持同一大小尺寸,墨滴飞行的行程有磁极及偏向的飞行空间,一如老式CRT阴极射线屏幕,也是用磁极分布电子束的成像,要很长的玻璃管做射线偏向位移道理相同,连续式喷墨的喷头一般都在150mm高度以上,和热泡式、压电式有的在15~20mm高度相比,有很大的安装空间需求,连续式喷墨一定要用水性且能带电荷的墨水,而且所喷列墨滴只能固定尺寸,无法改变大小,否则在磁场偏向因墨滴重量不同有相当变化位移,比较大的好处是喷嘴,因为只要开机就会不停有墨水喷出,和DOD依需喷墨时喷、时停,只要久一点时间,喷嘴往往容易因久未喷出墨滴而阻塞。今天连续式喷墨头只用在大量黑白喷列、彩色以600pdi左右较低解析的工作,有的更只有连续式喷墨头,在印刷机、加工设备上或包装生产在线做标示。连续式喷墨头价格十分昂贵,一般用户较少使用。(Domino、Kodak是连续喷墨头代表厂家)

热泡式喷墨Blub Jet或Thermal Jet,在英文的两个词倒比中文翻译一个词把热和泡两个动作全部表示出来,顾名思义热泡式喷墨头,就是利用热量把喷墨室内墨水瞬间加热到沸点以上,使墨水中的水份吸收足够氧化热,瞬间膨涨为水蒸气产生推挤的动能,把喷嘴附近的墨水从喷墨孔喷出,投向被印体表面,所以加热,发生蒸气泡推出墨水,冷却进墨及再次加热,一个喷墨头宛如二冲程引擎一直在做爆发-进气-排气压缩的动作,只是引擎藉爆发产动能,反之喷墨头是借热能产生推动墨滴作用,在制造上热泡式喷墨头比较容易,但也十分精密,因为排列十分紧密,而且加热的组件要很精准快速反应,每秒要能喷出一万或一万多墨滴才合于需求,是非常高频率的做加热-喷墨-冷却及进墨的循环。这是非常频繁的加热和冷却的过程中,热泡式喷墨头须要一种相当高比例的水份,较低比例的颜料及媒染体,似乎是以热气为动力的热泡式喷墨系统的宿命。另外一些问题也是热泡式喷墨系统比较棘手的问题。

1.怕没有墨水冷却下的空烧损坏,这是加热到350~400℃的喷头若失去墨水冷却很必然结果。

2.墨水产生固化物,附着在加热器上面,阻绝加热器的加热部分动能,那么产生蒸气热泡机能下降,也影响了这个喷嘴的动能。

3.热泡式喷墨头,早期对墨水及喷墨头没有恒温加热,所以室温在0℃或35℃的不同情况下,0℃的工作环境距100℃的蒸气形成过度大,所以墨滴小,反之35℃距100℃较近,蒸气产生动能较容易,墨滴形成也较大,因此不能稳定喷墨质量,为此现在热泡式喷墨头多数已加温,确保进入墨水及喷墨头的工作温度的环境因素安定。

4.热泡式喷墨头一般工作寿命较短,早期在1990年代还随换墨匣在更换喷墨头。

5.只能使用含水份百分比高的水性喷墨,不能用其它非水性墨,甚至于含有IPA醇类的环保溶剂型喷墨,都会引发喷墨不安定及火灾的危险性。容易制作及低成本,是热泡式喷墨头相当大的优点。(Canon、HP公司是热泡式喷墨代表厂家。)

压电式喷墨头,就把喷墨室当一个喷射唧筒,利用电机、电子的脉冲电流,使喷墨式收缩容积产生液压,把喷嘴边上墨水从喷嘴射出,早期有外部加压使喷嘴后方墨室收缩产生喷墨压力,作用下喷出墨滴,像早期EPSON也有使用机械家电机的作用下,产生喷墨的动力。后来也有玻璃管及后方电机动力做喷墨的研究,世界上有英国剑桥大学领导的X22r团队的压电式喷墨头,Domino公司也是建桥系统喷墨,他们有连续式CIJ、热泡式BIJ及压电式PIJ三种方式的喷墨头都有。EPSON则由稚井稔社长所领导的团队,他们发明加电压动能的压电式Piezo喷墨方式,到今天更进一步使用半导体芯片来制造喷墨头的压电组件,在EPSON的Micro Piezo的科技,使用一种薄膜TFT(Thin Film Technology)震动的技术,来压缩喷墨室,产生喷墨的墨滴喷墨动能,所以今天喷墨科技能更小、更精致化,产生即可以很细小的墨滴表现很细致的影像和线条,另外一方面Micro Piezo或其它相关的半导体科技,也大幅提升了喷墨在变细致的微针点喷列下,又有足够的喷墨速度。压电式Piezo科技在效果上有

1.可因应几乎所有流体(不是太黏稠)的喷列,包括水性、溶剂、环保溶剂、UV墨及Lafex乳胶墨的喷列,其实工业用的材料分布,如LCD的彩色滤镜、导电银墨、电子回路生产材料喷列、生物科技、医疗检测到工具制造,喷墨也不再只是和印刷、彩绘海报相关而已。如果喷列食用色素在蛋糕、松饼上也是可行的,也就是喷列材料多元性最广。

2.压电式喷墨头的安定性很高,非常具有耐用性,久用之下仍十分稳定输出。

3.压电式喷墨头的墨滴有大有小,可利用作用于半导体的电流波弦角度,最大和最小墨滴在六倍~八倍左右,那么比连续式喷墨在一次通过下,可以用极小如4pl(1兆分之1公升)的小墨点在光部,也可喷28pl的大墨点在暗部,一方面不会因为暗部色浓的地方,为了满足色彩饱和度,要墨头做慢速多种喷列才够,光部点一下去又太大了,无法表现合宜光部层次,压电式喷墨头的可变墨点不只提高了打印质量、速度,也可节省一些墨水在合理墨滴大小的分配上。

4.压电式喷墨头现已组成上万喷嘴数组,做横幅520mm、740mm或更大跨距的一次性打印,只要媒材作y轴移位,横向x轴已一次性用一万多个喷嘴,做高解析打印。

所以未来高成本的Piezo压电式喷墨头将会再发展下去,是最通行喷墨方式。

四、喷墨分布的x轴及y轴驱动机构

在喷墨头不动就能完成打印工作情况有两种,一种是像电线标示号码、批号、品名,那么喷墨头至少也有38mm的宽幅,电线只有一直往前移动,这些标示就全在上面。另外一种是打印媒材虽然有300mm、500mm或更宽,但找准备足够解析力的单色、四色喷嘴,每一色数千到一万多个喷嘴,同样纸张,被媒材只有精准移动y轴,横向x轴不用移动,就能一次横扫整个打印幅面,喷墨头就可能等在那边,等待纸匹,印刷媒材通过数组喷嘴底下,做一次性全幅面高速喷列,这种喷头数量大成本高之外,相对喷嘴阻塞比列也会大幅提升,因为这种DOD依需墨点喷列,如果太长数分到十多分钟不喷出墨水,喷嘴口就会因墨水干涸而喷不出墨水,因为打印幅面有空白边或小尺寸地方,就列停很久不喷列,而造成阻塞现象。反之x轴要左右幅面移动的喷墨头,几乎很难找到一分钟内不喷墨的喷嘴,另外数以计的喷墨嘴数组,发生喷头失灵故障比列也大幅上升,而且也较难更换修复。

1.平台式的喷列,一定是有x轴及y轴滑轨、数字驱动组及光学尺的定位装置,一种是x轴往左喷列,y轴及步进移动一次,使墨头往前走已喷列宽幅,而有些宽幅是要两次、四次到八次重复喷列,以提高喷列的分辨率及墨色浓度。有些喷墨是x轴上喷头只做左右往回移动喷列,y轴是把放印刷媒材的打印台做精确位移,以配合x轴移动下喷列的宽幅需求。只有极少数像英国Inca的高速机,x轴喷头是一次又一次停下来步进喷列,反过来放媒材的打印台及上面固定住媒材,做y轴高速位移,所需动力及高速移动的打印台重量,可说比墨头架多出数百倍计,但也有厂家做这样的设计。

2.辊筒式y轴驱动媒材,喷头做x轴往复喷列,这种方式多数用在卷对卷薄型媒材的喷列,是多数喷墨机的标准模式,当喷头x轴移动一次,y轴的辊筒驱动媒材做对等式的往前移位,如果要说滚懂再精准的移动,却因媒材厚薄不同,而产生y轴尺寸变化,虽不影响印放迭印精度,但厚材打印出来y轴向尺寸比薄材打印尺寸要长一点,主要是厚材所形成辊轴上面的半径较粗,产生较快的、较长的移动距离,所以打印下来的影像、印叙尺寸会在y轴向变长一点。但有些这类机器,拿来打印平台式的厚媒材,如果前后有平台支撑厚媒材,因为和驱动辊圆周产生不了关系,也就没有变长的现象。在这种y轴辊筒驱动方式,其x轴的滑轨、数字驱动及定位,和第一种平台式完全相同,而y轴的驱动则是采用旋转数字步进控制,利用伺服马达定位,驱动y轴辊在x轴喷头列一次之后,做合宜角度旋转步进,以移动被印媒材,基本上以0.05mm~1.0mm的媒材为止,再厚媒材,上述厚材的驱动长度会变长一些。而y轴辊筒式的驱动方式,如果驱动辊和媒材背面产生滑动,那么也会影响到打印长度,变得短一些。

3.高速卷对卷的喷列,多数打印纸匹或媒材都有数字控制的驱动辊做多点式纸匹或媒材y轴高速前进、陈列式喷头喷列成像,而且有必要时加装套标似套对的控制,由于喷墨没有很大热量也没有印刷的压力,所以这方面变形较少,但水性喷墨对纸匹宽幅和表面纤维吸水伸张,则会俱有相当影响,加上热风干燥对纸匹俱有放出水分的收缩作用,但塑料、合成纸的材料,遇热发生伸长的延展性,又是不同作用效果。由于很少机器,可以向富士胶卷Jet Press720机器喷头,是可以一次直排的一色接一色的跨印刷面数组,各喷头间没有交错的喷列时间差,否则喷头宽幅每组为4英吋(101.6mm)若打印500mm宽幅,势必要用五组喷墨头三前、两后的分五幅打印,如果要喷一条很长沿纸边并行线,那么只要这几组喷头,一直喷下去就ok了!但要喷列一调x轴横线时,问题就来了!Jet Press720的一直排喷头,只要一次全部喷列就好了,而三前、两后的喷头,势必前者先喷后者补喷来凑成一条横线,这也涉及到前后喷墨头的巨哩,和纸匹行进速度,利用电子控制做精准喷墨时规控制,同时也必须因应纸匹加速、减速的条件逐减变化,简单来讲,正面光印面的速度到背面后面打印时,纸匹速度已加快不少了,所以这些时规变化都要在尺寸上、墨滴成像上的配置,做档案到打印喷头指令的调节,看来机器都在转动喷列,但其中变化因应工作是十分复杂多变的。Epson Sure Press4033A的商标喷墨打印机,最特殊地方是表面上看起来卷对卷放材料、收材料,但中间喷列的地方却是一个300m×917mm大吸盘平台上,喷列商标纸吸附不动,由15个前后交错的喷嘴组,往复又往复长条状喷列,一条又一条组合成300mm宽幅印叙,像纸张面商标纸以720mm×720dpi,塑料面以720mm×1440dpi打印,相信Epson设技考虑的是打印的精确性,但也牺牲了打印的速度,还有印叙连续性,如果这种方式就无法打印纺织品。Surep4033A基本上是卷对卷外观,但打印方式应归类为第一种平台式xy轴成像。

4.滚筒式的喷列方式,在喷墨打印机当中,是很特别的,属于Scitex Version Printing部门的Turbo Jet大尺寸喷墨机之中,有一款CTF、CTP的原理,采用及大尺寸的外滚筒吸附喷印媒材,所以借用滚筒高速旋转形成y轴喷墨成像,而很多数喷头做左右x轴移动,形成很精准的外滚筒上精确成像,其滚筒周长超出3.2米,宽幅1.8米,这样打印张不到一分钟的时间,含上、下纸张媒材时间,每小时可出50多张大海报,可见Turbo Jet的高科技,因为换纸滚筒一定要停下来,所以从高速打印到停止转动,更换纸材,再加速到滚筒认可的同步化转速才能喷列,这个接近2.5吨重滚筒不只要有同步数字控制伺服驱动马达,在停车也要有比汽车更高级的蝶式剎车才能快速停车,若把它想象一部2.5吨车子,开不到一分钟速度达20公里时速就要马上急剎车的机制,现在Turbo Jet已从水性墨改UV固化墨,一边喷列、一边固化,现在已有做UV上光及UV拒斥再上光的作用。

如果要谈喷墨媒材的驱动,富士胶卷Turbo Jet720采用最正式平板印刷机的飞达、规位、预涂怖,喷印滚筒附有咬爪,后段干及影像式品管最后才是收纸台,这里要讲的是JP720的打印是740mm宽幅的喷头,而且在有大尺寸滚筒上有咬爪及吸附装置下,很接近平台式,一次四组在线喷嘴前后喷列,维持比平台式x轴y轴驱动式喷列更好的打印效果,但机器造价成本比同尺寸四色平印不相上下,而每小时可列750×540mm尺寸印纸2700张,约为平印机的16%速度,但每张印出内容不同。

五、喷墨用打印媒材和墨水

若讲喷墨的墨水,必须考虑到喷头的作用及媒材,甚至于到后面耐光、耐水、耐臭氧到IMD模内装潢射出的高温,否则只能功败垂成,而喷墨墨水和媒也是焦不离孟,孟不离焦,在喷墨领域中涉及最多的化学及媒材适性问题,因此两者必须合起来谈。

喷墨的墨水,基本上以色料,包括染料形色料及颜料两种为主,除了色之外也有白墨、金属墨等非颜料的颜色材料,加上一些上光、雾光到打底架桥的附着剂等等,但我们只想到色料是不行的,因为基本上无法由喷头作用喷出只有色料,而必须有一些媒染体,不只作为墨水流动的液体,像热泡式中的水份,更是喷墨作用产生蒸气的墨水推进力来源,而多数液体也担任喷墨从喷嘴喷出到媒材表面之间,飞行中收敛凝聚的内聚力形成圆形或泪滴型墨滴的内聚力来源。而一旦到媒材表面这些液体,又必须利用种种方式来去除或到凝固,形成部会沾黏流动的墨层,为媒材表面形成喷墨印叙。液体能喷墨在媒材表面形成凝固的墨层,一如印刷油墨同样以1.吸收2.蒸发3.化学重合的三个方式,因此喷墨墨水的固化也和媒材表面性状息息相关,尤其吸收干燥,利用纸张的纤维或涂布料的毛细孔,把喷墨中的水份、高沸点石化油的媒染体,吸收到纸张结构哩,使墨水迅速浓稠借氧气或高分子媒染体做结合固化。早期使用水性墨要在光滑PET塑料片上喷墨,无法产生干燥附着的作用,所以必须将PET表面,涂布一些产生透明多孔质的胶体结构层,等喷墨在喷列后,就有吸附墨水中水份或溶剂,以及固定喷墨的吸附效果,这也是本节重点在强调墨水必须和媒材的搭配才有较好的喷墨干燥及吸附效果。除了流动性的水和溶剂之外,媒染体另外树脂部分也扮演向水泥依样,把混凝土、砂子、石头固化凝结的角色,如果媒染体的树脂没有或含量不足时,没有固化凝结色料,那么水性喷墨早期一些弊病马上呈现出来,就是一般诟病的水性喷墨会透印,就正面喷背面马上看到墨迹跑出来,这也是喷墨墨水和纸张材质搭配不良,毛细管现象太强,没有把墨水凝聚在纸面或贴近纸面的地方。而这样的墨水也往往伴随很容易受潮或遇水后,墨迹马上晕染开来,不耐水现象。如果我们使用水泥漆来粉刷墙面,在水泥漆粉刷前,我们可以使用水来调节水泥漆黏稠流动性,但一旦水泥漆粉刷在墙板之后,一旦干燥固化,其中的树脂要固化结合成为不容于水皮膜层,再用水去擦拭这个皮膜层也不会掉落,这样的树脂结合固化效果,在水性喷墨也是要具有这样特性,否则其媒染体不结合固化,那么喷墨之后水份蒸发了,染料、颜料也在喷列面形成印叙,却是像海摊作成沙雕,有印叙推迭,却没有防御水冲的能力,沙雕或印叙一旦被冲刷马上崩解、模糊,这种喷墨在十多年前喷墨是司空见惯的,但今天很少见到这样不符需求的墨水,这和被喷列媒材无关,而是墨水本身在喷列后无法凝固附着及防水的缺陷。在发展中用于户外、大型海报,使用帆布、塑料PVC或其它PE等塑料膜的大尺寸喷列,往往以240dpi、360dpi的粗喷墨,而利用墨水中的溶剂或醇类酒精的快速蒸发,达到墨水迅速凝固的效果,而且有机溶剂不但快速蒸发,而且对塑料材质表面也有轻微溶解作用,使得凝固的墨层不只附在塑料表面,而且更具有结合在塑料材质表面的溶化结合力。不过溶剂型的VOCs含太多芬香剂的石油基溶剂,对于喷列工作环境产生极大的污染,而且连成品也长期会有VOCs的一直蒸发,不宜在室内使用,否则会一直排放对人体有害的气体,因此新一代的户外及室内大海报,朝向使用同样是挥发性溶剂,不是石油基的芳香溶剂,而是接近酒精的石化制成醇类,如异丙酮等酒精当为喷列流体及打印后蒸发干燥的溶剂,当然溶剂的固化效果不如芳香族溶剂那么快干及高附着力,但对环境污染也只有芳香族溶剂数十分之一。使用UV或LEDUV固化的喷墨,这种喷墨在常温及没有紫外光环境下,长时间也不会凝固,而这种UV墨组成是感旋光性树脂为主的媒染体,还要加上感光剂和感光起动剂,才会在UV紫外光照射下,产生感光高分子感光树脂分子架桥结合作用,在不到一秒或更短时间内,因为光化学的作用下,使喷墨在媒材面产马上固化附着。而UV之后又来一个LEDUV喷墨,目前在很多地方取代传统UV墨,成为这种感光化学作用的主流,LEDUV第一是波长集中在365~405mm的发光二极管,而且波长单一化,不像UV灯是由300~400mm紫外光、400~700mm可见光,甚至于50%700mm以上IR红外线,所以在UV可使用光频谱上,只有28~30%的输出,加上大量的IR红外线热能要去除,300~320mm的UVC部份会使空气中O2变成O3,臭氧对环境具有侵扰性,而且对人眼、皮肤有很大伤害性,灯管寿命在1000~1500小时,其能量衰退很快。LEDUV则可达一万小时寿命,不用预热,所以实质寿命在一倍以上,不用太大冷却衰退期,不用担心臭氧发生。在喷墨头的邻近或移动式喷头两端也较轻容易安装。LEDUV唯一要重现地方,是它的「近紫光频」谱的光能量较弱,而且LEDUV光输出瓦特数较低,因此必须使用感旋光性较高的LEDUV墨,而且感光的频谱也要重新改良,由紫外线的UVA(近紫光)、、UVB(中紫外光)及UVC(强作用紫外光)的三频谱都能感光的感光特性,变成只感光UVA近紫部分的感光特性的感光媒染体作用特性,以符合LEDUV的发光频谱特性做感光,否则有人拿原来UV喷墨去喷列,采用LEDUV去照射,却达15~20%的固化效果,原因是LEDUV太窄频的作用下,只能产生很有限的固化效果。这也是目前LEDUV灯只能用专属的LEDUV喷墨,才能做固化的原因。在溶剂、环保溶剂喷墨之外,UV、LEDUV也是塑料材质喷墨的主要喷列及固化搭配。而新一代的Latex乳胶喷墨,虽然这一两年才发展出来,却是一种新的多用途喷墨种类,乳胶也是溶解在水性乳化液中,但它的性状比较像早期的熔蜡式的喷墨,对大多数的媒材,都有良好附着力,如果把蜡烛油溶解滴在玻璃上,很多材料都无法附着的玻璃表面,冷固下的蜡滴却有良好的附着力,而乳胶喷墨是把乳液中水份,用60~80℃的温度加热蒸发之后,乳胶把颜料固着附在被印媒材表面,这也是取代溶剂或UV、LEDUV喷墨的一种新的喷墨种类。

改善喷墨打印面的附着力方式也有很多种,像塑料表面因为塑料要成型时要加入一些塑化剂,而塑化剂在塑料制造时产生一些达因值很低的塑料表面性状,因此有时连胶带都很难附着,有的像自黏商标纸的背纸涂有硅涂布层,可以使自黏商标背面和这张硅涂布离型纸很容易撕开来,而塑化剂也担当类似效果,所以不论喷墨或UV印刷,都必须去除这个低达因值,俱有离型作用的俱塑化剂塑料表层,所以使用火焰直喷,燃烧塑料面,可去除塑化胶保持塑料面附着力。另外用高压放电Corona的电弧作用下,使塑料表面产生毛糙性提升表面达因值,都是方法,但在处理完表面之后,一个月之后,塑化剂又会重回塑料表层,使处理后的塑料表面受墨性变差,因此有人使用打基底层的Permer,这种方式不止有效而且长效,像Mimalci的喷墨机,现在可以在喷墨机上,依打印范围打Permer做好只有在喷墨范围打底。这些方法又是有别于水性墨的涂布受墨防晕染层,因为水性墨和媒材有一部份是怕吸墨性太强的防堵表面毛细孔,使墨水附着在涂布层,用以烘托墨水。而除了透明打底涂布料之外,很多透明及金属材质也必须有打白墨底,做为显现墨色要求的遮蔽层,今天使用二氧化钛的极高遮蔽率,又有极细的白色粉末粒状性也逐步形成很容易使用打底模式,一般以使用UV来固化,但Epson有SP7900W的墨列机,可做水性喷墨的塑料膜诸类表面的喷墨,而这些材料基本上都有打底层涂料涂布,以便有更好附着性。今天喷墨也要求被改善成为一般印刷纸直接喷列,这可以省去很多麻烦,也就是打样时不必使用特殊表面处理过的涂布纸,拿真正印刷的铜版纸、轻涂纸、非涂布纸、印书纸、卡纸、铜西纸、瓦楞纸,这样的来处理印刷直接用喷墨机去喷列,那么打样之后,将可极为接近印刷成品,在沟通打样和印刷成品效果上十分有利,甚至于几本、十来本样本书,也可直接打印生产出来,不用再制版、上机印刷出来,尤其,不涂布两面喷墨印刷的可能性也增加很多,不必像今天富士胶卷公司的Jet Press720再喷墨打印一般涂布纸之前,仍须做纸面前处理工作,相信水性喷墨也逐步走向这一个研发方向,不只打样和成品可一致性,而且可选择的纸张种类将十分广泛。

至于喷墨的染料、颜料来说,染料是1980年、1990年代最主要的颜色材料,因为染料价格合宜,而且其粒径在2~3mm奈米,所以任何喷墨设备孔径都可喷出染料非常流畅。但染料最大的最大缺点是不耐久,容易受紫外光的作用下褪色,而且染料的色域比较宽,也比颜料容易晕染开来。所以2000年之后新一代的奈米合成的颜料,其粒径虽不像染料那么小,但维持在50~100奈米的粒径也是同样很容易在喷嘴中流畅出来,如果喷墨嘴孔径在10nm(0.01mm)的话,也是100nm的一百倍没有阻塞的顾虑,而颜料在奈米化之下,色域也扩展一些,虽不像颜料那么宽,却也十分容易调和媒染体喷列。早期1990年代的喷墨,虽喷嘴直径较大,或许20~30mm,而当时使用粗粒合成颜料,其粒径在3~4mm,有的更达8~10mm左右,那么喷嘴受到一些不寻常粗粒的颜料,只要两、三个便可能在墨室到喷孔间卡住,发生阻塞状况。在当时,有些研究人员,试图利用珠磨法将现有的粗粒颜料,磨细到奈米级的尺寸,并且宣称粒径平均值已接近奈米级(100nm),但耗时费工,最重要的是平均值接近奈米,但某些没有被磨到的粗粒径会大三、五倍粒径,对喷墨使用时会产生不良阻塞墨嘴的结果。今天也因为合成奈米颜料的普及下,当为喷墨已十分合宜,加上一些媒染树脂的改良,在喷墨机制造厂的说明中,每一粒颜都像裹覆珍珠奶茶的珍珠立中有颜料为核心的透明树脂,并且在喷墨之后,再打印面形成一层表面光滑的透明树脂封闭层,阻绝颜料和空气的接触,可以更耐久不褪色。同时也可以稍为延阻紫外线的照射作用,延长喷列完成品,在耐光、耐候达到50年以上(非阳光直射)。

在颜料之外,大家也都在想喷金墨、银墨,这个问题也涉及到金粉(铜粉为主,真正金粉太贵只有少数场合才能用得上)。银粉(钙粉)、珍珠粉的喷列,目前Roland DG乐兰喷墨有金属粉喷墨,形成银色的喷列,在加黄色又可代金粉,或加其它色喷印,也逐步形成金属墨色的喷列,但色泽不能闪烁明亮,和期待有一大段落差。喷墨也有喷上光涂布,也有用拒斥墨加UV上光,形成局部性光亮和毛状雾面效果。这一些喷墨也也在追逐一些表面加工的效果,所以有不少材料支持。

六.控制及伺服解译软件的运作

以标题的控制及伺服解译软件的字眼,比较不容易理解,到底再只这两个软件的区分再什么地方,如果我们把喷墨的作用改变想成喷墨机是一部彩色编织机,要有很多彩色的丝纱,以前全部靠人工去扳动控制的经纬纱,来显现出我们需要的色彩画面,现在控制画面形成的程序不再是在操作者的脑海记忆哩,也是利用很多孔机上的洞孔去做用扳动控制线,做经纬纱的移动成像,而是由计算机的图谱控制下去使经纱、纬纱移动来编织成的,所以控制这些经纱、纬纱上、下移位的系统,以及指令控制的系统,就是喷墨机的喷墨控制系统,它必须依照喷墨头有多少道可分开喷嘴,去分别出四色、六色或更多达十一、二色的作作,每个喷孔的距离dpi数和完成dpi数座一次或复数次喷列,完成所需的解析力,而且更涉及到某些喷墨头的墨滴,从大到小的墨滴分成四阶、八阶的指令,做脉冲电流的控制,形成合适墨滴。自然喷墨头移动的速度、位置及行程的感知和回报,做因应及喷列指令,都是喷墨质量息息关系的要素。以一个Piezo压电式喷墨头,每秒要喷列出两万多个墨滴,多的上万个喷嘴到五万多个数组喷墨嘴,每秒要十亿个指令给分触媒不同地方的喷嘴,恰如其分的600~2880dpi的做不同颜色、不同方位的墨滴喷列,除了计算机之外,很多固定位置的差距计算,以及移动位置如x轴、y轴,甚至未来更有z轴立体物喷列的感知,都悠关成像质量良劣,今天如果没有高速演算能力的计算机,以及可以非常精确测定喷墨头和媒材相对位置(媒材不动的平面喷列是绝对没有相对,如果墨头x轴移动,媒材y轴一栋则是相对位置)去做喷列,因此如果移动y轴式平台式移动,那么精细导规及量测位置电子尺的精度,实时回报移动的情况变的十分重要,如果y轴是以驱动轴或打印转筒做驱动媒材的工具,那么驱动轴或打印转筒旋转角度和媒材相对被移动行程的回报工作,变的十分重要,这些机械、高精度电机移植何确定位置的工作,都在控制喷墨机的工作范围,而喷墨机主角喷墨头的喷列指令,是接受及执行需要打印图谱的形成局部又局部指令,来拼凑完成整面的大图面。而这一个作用指令只是在执行受人之命忠于人之托而已,喷墨机本身一切准备动作,自己并没有一点自主权,而是依照前面「伺服解译器」所交下来要喷列的「图谱檔」去执行,顶多由服务器交下来CMYK四色图谱,而喷墨机是加了LC浅蓝、LM浅红时,如何由蓝脉、红脉抽出光部脉调一部份,做LC、LM的浅墨喷列,补足光部细微而厚实的层次,并且让低解析的喷墨,有浅色补足而提高光部细微性。有的则把黑色分成嘿色及灰色LK,甚至完全改变成使用中性色置换,以K黑、LK灰、LLK浅灰成为组成画面主体脉调及压抑色的灰色成分,所有CMY及LC、LM,甚至后面加入RGB三色,都只是在有色的地方颜色,完全不参与脉调中性色及压抑色的表现。这种使用K3中性色的演色喷列方式,其主导权是在后端喷列机本身,而不在前端伺服解译器上面,这个道理就如餐厅的配菜,今天有鱼,至于怎么去煮煎的、蒸的由大厨做决定,及过来点菜要的是红烧鱼,大厨就不能变,所以很多小系统需做自身内部输出档案改变,而大系统反而是前面Rip已全部理解到喷墨机的状况及特性,一下子解译出来极为六色或CMYK+RGB的喷列,不用到喷墨机的空置系统再做改变。而刚才提到K3中性色眼色方式喷列,可减少喷列颜色的差异性,节省喷墨,也可减少不同光源底下,所喷列画面的铜色异谱现象,因为中性色为生的脉调,在不同频谱光源下,仍保持黑色、灰色,不因频谱不同而的光源下,产生不同色彩感觉,所以喷墨机在硬件之外软件的改善也很多。而一个利用Lzb色域空间,做控制喷墨机色彩再现的ICC Profile(ICC特性曲线)调节,这个就如同飞机在飞行时,本身的速度、方向虽然很正确,但气流顺风、逆风、侧风,都会改变飞机的航向及高度,所以ICC Profile不只在补偿墨头、墨水的变化,连不同媒材表面的颜色、受墨性、显色性,所产生综合性色彩效果及变化调节,ICC Profile也是要做这些工作的。所以喷头每一个喷嘴,不光接受喷列机把打印党换成喷墨机各色的点阵档之外,更要受到ICC Profile的色偏差修整的特性指令,因此过程也繁复很多的。

前端伺解译软件就如同以前印刷流程的印前部分,必须具备网络沟通下载能力,把要打印的页面档处理、储存,等要喷列的时候使用合理的编辑档体去解读页面,再用RIP解译成各色点阵档<如果一班喷墨机就给RGB檔或CMYK檔,至于喷墨如何把三色、四色个色点阵档,变化成分自己要输出的六色或更多色点阵档,一如前面所述,由喷墨机自理。反过来说这部服务器,只为一部高档的喷墨机在使用,那么RIP解译的作用,就医喷墨机有几道色喷列安排,去做解译,喷墨的喷墨头依照解译器所送下来的「位图谱」做喷列,不必自己在改变诠释合于喷墨机状况的新喷列档,这些档案本来比2400dpi的平板解译档要小,但打印尺寸较大,如果各色喷列色数多,加上喷墨头如果有4阶、8阶时,整个档案量要大得很多,所以服务器也需要蛮大的能力及容量。

七、综合结语

喷墨科技结合了很高速加压运作喷出墨滴的『喷墨头』,有人说要维持极高效率的喷列、喷墨头所承受压力也很大的,而『喷墨墨水』的多元性,喷列及干燥适性,加上使用适性,必须做好和喷头及媒材的紧密搭配,是化学上很大的考验,而且与时俱进。驱动喷头的x轴、y轴机制,在今天数字控制科技下,加上精密导执及显示回报机制,反倒成为最少问题的部分,很容易搭配。而控制及伺服解译器的功能,目前也逐步完美的发展。但有一天若改变为3D喷列制造,整个RIP解译又自然不同,而喷列墨水,也改成导电材料,绝缘材料工具制造金属液体到生医科技,其可能性却都在发展之中,将来『Print abe』可打印的范畴一定会因为喷墨科技的多元化应用,而超越网版印刷范畴很多。

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