噴墨制版裝備技術(shù)

吳為+石寶光+趙朕毅

隨著環(huán)境狀況的日趨嚴(yán)峻，印刷業(yè)的綠色、環(huán)保趨勢已成為全社會(huì)的共識(shí)。從再生紙張到大豆油墨，越來越多的新技術(shù)、新工藝被應(yīng)用于印刷行業(yè)。制版作為印刷流程中電子文檔“物化”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一過程所產(chǎn)生的HW16有毒廢液目前僅能通過濃縮、第三方收容等被動(dòng)方法進(jìn)行處置，成本高、去毒效果差。噴墨制版技術(shù)的應(yīng)運(yùn)而生從根本上解決了這一難題，制版過程無污染、無排放的優(yōu)勢使其必將成為未來發(fā)展的主流。

噴墨制版采用噴墨方式，將功能性墨水打印并固化于印版表面，如何保證墨點(diǎn)的形狀、位置精度成為制版設(shè)備關(guān)注的重點(diǎn)，與其直接相關(guān)的墨路系統(tǒng)、噴頭控制是保證印版質(zhì)量的關(guān)鍵。從功能上看，噴墨制版設(shè)備由主體框架、墨路系統(tǒng)、噴頭控制以及保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的輔助系統(tǒng)四大部分組成。

主體框架

主體框架是制版設(shè)備的承載基礎(chǔ)，決定著設(shè)備的運(yùn)行方式、成像速度、精度等重要性能。從目前來看，制版設(shè)備的主體框架主要有三種方式：平臺(tái)式、外鼓式、傳統(tǒng)送紙式。這幾種方式各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

1.平臺(tái)式

平臺(tái)式是目前噴墨制版設(shè)備應(yīng)用最成熟的框架結(jié)構(gòu)，性能較好的噴墨制版設(shè)備均采用該結(jié)構(gòu)。所謂平臺(tái)式即設(shè)備主體為平面式的印版承載平臺(tái)，噴頭模塊懸于該平臺(tái)上方進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，配合平臺(tái)的相對平移，實(shí)現(xiàn)噴頭對整個(gè)平面的二維掃描。

平臺(tái)結(jié)構(gòu)對版材幅面的兼容性很大，基本上只要不大于平臺(tái)尺寸的印版都可以制備，并且版材裝載效率高，可在幾秒內(nèi)完成手動(dòng)上版。同時(shí)，版材的裝載精度也遠(yuǎn)高于其他方式。平臺(tái)式噴墨制版設(shè)備對噴頭的兼容性也是幾種方式中最好的，可適用于幾乎所有噴頭組合。

但由于平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中均水平放置，這使得此類設(shè)備外形尺寸偏大，且大幅面平臺(tái)的加工難度高，設(shè)備成本高。

2.鼓式

鼓式在傳統(tǒng)激光制版設(shè)備中應(yīng)用較多，分為外鼓式與內(nèi)鼓式，但內(nèi)鼓式在噴墨制版設(shè)備中應(yīng)用較少。在外鼓式制版過程中，印版包覆在滾筒外表面，隨滾筒一起旋轉(zhuǎn)，噴頭沿滾筒母線方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對印版整個(gè)幅面的掃描。

因?yàn)橛“婵删砬源祟悋娔瓢嬖O(shè)備的外形比較緊湊，同時(shí)避免了噴頭往復(fù)運(yùn)動(dòng)，墨路系統(tǒng)更穩(wěn)定。

但是由于滾筒表面包覆了版材，其質(zhì)量的偏心極易造成滾筒旋轉(zhuǎn)失衡。而且目前的噴頭噴孔均為平面陣列排布，噴頭與滾筒的曲面無法形成等間隙，極易造成墨點(diǎn)的形位偏差，如果選擇使用部分線性排列噴孔，則會(huì)導(dǎo)致效率低下，因此外鼓式裝備對于噴墨制版技術(shù)的適應(yīng)性較差。

3.傳統(tǒng)送紙式

市面上大部分噴墨打印機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)，但在噴墨制版設(shè)備中，因?yàn)榘娌乃瓦M(jìn)過程中缺少可靠的定位，所以其成像精度不夠穩(wěn)定，目前性能較高的噴墨制版設(shè)備都不再采用該結(jié)構(gòu)。

墨路系統(tǒng)

墨路系統(tǒng)一般由噴頭、供墨系統(tǒng)、噴頭維護(hù)系統(tǒng)組成。噴頭是實(shí)現(xiàn)墨水轉(zhuǎn)移至打印版基的關(guān)鍵部件。噴頭的性能決定了制版速度和印版質(zhì)量。噴頭的主要參數(shù)包括噴嘴數(shù)量、點(diǎn)火頻率、打印分辨率、墨滴體積等。其中，噴嘴數(shù)量和點(diǎn)火頻率決定了制版速度，噴嘴越多，點(diǎn)火頻率越高，則制版速度越快。打印分辨率和墨滴體積決定了印版上的基礎(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)大小，直接影響圖像的精細(xì)程度。性能優(yōu)異的噴頭還要具備良好的墨水寬容度、穩(wěn)定的工作狀態(tài)和較長的使用壽命。隨著噴墨技術(shù)的日益發(fā)展及由市場導(dǎo)向而變化的客戶需求，小墨滴噴墨打印技術(shù)也在快速提高。在噴墨制版技術(shù)中，為了達(dá)到較高的制版精度，墨滴體積通常需要達(dá)到10pL以下。

供墨系統(tǒng)是連接墨水和噴頭的“動(dòng)脈”，在設(shè)備工作時(shí)持續(xù)地向噴頭供應(yīng)墨水。該系統(tǒng)通常分為氣路部分和墨路部分。氣路部分常由負(fù)壓供墨和正壓擠墨兩個(gè)模塊組成，其中，負(fù)壓供墨模塊負(fù)責(zé)向噴頭提供穩(wěn)定的負(fù)壓，使其與墨水的自身重力平衡，保證噴嘴內(nèi)的墨水形成完美的彎月面，提高噴墨的穩(wěn)定性。噴頭要保持良好的打印狀態(tài)就要有持續(xù)的墨水供應(yīng)和穩(wěn)定的供墨壓力，尤其是在高速和大幅面的噴墨工作狀態(tài)下，對供墨系統(tǒng)性能要求更高。供墨系統(tǒng)的部件不僅需要具有較高的潔凈度和可靠性，還要滿足良好的氣密性。

噴頭的維護(hù)對設(shè)備的穩(wěn)定性十分關(guān)鍵，設(shè)備使用過程中的環(huán)境溫濕度影響、異常操作、氣泡和墨水等都可能會(huì)造成噴頭的輕微堵塞或斜噴。因此，噴頭的清洗系統(tǒng)是使其正常工作的保障，該系統(tǒng)集合了氣泡排除、正壓擠墨清洗、機(jī)械刮墨及保護(hù)液清洗噴頭等功能。

噴頭控制

在噴墨制版體系中，印版上的網(wǎng)點(diǎn)由若干個(gè)墨點(diǎn)組成，每一個(gè)墨點(diǎn)的形狀、位置都會(huì)影響最終網(wǎng)點(diǎn)的成型，如何有效地控制墨點(diǎn)著紙位置及其形狀是重中之重。

1.位置精度控制

噴墨制版采用二維運(yùn)動(dòng)模式，將噴頭定位于指定坐標(biāo)并進(jìn)行墨滴噴射，由于任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式都存在著固有的精度誤差，為了解決該問題，一般會(huì)采取精度補(bǔ)償措施：首先，用高精度的位置標(biāo)定設(shè)備如激光干涉儀等，對二維運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)行微分標(biāo)定，將實(shí)際運(yùn)行距離參數(shù)和理論值進(jìn)行比較，形成一組微分補(bǔ)償數(shù)據(jù)；然后，將該組數(shù)據(jù)輸入運(yùn)動(dòng)控制軟件，在控制制版設(shè)備二維運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)行積分計(jì)算實(shí)際的運(yùn)行距離，精確地將噴頭送到指定的二維運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)行噴墨。該精度補(bǔ)償措施能夠?qū)⒅瓢嬖O(shè)備的單步二維運(yùn)動(dòng)精度誤差從5微米減少到0.5微米以內(nèi)，累計(jì)誤差從50微米降低到3微米以內(nèi)。

2.形狀精度控制

噴頭噴射出的墨點(diǎn)形狀受墨水流暢性、黏稠度等因素影響，而墨水的性質(zhì)主要隨著環(huán)境溫濕度的波動(dòng)而變化。形狀精度控制系統(tǒng)需實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行環(huán)境參數(shù)，針對環(huán)境溫濕度的變化，調(diào)整噴孔噴墨力度，使墨滴在印版上的成像大小與形狀保持一致。

輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)是整體設(shè)備中不可忽視的一部分，版材定位模塊、版材監(jiān)測模塊、上版和收版模塊以及用戶界面等都是噴墨制版設(shè)備必不可少的組成部分，制版質(zhì)量的穩(wěn)定性、設(shè)備使用的便捷性都與之直接相關(guān)。

近年來，隨著噴墨技術(shù)和精密控制技術(shù)的日趨成熟，噴墨制版設(shè)備取得了突破性進(jìn)展，其速度、精度逐步達(dá)到甚至超越傳統(tǒng)制版設(shè)備。在環(huán)境保護(hù)越來越受重視的大趨勢下，噴墨制版技術(shù)必將引領(lǐng)印刷行業(yè)全面進(jìn)入綠色化、數(shù)字化時(shí)代。