噴墨制版技術(shù)面面觀

賈志梅+吳為+沙栩正+石寶光

近幾年來，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)印前和印刷的數(shù)字印刷技術(shù)發(fā)展迅速，并在部分細(xì)分市場取得成功，成為印刷行業(yè)最為關(guān)注的熱點(diǎn)之一。其中，噴墨技術(shù)是國際上發(fā)展最為迅速的前沿技術(shù)之一，其核心優(yōu)勢有兩點(diǎn)：靈活的按需特性和強(qiáng)大的可拓展性，已在3D成型、建材、印染、電子等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

經(jīng)過多年發(fā)展，我國印刷行業(yè)從設(shè)備制造到使用已經(jīng)有了完整的工業(yè)基礎(chǔ)，具有龐大的產(chǎn)業(yè)集群，如何在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)步，成為印刷行業(yè)重點(diǎn)探索的問題之一。目前，數(shù)字印刷的核心技術(shù)壟斷尚未被打破，在陶瓷噴墨印刷領(lǐng)域已經(jīng)突顯的高昂噴頭成本問題已被廣泛關(guān)注。而用于膠印制版的噴墨制版技術(shù)的出現(xiàn)，既充分利用了噴墨技術(shù)的材料適用范圍廣的特點(diǎn)，帶來了新材料環(huán)保的優(yōu)勢，又保留使用了傳統(tǒng)印刷機(jī)及膠印技術(shù)，發(fā)揮了原有工業(yè)基礎(chǔ)成熟的高質(zhì)量優(yōu)勢，通過二者的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了印前制版系統(tǒng)的環(huán)保升級，為印刷系統(tǒng)的環(huán)保變革帶來了新契機(jī)。

噴墨制版技術(shù)的成像原理

傳統(tǒng)制版是將光敏或熱敏材料預(yù)先涂布在砂目化的親水鋁基表面，通過光照，對印版進(jìn)行成像，光敏或熱敏材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，印版表面形成圖案的潛影，再通過對印版進(jìn)行顯影處理，最終形成用于上機(jī)印刷的印版。制版過程會形成HW16感光材料危險(xiǎn)廢液，對環(huán)境造成影響。

噴墨制版技術(shù)是通過噴墨的方式將特殊的納米墨水直接打印至版基表面，從而實(shí)現(xiàn)圖文的“塑造”，在版基表面形成圖文區(qū)（親油）、非圖文區(qū)（親水）的差異，經(jīng)固化后形成用于上機(jī)印刷的印版。該技術(shù)省去了以往成像過程中的顯影環(huán)節(jié)，簡化了制版流程，消除了印版顯影的污染。傳統(tǒng)制版和噴墨制版的成像原理如圖1所示。

噴墨制版技術(shù)的體系構(gòu)成

噴墨制版技術(shù)是不同于感光成像的新興技術(shù)，具有圍繞噴墨的核心技術(shù)架構(gòu)。噴墨制版系統(tǒng)包含高精度噴墨制版設(shè)備、納米版材、納米墨水和工藝控制，四位一體圍繞噴墨制版需求特征展開，最終達(dá)到滿足印刷適性的要求，結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖2所示。

1.制版設(shè)備

專業(yè)設(shè)備是噴墨制版技術(shù)應(yīng)用的平臺，從功能模塊上可劃分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動控制、墨路系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)4個部分，實(shí)現(xiàn)將納米墨水精確打印在版材指定位置的功能。噴墨制版設(shè)備重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)動控制穩(wěn)定性、噴墨墨滴落點(diǎn)（著紙）準(zhǔn)確性、輔助功能易用性和人機(jī)交互友好性。

噴墨制版設(shè)備以噴射的單個墨滴為基本成像單元，通過墨滴鋪展，疊加區(qū)域體現(xiàn)圖文邊界，將RIP后的網(wǎng)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)移到納米版材上。墨點(diǎn)作為單個像素要有準(zhǔn)確的位置和規(guī)整的形態(tài)。因此要求噴頭的運(yùn)動控制準(zhǔn)確度高，運(yùn)動誤差??；打印驅(qū)動控制要兼顧墨水特性，使墨滴下落過程不拖尾，落地?zé)o散點(diǎn)，墨滴飛行和落地形態(tài)規(guī)整，近似圓形。

早期的噴墨制版設(shè)備大多使用市面上成熟的打印機(jī)進(jìn)行改造，但是因?yàn)榇蛴】刂撇黄ヅ?、機(jī)械結(jié)構(gòu)受局限等，該類制版設(shè)備的打印速度和精度與制版需求相差甚遠(yuǎn)。目前較為先進(jìn)的噴墨制版系統(tǒng)完全針對制版工藝要求設(shè)計(jì)，在版材定位、打印制版、運(yùn)動銜接方面均有重大改善。目前國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的運(yùn)動定位精度已達(dá)到微米級，印版套準(zhǔn)精度達(dá)到10微米，已達(dá)到光學(xué)制版系統(tǒng)的控制水平。

隨著噴頭技術(shù)的快速發(fā)展，噴墨制版速度得到大幅提升，從初期的每小時(shí)制版幾個對開張，到現(xiàn)在的每小時(shí)制版20～40對開張，甚至可以達(dá)到每小時(shí)近200張報(bào)業(yè)對開版的制版速度。輸出精度也從初期的1440dpi提升到現(xiàn)在的2400dpi以上。

2.納米版材

納米版材是噴墨制版技術(shù)體系的核心材料。目前，常見的納米版材分為砂目納米版材和免砂目納米版材。砂目納米版材的生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)版材類似，免砂目納米版材采用全新的材料體系和生產(chǎn)工藝，以親水的納米材料為核心，代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠印版材中砂目的親水性作用，在膠印過程中作為非圖文區(qū)使用。

免砂目納米版材的生產(chǎn)流程為：基材清洗、烘干、涂布納米層、烘干、裁切和包裝。與現(xiàn)有版材生產(chǎn)過程相比，免砂目納米版材的生產(chǎn)省去了鋁基版電解、氧化、除灰、封孔等復(fù)雜工藝過程，因此不僅省水、省電、成本低，而且更為重要的是徹底杜絕了高純度鋁版基在電解、氧化過程中產(chǎn)生的大量廢液污染及金屬鋁流失的污染。因此免砂目納米版材具有良好的發(fā)展前景。

3.納米墨水

納米墨水是噴墨制版系統(tǒng)至關(guān)重要的一環(huán)，就印刷適性而言，其必須具備良好的印刷油墨親和性能，能均勻地吸附和轉(zhuǎn)移油墨，并且在印刷壓力和溫度下能夠保證持久的耐印力；就噴墨形式而言，其除了必須具備優(yōu)異的體系穩(wěn)定性能以外，還必須與噴頭腔體黏合材料、面板疏水材料等具有良好的兼容性；就圖像的打印精度而言，其又必須與納米版材匹配良好，在其表面形成墨滴的規(guī)整性沉積，進(jìn)行適度而穩(wěn)定的鋪展，以得到銳利、精細(xì)的圖像質(zhì)量。

制版用納米墨水采用超親油和具有良好耐磨性的材料體系，通過將其制備成水基型、弱溶劑型或UV固化型墨水，使其可通過噴頭進(jìn)行功能材料打印，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保的增材式制版。為滿足用戶對印版高耐印力的要求，納米墨水中可加入無機(jī)納米粒子，使印版在印刷過程中具有良好的耐磨性。

4.工藝控制

工藝控制是噴墨制版體系控制的重要環(huán)節(jié)。噴墨制版設(shè)備根據(jù)墨水特性不同有運(yùn)動速度、輸出組合方式、噴墨控制的工藝，也有根據(jù)使用環(huán)境而調(diào)整的噴頭保護(hù)、刮墨、準(zhǔn)備動作與頻率的工藝；根據(jù)納米墨水與納米版材表面能匹配特性，有印版數(shù)據(jù)線性化傳遞的工藝；根據(jù)電子文件和承印材料特性，有關(guān)于最佳加網(wǎng)類型、角度選擇的印前工藝；根據(jù)納米版材類型不同，還有印刷環(huán)節(jié)供水、供墨等使用及操作工藝。因此，在噴墨制版系統(tǒng)集成中，各環(huán)節(jié)工藝緊密相連，工藝控制是一項(xiàng)涉及到如何將操作系統(tǒng)調(diào)整和運(yùn)用良好的關(guān)鍵技術(shù)。

噴墨制版技術(shù)存在的問題

雖然噴墨制版技術(shù)逐漸成熟，體系架構(gòu)清晰完整，目前制版質(zhì)量已能達(dá)到大多數(shù)普通印刷品制版使用要求，并且在性價(jià)比和環(huán)保性能上具有突出優(yōu)勢，但是噴墨制版技術(shù)仍存在諸多問題和不足：首先，雖然通過特殊加網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化，噴墨制版技術(shù)的印刷質(zhì)量可以滿足普通印刷品的要求，但是仍然低于PS版和CTP版的印刷質(zhì)量，在精細(xì)度和色彩表現(xiàn)上還未達(dá)到高端印刷品的要求，尤其與熱敏制版技術(shù)仍有較大差距。其次，噴墨制版系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且環(huán)環(huán)相扣，體系開發(fā)難度大，研發(fā)投入成本高，一般企業(yè)無法承受，這也在一定程度上制約了其發(fā)展速度。

噴墨制版技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.高速度，高精度

未來，隨著噴頭技術(shù)的高速發(fā)展，噴墨制版技術(shù)的精度和速度會有顯著提升。大批量應(yīng)用的工業(yè)級噴頭已經(jīng)從只有幾百個噴嘴發(fā)展為集成數(shù)千個甚至上萬個噴嘴，噴頭最小噴墨量也從6pL、3pL發(fā)展為1.5pL甚至1pL。因此隨著高速度、高精度集成化的工業(yè)級噴頭的迅速發(fā)展，噴墨制版技術(shù)解決高精度問題將指日可待，并且可以在高精度的前提下進(jìn)一步提升制版速度。

2.高環(huán)保，新機(jī)遇

廣泛的材料適用性是噴墨技術(shù)日新月異的一大影響因素，因此，隨著納米材料的引入，噴墨制版將可以打破傳統(tǒng)版材壟斷的格局，不僅使我國制版技術(shù)在環(huán)保性變革上突飛猛進(jìn)，而且可為國內(nèi)環(huán)保版材的研發(fā)打開另一扇窗，使我國有可能更快打破國外高端環(huán)保產(chǎn)品獨(dú)占鰲頭數(shù)十年的局面。另外，隨著各種新型功能材料的引入，我們也許有機(jī)會可以改變印刷行業(yè)的污染現(xiàn)狀！