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喷墨科技的发展与构成分析

台湾《印刷人》第210期 更新日期:2013-04-23

一、历史与发展

喷墨科技即将成为21世纪图文传播及工业、科技材料分布的最重要科技手段,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,依计算机档案把墨水及材料分布在媒材或作用物上面,高速如轮转平印机的印刷效率,复杂多元的墨水、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DRUPA 08譬喻为「喷墨的DRUPA」,相信DRUPA 12或以后数届的DRUPA,「喷墨」仍将会居于最受重视的印刷及材料分布科技。

「喷墨」最早就使用连续式的喷墨方式,至今仍使用这种科技,但使用在较大型及工业生产上,和多数的中、小型喷墨无关。最早在1951年,德国西门子公司取得专利,这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,大多集中在纸筒、木箱之外包装,随机喷上品名、制造日期及箱号,所以不能用印版去印刷,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,1兆分之一公分)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。而且同样是连续式喷嘴,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、珍珠墨等更多元化表现。喷墨使用在纸张媒材、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,工业标示使用及工业材料分布,在电子、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,已远远超出电子成像色粉、电子墨打印,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

对印刷界的人来说,印版有平、凸、凹、网等四大版式,但都是用印纹去布置做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,但多数的印刷结果原则上已被固定下来。而喷墨打印则不然,喷墨打印的喷嘴要不要喷,甚至喷出的墨滴大小,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,以下就喷墨设备及作用的四个主要构成要素做解说。

喷墨系统的主要构成有:(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的紧密配合下,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他两者更长,连续式喷墨头所做的喷墨方式和DOD(Drop 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带有电荷的墨滴,必须经过磁场的作用,非印纹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。如果印纹墨滴,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,不论要印或不印部份的墨滴做100%喷出,再用磁场做选择及分布就是它的特色,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的道理相同,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,安装空间有很大的需求,连续式喷墨一定要用水性且能带电荷的墨水,而且所喷列的墨滴只能固定尺寸,无法改变大小,否则在磁场偏向因墨滴重量不同位移有相当变化,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依需喷墨的时喷、时停,时间久一点往往因久未喷出墨滴喷嘴容易阻塞。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,用在印刷机、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)

热泡式喷墨分别有热式(Thermal Jet)或气泡式(Bubble Jet)两种技术,其基本原理是相同的,中文翻译以热泡式喷墨一词把热和气泡两个动作全表示出来,顾名思义热泡式喷墨头就是利用热量把喷墨室内的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,只是引擎藉爆发产生动能,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,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)怕在没有墨水冷却下的空烧损坏,这是加热到350~400?C的喷头若失去墨水冷却很必然的结果。

(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份动能,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?C或35?C的不同情况下,0?C的工作环境距100℃的蒸气形成过度大,所以墨滴小,反之35?C距100?C较近,蒸气产生动能较容易,墨滴形成也较大,因此喷墨质量不能稳定,为此现在热泡式喷墨头多数以加温,确保进入的墨水及喷墨头的工作温度能有安定的环境。

(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,不能用其他非水性墨,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公司是热泡式喷墨的代表厂家)

压电式喷墨头,就是将喷墨室当为一个喷射唧筒,利用电机、电子的脉冲电流,使喷墨室收缩容积产生液压,把喷嘴边上的墨水从喷嘴射出,早期有外部加压使喷嘴后方的墨室收缩产生压力下喷出墨滴,像早期Epson也有使用机械加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X 22r团队的压电式喷墨头,Domino公司也是剑桥系统喷墨,他们有连续式CIJ、热泡式BIJ及压电式PIJ三种方式的喷墨头。Epson则由稚井稔社长所领导的团队,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滴的动能,所以今天的喷墨科技才能更小、更精致化,产生很细小的墨滴表现很细致的影像和线条,另外一方面Micro Piezo或其他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Latex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,也就是喷列材料最多元。

(2)压电式喷墨头的安定性很高,非常具有耐用性,久用之下输出仍十分稳定。

(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,而暗部也可喷28pl的大墨点,但连续式喷墨在暗部色浓的地方为了满足色彩饱和度,要墨头做慢速多重喷列才够,而光部点一下又太大,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,只要媒材做Y轴移位,而横向X轴是以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,是最通行的喷墨方式。

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作业的情况有两种,一种是像电线上所标示的号码、批号、品名,那么喷墨头至少也要有38mm的宽幅,电线一直往前移动就能将所有标示喷列在上面。另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,同样纸张或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,相对喷嘴阻塞比例也会大幅提升,因为这种DOD依需墨点喷列,如果在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,就会因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,另外数以万计的喷墨嘴数组,发生喷头失灵故障比例也大幅上升,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轴往左喷列后,Y轴即步进移动前进使墨头往前走,有些则是要两次、四次到八次重复宽幅喷列,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复移动喷列,Y轴是将放有印刷媒材的打印台做精确位移,以配合在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)滚筒式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轴的滚筒就驱动媒材做对等式的往前移位,如果滚筒虽有再精准的移动,却因媒材厚薄不同而产生Y轴尺寸变化,虽不影响印纹迭印精度,但厚材打印出来Y轴向的尺寸比薄材打印尺寸要长一点,主要是厚材所形成辊轴的半径较粗,产生较快、较长的移动距离,所以打印下来的影像尺寸会在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,如果前后有平台来支撑厚媒材,所以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轴滚筒驱动方式,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轴辊是在X轴喷头列一次之后,才做合宜角度旋转步进以移动被印媒材,基本上以0.05mm~1.0mm的媒材为主,再厚的媒材之驱动长度会变长一些。Y轴滚筒式的驱动方式,如果驱动辊和媒材背面产生滑动时,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轴高速推进、数组式喷头喷列成像,而且有必要时加装套标式的套对控制,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,加上热风干燥使纸匹放出水份会有收缩作用,但塑料、合成纸的材料,遇热会发生伸长的延展性,作用效果又是不同。很少机器可以像富士胶卷Jet Press 720机器喷头,是可以一次直排的一色接一色的跨印刷面喷列,各喷头间没有交错的喷列时间差。否则当喷头宽幅每组为4英吋(101.6mm)时,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。如果要喷一条沿纸边很长并行线,Jet Press 720的一直排喷头,只要一次全部喷列就好,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距离和纸匹行进速度,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及减速的条件逐步减慢的变化,简单来讲,正面先印面的速度到背面后印面打印时,纸匹速度已加快不少,所以这些时规变化在尺寸上、墨滴成像上的配置,都要在档案到打印喷头的指令上做调节,机器表面上看来都在转动喷列,但其中的变化因应工作是十分复杂多变的。Epson Sure Press 4033A商标喷墨打印机的最特殊地方,是表面上看起来是卷对卷放材料、收材料,但中间喷列的地方却是一个300m×917mm大吸盘平台,喷列商标纸吸附不动,由15个前后交错的喷嘴组,往复又往复做长条状喷列,一条又一条组合成300mm宽幅印纹,纸张面商标纸以720mm×720dpi,塑料面以720mm×1440dpi打印,相信Epson设计考虑的是打印的精确性,但也牺牲了打印的速度,还有印纹连续性,这种方式就无法打印纺织品。Surep 4033A基本上外观是卷对卷,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,有一款项CTF、CTP的原理,采用极大尺寸的外滚筒吸附喷印媒材,借用滚筒高速旋转形成Y轴喷墨成像,而很多喷头是做左右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,这样打印一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。因为换纸时滚筒一定要停下来,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,若把它想象成一部2.5吨车子,在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 Jet 720采用最正式平版印刷机的飞达、规位、预涂怖,喷印滚筒附有咬爪,后段有干燥及影像式品管最后才是收纸台,这里要讲的是JP 720的打印是740mm宽幅的喷头,而且在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轴驱动式喷列有更好的打印效果,但机器造价成本比同尺寸四色平印不相上下,每小时可列750×540mm尺寸印纸2,700张,约为平印机的16%速度,但能够每张印出内容不同。

五、喷墨用打印媒材和墨水

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,否则可能功败垂成,而喷墨墨水和媒材也是焦不离孟、孟不离焦,在喷墨领域中涉及最多的是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,包括染料型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,因为只有色料基本上无法由喷头作用喷出,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,更是产生蒸气推进墨水的力量来源,而多数液体也担任喷墨从喷嘴喷出到媒材表面之间,在飞行中收敛凝聚形成圆形或泪滴型墨滴的内聚力来源。而这些液体一旦到媒材表面,又必须利用种种方式去除液态物来凝固,形成不会流动沾黏的墨层,在媒材表面形成喷墨印纹。

液体能喷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,吸收到纸张结构里,使墨水迅速浓稠,藉氧气或高分子媒染体本身做结合固化。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的水份或溶剂,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,另外树脂媒染体也扮演像水泥一样,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,就正面喷而背面马上看到墨迹,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,墨迹马上晕染开来或不耐水现象。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的黏稠流动性,但当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溶于的水皮膜层,如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后,染料、颜料在喷列面所形成印纹,却像是在海摊上做成的沙雕,虽有印纹推迭却没有防御水冲的能力,沙雕或印纹一旦被冲刷马上崩解、模糊,这种喷墨在十多年前是司空见惯的,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或其他PE等塑料膜的大尺寸喷列,往往以240dpi、360dpi的粗喷墨,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,更具有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,而且连成品长期也会有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,而不是石油基的芳香溶剂,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LED UV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,产生感光高分子树脂的分子架桥结合作用,在不到一秒或更短时间内完成,因为光化学的作用下,使喷墨在媒材面马上产生固化附着。而UV之后又有LED UV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,LED UV的波长是集中在365~405mm的发光二极管,而且波长单一化,不像UV灯是由300~400mm紫外光和400~700mm可见光,甚至于含有50% 700mm以上IR红外线,所以在UV可使用的光频谱上,只有28~30%的输出,加上大量的IR红外线热能要去除,而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1,000~1,500小时,其能量衰退很快。LED UV则可长达一万小时寿命,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。LED UV唯一要重视地方,是它的「近紫光频谱」的光能量较弱,而且LED UV光输出瓦特数较低,因此必须使用感旋光性较高的LED UV墨,而且感光的频谱也要重新改良,要由紫外线的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近紫部份的感光媒染体作用特性,以符合LED UV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LED UV去照射,却达15~20%的固化效果,原因是LED UV太窄频的作用,只能产生很有限的固化效果。这也是目前LED UV灯只能用专属的LED UV喷墨,才能做固化的原因。在溶剂、环保溶剂喷墨之外,UV、LED UV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的水份,用60~80?C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、LED UV喷墨的一种喷墨新种类。

改善喷墨打印面的附着力方式也有很多种,像塑料表面在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,像有的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,俱有离型作用俱塑化剂的塑料表层,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,使塑料表面产生毛糙性或提升表面达因值,都是处理方法,但在表面处理完后一个月,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,这种方式不只有效而且长效,像Mimaki的喷墨机现在可以在喷墨机上,依打印区域打Permer做好只有在喷墨范围打底。这些方法是有别于水性墨的受墨防晕染层涂布,因为水性墨和媒材有一部份是怕表面毛细孔吸墨性太强的防堵,使墨水附着在涂布层用以烘托墨水。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,做为要求显现墨色的遮蔽层,今天使用遮蔽率极高又有极细的白色粉末粒状性二氧化钛,也逐步形成很容易使用的打底模式,一般以使用UV来固化,但Epson有SP 7900W喷墨机,可做塑料膜诸类表面的水性喷墨,基本上这些材料都有打底层涂料涂布,以便有更好的附着性。今天喷墨也要求被改善成为一般印刷纸直接喷列,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,以一般印刷用的铜版纸、轻涂纸、非涂布纸、印书纸、卡纸、铜西纸、瓦楞纸等未经处理纸张,直接用喷墨机去喷列,打样之后将可极为接近印刷成品,在打样和印刷成品效果沟通上十分有利,甚至于几本、十来本的样本书,也可直接打印生产,不用再制版、上机印刷,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 Press 720在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将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,因为染料的价格合宜,其粒径在2~3nm奈米,所以任何喷墨设备孔径都可非常流畅的喷出。但染料的最大缺点是不耐久,容易受紫外光的作用而褪色,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,新一代的奈米合成颜料粒径虽不像染料那么小,但维持在50~100奈米的粒径也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,而在奈米化之下颜料的色域也扩展一些,虽不像染料那么宽,却也十分容易调和媒染体喷列。早期1990年代的喷墨,喷嘴直径虽较大或许是20~30mm,而当时使用粗粒合成的颜料粒径在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。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,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,每一粒颜料都像裹覆珍珠奶茶的珍珠粒中带有颜料为核心的透明树脂,并且在喷墨之后,在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,形成银色的喷列再加黄色又可代替金粉,或加其他色喷印也逐步形成金属墨色的喷列,但色泽不能闪烁明亮,和期待仍有一大段落差。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「控制及伺服解译软件」的标题字眼比较不容易理解,这两个软件的区分到底在什么地方,如果我们把喷墨的作用改变,将喷墨机想成是一部彩色编织机,要有很多彩色的丝纱,在以前全部要靠人工去扳动控制的经纬纱,来显现出我们所需要的色彩画面,现在画面形成的控制程序不再是操作者脑海里的记忆,也不是利用孔机上的很多洞孔,去作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移动经纱、纬纱做编织,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,就像是喷墨机的喷墨控制系统,必须依照喷墨头可分开多少道喷嘴,分别去出四色、六色或更多达十一、二色的作用,每个喷孔的距离dpi数和完成dpi数做一次或复数多次喷列,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。喷墨头的移动速度、位置及行程的感知和回报做因应及喷列指令,自然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,每秒要达十亿个指令给分处于不同位置的喷嘴,恰如其份的以600~2880dpi的范围内做不同颜色、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X轴、Y轴移动位置,甚至未来更有Z轴立体物喷列的感知,都悠关成像品质的良劣。

如果没有高速演算能力的计算机,及可以非常精确测定喷墨头和媒材的相对位置做喷列(媒材不动的平面式喷列是绝对没有相对,而墨头以X轴移动,媒材以Y轴移动则是相对位置), 如果Y轴是以平台式移动,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滚筒做驱动媒材的工具,那么驱动轴或打印转滚筒的旋转角度,和媒材相对被移动所形成的回报工作变的十分重要,这些机械和高精度电机移值和确定位置的工作,都在喷墨机的控制工作范围。而喷墨机的主角喷墨头,其喷列指令是接受及执行需要打印的图谱,所形成局部又局部的指令来拼凑完成整面的大图面。而这个指令只是在执行受人之命忠人之托而已,喷墨机本身的一切准备动作并没有一点自主权,而是依照前面「伺服解释器」,所交下来的「图谱档」去执行喷列,顶多是加了Lc浅蓝、Lm浅红的喷墨机,如何将服务器交下来的CMYK四色图谱中,由蓝墨、红墨抽出一部份光部墨调做Lc、Lm的浅墨喷列,补足光部细微而厚实的层次,并让低解析的喷墨有浅色补足而提高光部粒度。有的则把黑色分成黑色及灰色Lk,甚至完全改变成中性色置换,以K黑、Lk灰、Llk浅灰成为画面主体墨调及压抑色的灰色成份,所有CMY及Lc、Lm,甚至加入RGB三色,都只是在有色地方的颜色,完全不参与墨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,而不在前端伺服解释器上面,这个道理就如同餐厅的配菜,今天食材有鱼至于如何烹煮则由大厨做决定,但客人若要点红烧鱼时大厨就不能变,所以很多小系统本身需做输出档案改变,而大系统则是在前面的Rip已理解喷墨机全部状况及特性,即可解译出六色或CMYK+RGB的喷列,不用到喷墨机的控制系统再做改变。而K3中性色演色方式的喷列,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,所喷列画面的同色异谱现象,因为中性色为主的墨调在不同频谱光源下,仍可保持黑色、灰色,不因频谱不同的光源下产生不同色彩感觉,所以喷墨机在硬件之外的软件改善也很多。而一个利用Lab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档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。

前端伺服解译软件就如同以前印刷流程的印前部份,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文件软件去解读页面,再用RIP解译成各色点阵档,如果是一般喷墨机就给RGB檔或CMYK档,至于喷墨如何把三色、四色各色点阵档,变化成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,就依喷墨机有几道色的喷列安排去做解译,喷墨的喷墨头依照解释器所送下来的「位图谱」做喷列,不必自己再改变成适合于喷墨机状况的新喷列档,这些档案本来比2400dpi的平版解译档要小,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,所以服务器也需要有蛮大的能力及容量。

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,加上精密导轨及显示回报机制,反倒成为问题最少的部份很容易搭配。而控制及伺服解释器的功能,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,而喷列墨水也将改成导电材料,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。