纵观喷墨技术的发展历程,从喷墨打印到喷墨印刷的转变经历了40多年的时间。

  这期间,喷墨印刷设备从超大笨重的原始机型发展到小巧实用的商用机型、大幅面广告机型以及分别适用于单张纸和卷筒纸的高速数码印刷机型等;喷墨印刷的色彩模式由单色输出发展到四色输出,再到六色、八色甚至十二色输出等;喷墨印刷的应用从最初的桌面办公打印发展到照片打印、广告喷绘、织物印花、建材家装喷印、商业印刷、出版印刷乃至包装印刷等。

  同时,喷墨印刷作为一种先进的制造技术,也对柔性电子、新型显示、新能源(电池)、生物医疗、3D打印等高端制造业产生重要影响。

  总之,技术的不断升级迭代使得喷墨印刷快速成长,逐渐成为数字印刷中最具前景的印刷方式。

  由于我国在喷墨技术方面的研究起步较晚,使得该领域的大量专利和关键技术被西方国家垄断,国内喷墨印刷装备的关键部件、核心软件及高端墨水等主要依赖国外进口,未来存在着被西方国家“卡脖子”的潜在风险,严重制约我国在数字印刷和印刷制造相关领域的发展。

  《印刷业“十四五”时期发展专项规划》提出,从当前急迫需要和长远需求出发,集中优势资源突破喷墨数字印刷喷头、高端印刷装备器材等关键核心技术装备,实施关键核心技术攻关工程,解决一批“卡脖子”问题。

  喷墨印刷是一个复杂、精密的光机电集成系统,包括了硬件设备、软件技术、流程控制及墨水材料等,其中蕴含着大量的科学和技术问题。通过对喷墨印刷系统的分析研究,笔者认为实现喷墨印刷国产化需要重点解决喷墨印刷装备的打印喷头和喷墨印刷RIP软件及流程控制系统的关键技术问题。

  喷墨打印机喷头,亦称喷墨打印头,是指能够将染料墨水、金属浆料及高分子材料等打印材料以一定速度从喷孔喷射到承印物,从而实现图形图像输出的装置。作为喷墨印刷设备的核心器件,喷墨打印头及配套的驱动板和控制软件可称为喷墨打印机的打印引擎。

  喷墨打印头技术主要有连续喷墨和按需喷墨两种类型。其中,按需喷墨打印头技术又分为使用压电陶瓷作为制动器的压电喷墨、使用加热电阻作为制动器的热发泡喷墨两种。

  在广告和印刷领域,惠普、佳能、爱普生、柯达等公司分别在热发泡、压电、连续喷墨等主流喷头技术方面占据市场主导地位。

  在工业打印应用中主要使用压电喷墨打印头,赛尔、富士、京瓷、柯尼卡美能达、理光等的压电喷墨打印头产品占据市场主导地位。

  目前,喷墨打印头正向高速度、高分辨率、多喷头阵列及精确喷墨控制等方向发展。

  为改变我国产品依赖进口、受制于人的局面,早在“十二五”期间,工信部就已将“喷墨数字印刷机压电式喷墨打印头制造技术”列为我国需要集中突破的产业关键共性技术。近年来,国内一些科研机构和科技企业开展了打印喷头的科研攻关和产品开发,如上海锐尔发数码科技有限公司2018年发布SUREjet-T7680工业级热发泡喷墨打印头,北京奥润于2018年推出标准化的压电喷墨打印头产品,爱司凯自主研发的AMSKY压电式喷墨打印头在2014年申请专利。

  但是,国产喷墨打印头的研发仍然面临着国际专利壁垒高企、MEMS(微机电系统)制造能力薄弱等诸多挑战。目前,国内只能研发较为初级(打印速度和分辨率低)的打印喷头,难以满足高质量数字印刷和工业打印的实际需求,高端打印喷头仍然大量依赖进口。

  栅格图像处理(RIP)技术是喷墨印刷系统的核心软件,是将编排好的PS或PDF印刷图文页面文件转换为可打印的点阵数据文件的解释器。RIP是一个庞大复杂的软件系统,具有将矢量图形转换为栅格数据、将连续调图像通过数字加网转化为网点图像、将文字通过字库编码解译转换为点阵字形,以及具有使用ICC色彩特性文件对RGB数据分色和进行颜色转换等功能。

  RIP系统由语法分析器、译解内核、彩色空间管理及转换系统、资源管理系统、图形子系统、图像子系统、文字子系统、数据整合系统、加网系统、驱动管理系统及输出控制器构成。在喷墨打印和数字印刷系统中,使用的RIP软件大部分由美国的Adobe公司、英国的Harlinquin公司开发。

  喷嘴阻塞是喷墨印刷中普遍存在的问题。因此,通过RIP软件进行在线喷嘴补偿技术得到了充分研究,许多研究机构都申请了大量相关专利。此外,基于陶瓷喷墨、纺织印花等特定应用的特殊需求,也促进了RIP技术的显著进步,形成了针对特定应用的专用RIP系统。在包装行业,根据纸箱印刷特殊需求推出的FlexRIP,在处理速度和输出质量两个方面都明显超过了通用RIP产品。

  我国北大方正等公司具有研发RIP的能力,特别是北大方正推出了适用于高速喷墨印刷的RIP系统,基本能够满足国产喷墨印刷集成设备的需要。但是,RIP技术发展很快,在数字加网及色彩转换算法的不断升级、喷墨打印线喷嘴补偿技术等方面与国外RIP技术仍然存在较大差距,需要加大相应的研发力度。

  此外,我国高端喷墨印刷墨水的研发也存在较大差距,需要加强多种类型的喷墨墨水系列及多种功能的特种喷墨墨水的开发。