喷码机是按墨滴的形成原理区分,目前分为:热发泡喷墨(以惠普为代表)、压电UV喷墨(日本理光,京瓷,精工,柯尼卡等等)、静电喷墨和声波喷墨,其中应用较为广泛的是热发泡式和压电式。热发泡喷墨通过电阻通电加热,使油墨产生气泡,将一定量的油墨挤出喷嘴;在电阻无电压时则停止加热,无墨滴喷出。压电喷墨采用压电晶体的振动来产生墨滴,在喷码机墨水腔的一侧装有压电板,当电流通过压电板时,压电板产生微小的变形,这种变形的结果使墨水腔容积减少,挤压墨水而使微量墨水从喷孔挤出,并形成墨滴。
由于原理上的区别对两者的喷印质量安田做了比较:热发泡喷墨时墨水是通过气泡喷出的,墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握,喷印线条边缘容易参差不齐,影响喷印质量;压电式UV喷码机具有墨点形状规则、没有溅射、墨点大小可控、喷射速度可控、定位准确等优点,其喷印精度相对会更好。
压电式UV喷码机中,墨滴体积的影响因素包括喷嘴的直径,生成墨滴时的脉冲波形,以及墨水本身的张力。目前常见的压电式打印喷嘴直径为21μm,减小墨滴途径是减小喷嘴直径,但是并不能做到无限缩小,一般情况下固体颗粒的粒径要小于喷嘴的1%,喷墨墨水黏度要小于40cP,甚至能达到1cP左右。当喷嘴缩小到一定尺寸后,一方面喷码机设备要克服巨大的毛细作用力;另一方面,对功能性墨水的固体颗粒粒径大小、黏度等方面的要求会更高。在这样的情况下,为防止喷嘴堵塞,小喷嘴喷码机对所用墨水的颗粒尺寸、黏度、表面张力、挥发速度等方面要求非常苛刻,成本也会大幅增加。调节喷墨墨滴体积的另一个方法是:优化喷墨的驱动电脉冲波形和电压,改变喷头中的压电材料形变规律来调节喷出油墨体积。驱动电压越高,压电材料的变形越大,喷出的液滴越大,速度越快。压电脉冲存在一个脉冲宽度,即对于一个给定的脉冲振幅,存在一个脉冲宽度值能达到高的液滴速率和喷墨质量。驱动脉冲的波形也从简单的“推”出墨水变成了既“推”又“拉”,由简单的波形扩展到双极波形。波形的首部分功能不变,第二部分用于消除液滴从装置喷出的剩余声波震荡,即在墨水喷出喷嘴时施加一个回拉的力,使液滴尾部尽快与喷嘴分离,减少尾部墨丝断裂造成的“卫星点”。双极波形是正负振幅相等且第二部分停留时间是首部分的两倍。
新的喷墨方式正在诞生。在既有普通喷墨方式不能满足需求的时候,出现了改进的喷墨方式。科学家发明了电流体力学喷码机技术,在喷嘴和喷印基底之间施加电场作用,使油墨在喷嘴处形变,当电压恰当时,墨水会突破自身的黏度和表面张力而产生巨大阻力射出喷嘴。与传统喷墨方法相比,这类方法喷头结构更为简单,喷印尺寸更小,油墨适用范围更广。该方法可以采用300nm甚至更小直径的喷头,实现高分辨率喷印。气流喷印又叫气溶胶喷印,是另一种非传统的喷墨打印方式。气流喷印的工作原理是将墨水在储墨盒里进行雾化处理,有超生起雾和气动起雾两种,油墨被雾化成1~5μm的液相颗粒,与气体混合形成气溶胶,然后通过气流将气溶胶送出喷嘴。由于喷出的是连续的含有大量微墨滴的气流,是一种连续喷墨式的喷印方式,并非普通喷印喷出的独立墨滴,因此只能通过阻断喷射来断开气流,喷印的图像也是由线条组成。喷头的夹层结构,可以让喷嘴喷出相当于喷嘴1/10的气流,这样的工作机理使其喷印精确度非常高,线条宽度可达到5μm。气流喷印的优势在于更广泛的油墨适用范围,只要能够雾化,油墨的黏度范围可以为0.7~1000cP。与此同时,较大的固体颗粒分散系也适用于气流喷印。
通过改进喷码机设备,控制调节喷印墨水挥发性、墨滴大小、油墨温度、承印材料加热、油墨与承印物表面接触角等因素,可以有效提高喷码机精度。但是,仍有许多问题需要解决,例如喷墨印刷针对性较强,喷印速度有待提高等。尽管如此,喷码机以其成本低廉、环境友好、制备简单等优势仍然具有广阔的应用前景。