噴墨打印技術在墻地磚行業(yè)的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張柏清 王德良 鐘樹銘

（1.景德鎮(zhèn)陶瓷學院，江西景德鎮(zhèn)333000；2.杭州諾貝爾集團有限公司，浙江杭州311122)

0 前言

近幾年我國陶瓷磚裝飾采用噴墨打印技術的發(fā)展速度較快，主要得益于噴墨打印機生產(chǎn)技術不斷提高以及下游需求市場不斷擴大，噴墨打印機在國內和國際市場上發(fā)展形勢都十分看好，我國陶瓷磚裝飾采用噴墨打印機迎來良好的發(fā)展機遇。

1 噴墨打印產(chǎn)品的優(yōu)勢

陶瓷墻地磚的裝飾經(jīng)歷了絲網(wǎng)印花、輥筒印花之后，近二年又掀起了噴墨打印的高潮，噴墨打印技術已被稱為中國陶瓷墻地磚印花技術的第三次革命，被越來越多的國內陶瓷企業(yè)看好。噴墨打印機較之絲網(wǎng)印花和輥筒印花，具有許多無可比擬的優(yōu)勢。它能在極短的時間內達到個性化的要求，更加適合當今瓷磚裝飾時裝化、個性化、小批量、多花色的發(fā)展趨向。噴墨產(chǎn)品的精細度與高清晰的圖片并沒有太大區(qū)別，并且傳統(tǒng)技術的產(chǎn)品都會受到規(guī)格方面的限制，而噴墨技術在理論上沒有規(guī)格限制。另外，近幾年來仿古磚生產(chǎn)迅猛發(fā)展，一些高端品種諸如仿樹皮、仿原木之類的飾釉磚表面是凹凸不平的立體面，其采用絲網(wǎng)印花和輥筒印花都無法實現(xiàn)的，只有噴墨印花可以得心應手隨心所欲，不僅更真實的還原自然材料的紋理和效果，還能在凹凸面上實現(xiàn)印刷。

2 噴墨打印技術的特點

噴墨打印技術集電控、墨水使用、機械合成圖案設計、數(shù)控操作等多領域先進技術于一身，該技術在瓷磚產(chǎn)品上的運用可使產(chǎn)品分辨率由普通技術的72dpi提高到360dpi，如用通俗的像素來表示，則可由現(xiàn)有輥筒印花效果的240萬像素提升到1200萬像素。該技術可靈活處理各種不同批量及不同品種的訂單，轉產(chǎn)時數(shù)碼噴墨打印機具有不用更換墨水或清洗墨路的特點，省去了輥筒雕刻及試版工作，大大節(jié)省試版、生產(chǎn)等多方面的成本，縮短了生產(chǎn)周期，減少了產(chǎn)品庫存，降低了運輸成本，縮小了倉庫面積；消除了由于和噴印基材接觸而造成的破損和缺陷，可以在凸凹不平的表面上印刷，大大減少印刷設備的開支；通過采用軟件工具適應新的設計以滿足更多消費者的需求，以及變從前不可能的設計為可能。

對于工廠來說，還減少了原材料等庫存，降低了一些企業(yè)的生產(chǎn)成本壓力，此外由于噴墨設備的自動化性能高，操作便利，還能減少人工勞動。

從設計方面來說，陶瓷磚設計的理念是回歸自然。噴墨技術的出現(xiàn)，為陶瓷設計提供了豐富多彩的設計元素，花草鳥蟲、飛禽走獸、山川河流……各種大自然的元素由此顯得多彩多姿、蔚然成畫而信手拈來，大自然的景觀也由此都可成為設計師們取之不盡的設計元素。石材、木紋等等，另外墻紙、布料等的紋理也能通過噴墨技術得到淋漓的體現(xiàn)。

此外，噴墨打印改變了傳統(tǒng)的印花技術與瓷磚接觸的特點，印刷效果通過噴頭自上而下噴出印刷，磚面不再與印刷工具直接接觸，可以實現(xiàn)多角度、高致密性上釉，完全呈現(xiàn)瓷磚立體造面設計效果；噴墨打印首次實現(xiàn)了在瓷磚立體造型面上的一次性印花，尤其實現(xiàn)了各種凹凸浮面磚和斜角面上的紋理生動印花，凹凸立體面落差可達4mm能使凹凸面均勻著色，令各種特殊造型的配件與主磚銜接更自然，整體鋪貼效果更天然大氣。這一切，讓設計的內涵表現(xiàn)得淋漓盡致，讓陶瓷更具靈性。正由于以上的種種原因，陶瓷磚裝飾采用噴墨打印技術迎來了發(fā)展的春天。

3 陶瓷磚應用噴墨打印技術發(fā)展簡況

直到2000年世界第一臺工業(yè)使用的陶瓷裝飾噴墨打印機才問世，西班牙的Kerajet公司是世界上第一家擁有噴墨設備技術專利的企業(yè)，而美國的Ferro公司則是世界上第一家擁有噴墨墨水專利的企業(yè)。因2000年Kerajet所研制的噴墨打印機受到專利保護，全世界的其它公司只能內部研發(fā)。該專利權在2008年開放后，其它原本內部研制噴墨打印機的公司才開始向外銷售。因此，噴墨打印機的使用在國內也是近幾年的事情。

2008年5月佛山市南海區(qū)希望陶瓷機械設備有限公司研發(fā)了中國第一臺陶瓷磚裝飾的噴墨打印機。

杭州諾貝爾集團有限公司在2009年下半年采用西班牙Kerajet的陶瓷磚裝飾的噴墨打印機，成為國內第一個推出噴墨磚的企業(yè)。

金牌亞洲于2010年3月30日推出國內首款3D數(shù)碼噴墨立體磚，成為廣東陶企最早推出噴墨打印產(chǎn)品的企業(yè)之一。

近年來，全球陶瓷磚應用噴墨機械設備數(shù)量不斷上漲。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，到2011年4月為止，全球已經(jīng)在使用的噴墨打印機近400臺，這比起2009年當時的設備數(shù)量翻了一番，其中，在中國的噴墨打印機已經(jīng)有40臺左右，占全球噴墨打印機總量的10%，目前涉足噴墨領域的佛山陶企將近20家，華東也至少有2家企業(yè)。據(jù)有關媒體和專家預測，未來5年內，噴墨打印設備將增加至1000臺。世界陶瓷磚生產(chǎn)已進入噴墨打印年代，而作為全球陶瓷生產(chǎn)第一大國，中國必定成為該技術運用的潛力最大的市場之一。

4 噴墨打印機

噴墨印刷是一種新的無接觸、無壓力、無印版的印刷技術，將電子計算機中存儲的信息輸入噴墨打印機即可實現(xiàn)印刷。它還具有無版數(shù)碼印刷的共同特征，即可實現(xiàn)可變信息印刷。

噴墨打印機一般由噴頭系統(tǒng)、噴頭清潔系統(tǒng)、供墨系統(tǒng)、帶輸送系統(tǒng)、帶清潔系統(tǒng)、操作及控制系統(tǒng)等組成。噴頭系統(tǒng)由噴頭、噴頭矩陣及噴頭板組成，供墨系統(tǒng)包括墨盒、過濾器、墨泵、管路等在內的循環(huán)供墨系統(tǒng)，操作及控制系統(tǒng)包括灰度控制器、顯示器、路由器、芯片、接口在內的驅動電子設備、控制軟件等，這些系統(tǒng)是噴墨打印機的關鍵核心技術。

陶瓷企業(yè)目前所應用的噴墨打印機均為壓電式按需噴墨打印機。

5 陶瓷墨水

5.1 陶瓷墨水的發(fā)展

國外陶瓷墨水的研究起始較早，2000年1月7日，F(xiàn)ERRO公司向美國專利商標局提交了一份名為《用于陶瓷釉面磚（瓦）和表面的彩色噴墨印刷的獨特的油墨和油墨組合》的專利，該專利闡述了陶瓷墨水的制作方法技術，為陶瓷噴墨打印技術奠定了良好的基礎。

噴墨墨水技術發(fā)展分兩個階段。第一階段是2000～2006年，噴墨系統(tǒng)只有可溶性墨水。在這一階段，由于所使用的可溶性墨水的低色彩范圍、穩(wěn)定性差和成本高，大大限制了產(chǎn)品所能實現(xiàn)的各種可能性，制約了發(fā)展。第二階段，隨著顏料墨水的技術進步，噴墨系統(tǒng)發(fā)生了質的飛躍。使用這些顏料墨水，噴墨打印系統(tǒng)幾乎可以打印市場上的常規(guī)顏色，而且價格也具競爭力。這種技術的飛躍影響甚至可擴大到景觀設計，并帶動了更多的新設備廠家進入市場及將一些新元素引入到新的色彩制作中。一些公司開始專門研究陶瓷領域的最佳解決方案。

5.2 陶瓷墨水的特點

陶瓷墨水必須是納米技術制造出的超微細的無機材料，不是簡單的顏色混合調配就可以達到的。且陶瓷墨水必須是無機材料，否則它們無法經(jīng)歷高溫的煅燒。尤其噴墨設備采用的是四色印刷，和我們傳統(tǒng)印刷行業(yè)大致一樣，即C(Blue,藍色)、M(Magenta,介于紅色與橙色之間的一種色彩)、Y(Yellow，黃色)、K (Black,黑色)四種顏色，目前還無法達到100%的紅色，因此可能在印刷效果上會有些制約，導致設計初衷無法完全滿足。也就是兩個要素，無機色釉和納米混合，同時滿足這兩個條件，是非常困難的。和傳統(tǒng)紙制品的印刷不同，瓷磚的印刷不僅要突破這樣的問題，還要考慮高溫燒成的效果。

所謂陶瓷墨水就是含有某種陶瓷釉料成分、陶瓷色料或陶瓷著色劑的墨水。陶瓷墨水的組成和性能與打印機的工作原理和墨水用途有關。陶瓷墨水通常由無機非金屬顏料（色料、釉料）、溶劑、分散劑、結合劑、表面活性劑及其它輔料構成。無機非金屬顏料（色料、釉料）是墨水的核心物質，要求其顆粒度小于1微米，顆粒尺寸分布要窄，顆粒之間不能有強團聚，具有良好的穩(wěn)定性，受溶劑等其它物質的影響小。

5.3 國內陶瓷墨水研究概況

國內陶瓷墨水的研究始于2000年，近年來形成了天津大學、南昌航空工業(yè)大學、大連理工大學、陜西科技大學和華南理工大學等研究團隊，發(fā)表了一批研究論文。企業(yè)研究方面出現(xiàn)了道氏制釉、華山制釉、科信達奧斯博、博奧科技等公司，也形成了3個發(fā)明專利的成績，尤其是道氏制釉已經(jīng)獲得專利2個。盡管如此，陶瓷墨水在國內仍處于研究階段，離真正產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離，不過，在2011年廣州陶瓷工業(yè)展覽會上已看到博奧科技生產(chǎn)的陶瓷墨水。據(jù)了解博奧科技生產(chǎn)的陶瓷墨水已經(jīng)能夠在噴墨打印機上使用，目前他們正在全力推廣。

6 噴頭

6.1 壓電噴頭的工作原理：

其工作原理為：利用壓電傳感器對墨水施加沖擊。當計算機控制的變化電壓施加在壓電傳感器上時，它會隨電壓的變化而發(fā)生體積的收縮和膨脹，體積變化的方向取決于壓電材料的結構和形狀。當傳感器收縮時會對噴嘴內的墨水施加一個直接的高壓，使其從噴嘴高速噴出，電壓消失后，壓電材料恢復到原來的正常尺寸，墨室依靠毛細作用被儲墨器充滿。

壓電式噴墨打印頭內裝有一定容量的墨水腔體，在噴孔上部側面裝有壓電陶瓷，在壓電陶瓷上施加脈沖電壓，電壓可使壓電陶瓷形變后產(chǎn)生壓力，從而擠壓噴孔中的墨水噴射出墨滴，墨滴落到打印介質上形成墨點，由不同顏色噴孔噴射的墨點組成畫面；由打印控制系統(tǒng)控制噴孔上的壓電陶瓷的工作狀態(tài)；壓電式噴嘴每秒鐘大約能噴出14000個左右的墨滴。壓電式噴頭的分辨率高達1440dpi(每英寸點數(shù))。由打印控制系統(tǒng)控制噴孔上的壓電陶瓷的工作狀態(tài)；打印頭上的噴孔和墨管相連，通過可精確控制墨水容量和墨路壓力的供墨系統(tǒng)為打印頭連續(xù)工作提供墨水。

噴墨打印機的噴頭是噴墨技術的關鍵，就猶如汽車的發(fā)動機一樣，是噴墨打印機的心臟。因此，噴頭技術好與壞直接影響噴墨技術的質量，但目前噴頭的關鍵技術還是掌握在歐美等國手上，我國還沒有能力自主生產(chǎn)噴墨打印機的噴頭。

6.2 噴頭品牌介紹

噴頭在陶瓷噴墨打印設備的位置非常重要，目前世界上的陶瓷噴墨打印機的噴頭生產(chǎn)技術被分別被美國的FUJIFILM Dimatix“北極星”和英國XAAR“賽爾”、日本的Konica和精工SPT所壟斷。

FUJIFILM Dimatix具有27年研發(fā)噴墨打印頭技術的經(jīng)驗。據(jù)了解，在27年之前FUJIFILM Dimatix就開始研究噴頭技術，并投入資金3億美元，在1984年最初創(chuàng)建時叫作Spectra公司，2005年更名為Dimatix，2006年由FUJIFILM公司收購。日本精工SPT由日本精工電子集團所生產(chǎn)，精工最先是在生產(chǎn)精密鐘表方面聞名世界，如今在生產(chǎn)集裝壓電式噴頭也擁有著雄厚的技術支撐。日本精工電子科技的SPT噴頭目前在業(yè)內應用廣泛，在世界噴頭的市場占有率近50%。

國內所有擁有自主研發(fā)的噴墨打印機使用的噴頭基本來自四家企業(yè)。其中主要是：一是美國FUJIFILM Dimatix供應的，二是英國XAAR供應的。這幾家擁有打印設備噴頭技術的企業(yè)，經(jīng)歷幾十年的科研與經(jīng)驗積累，注入大量的資金、人力、物力才得以成功，因此噴頭的研發(fā)成功并非一蹴而就。

圖1 X a a 1001噴頭Fig.1 XAAR1001 print head

國內噴墨打印機的噴頭需求在未來幾年內仍然需要依賴進口。噴頭的外形見圖1、2。

6.3 噴頭的壽命、價格

噴頭的壽命都比較短，經(jīng)常更換噴頭是噴墨技術亟需解決的問題。據(jù)了解，在條件良好的情況下（非正常損耗除外）噴頭的使用壽命可以達到100萬平方米以上。噴頭目前還沒有國產(chǎn)化，因此許多陶企都需要花高價進口噴頭。據(jù)悉，一個噴頭就要3～4萬元左右。依據(jù)噴頭結構不同，噴頭的孔數(shù)不一，1臺噴墨打印機所需的噴頭數(shù)量也不一樣，少則需40個噴頭，多則需96個噴頭，甚至100多個，光噴頭一項就需120－384萬人民幣左右，這直接制約噴墨打印機的推廣和應用。

7 今后的發(fā)展

我國的陶瓷噴墨打印技術還屬于起步階段，和國外相比還有較大的差距。

短短的二年，我國陶瓷噴墨打印機的制造企業(yè)已近十家，但目前的核心技術仍然由國外企業(yè)所壟斷，因此今后國內研發(fā)重點應放在噴墨打印頭和墨水上，噴墨打印機制造企業(yè)，而應該將重點放在陶瓷噴墨打印機的服務和軟件設計上，使國內的陶瓷噴墨打印機盡快擺脫國外的限制，開發(fā)出具有完全獨立知識產(chǎn)權的陶瓷噴墨打印機。

圖2 北極星噴頭Fig.2 FUJIFILM Dimatix print head

噴墨打印技術朝著精細照片打印質量的方向進發(fā)，隨著噴墨技術和制造能力的逐步提高，通過更細小的墨滴和精準的噴墨控制實現(xiàn)越來越高的圖像分辨率，更快的噴射速度（頻率）實現(xiàn)高速打印，通過多顏色的墨水應用展現(xiàn)豐富的色彩。

（1）陶瓷數(shù)碼噴墨打印機噴頭的關鍵技術實際上有兩個：一是壓電晶體陶瓷材料，二是微電子機械加工技術。而噴頭的核心技術是壓電晶體半導體陶瓷和微電子機械系統(tǒng)（MENS）,作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的微電子機械系統(tǒng)（MENS）應該成為國家重點支持科技項目。

（2）國內開始研究陶瓷墨水雖有10年歷程，但是仍處于理論研究階段，雖然部分陶瓷色釉料企業(yè)在2011年推出陶瓷墨水，但離上線推廣應用還有一段路程要走，當然這需要墨水的生產(chǎn)企業(yè)和墨水的用戶以及陶瓷噴墨打印機制造廠家的全面合作才能在短期內實現(xiàn)。相信在不久的將來，必將攻破墨水的技術難關，成本將不再是制約國內陶瓷企業(yè)運用噴墨技術的關鍵之一。

（3）建立一支完善的培訓和服務體系，加強售后服務和技術服務以及質量控制，使噴墨打印機充分發(fā)揮效能。

1江紅濤等.陶瓷裝飾用彩噴墨水研究進展.硅酸鹽通報,2004, (2):58～60

2林偉.韓復興等.數(shù)字噴墨打印技術對我國建筑陶瓷未來發(fā)展的影響.陶瓷,2011,(4):9～12

3俞康泰,李勇.陶瓷裝飾的一場革命--噴墨印刷及其應用.佛山陶瓷,2002,(8):17～18

4蔡曉峰.噴墨打印技術與陶瓷墨水的制備.佛山陶瓷,2006,(7): 35～37

5陶城報資訊網(wǎng)，http://china.toocle.com

6華夏陶瓷網(wǎng)，http://www.chinachina.net