【《喷墨打印技术概述》1900字】

喷墨打印技术概述1.1喷墨打印技术的发展20世纪50年代后期，喷墨打印技术开始进入迅速发展阶段，从那以后，各类喷墨设备开始陆续出现。1951年，西门子公司的Elema率先制造出第一台喷墨印刷设备[7]。在此基础上，第二年成功制造出世界上首台商用喷墨印刷设备，但它还不能实现数字化控制，受当时计算机技术条件的限制，只能通过模拟驱动电压来完成工作。到了20世纪60年代初期，斯坦福大学的R.G.Sweet研究发现，在喷孔入口施加一个压力波可使墨水流分解成大小均匀的墨滴[8]。这个发现说明墨滴的断裂过程具有高度可控性，通过偏转电极可实现对带电墨滴的有效控制，目前常见的连续式喷墨打印（CIJ）采用的就是该原理，如图1-1所示。随后，该项技术又在字符打印领域得到应用，并于上世纪60年代末以该项技术为基础制造出世界首台商业用途的喷码机。1976年，IBM公司成功研制出世界上首台连续式喷墨打印机，有力的推动了连续式喷墨打印技术的发展[9]。同一时期，瑞典隆德理工大学的Hertz开发了能够实现灰度打印的连续喷墨打印技术[10]。1977年，Applicon推出了第一台基于Hertz原理的彩色喷墨打印机。图1-1连续喷墨技术原理Fig.1-1Principleofcontinuousink-jettechnology除了连续喷墨打印技术以外，按需式喷墨打印技术（DOD）也在快速发展中，如图1-2所示。美国Radio公司率先推出世界首款按需喷墨印刷设备，并为其申请了专利，但该发明的目的是作为一种书写机制，用于开创RCA传真概念，却从未发展成为一种商业产品。静电喷墨技术是历史上第一个真正原则上的按需喷墨技术，它的技术原理是先将导电墨水通过负压储存在喷嘴中，然后在印刷设备和承印材料之间加载高压电场，从而将带电墨滴从印刷设备中吸出，吸出的墨滴在偏转电场的作用下以特定的轨迹喷射到承印材料上，从而再现图文信息[11]。但由于印刷质量和可靠性差，按需静电式喷墨设备逐渐被市场淘汰。图1-2按需喷墨技术原理Fig.1-2Principleofon-demandink-jettechnology在静电式喷墨技术商业化发展受阻之后，压电喷墨（PIJ）打印技术开始登上历史舞台。通常，压电喷墨（PIJ）打印技术的基础归功于三项专利的出现[12]。首先是Clevite公司Zoltan研发的挤压式压电打印头；其次是Chalmers大学的Stemme提出的弯曲式压电打印头；最后是Silonics公司的Kyser和Sears研发的弯曲式压电打印头，与Stemme不同之处在于他们采用的是矩形压电元件[13-15]。上述专利的技术原理都是通过加载驱动信号使压电驱动器发生形变挤压腔室产生压力差，使腔室内液体有足够的能量从喷孔中挤出形成墨滴，如图1-3所示。不同之处则体现在压电元件的变形模式和腔室的结构几何上。随后几年，Fischbeck和StuartHowkins相继发明出剪切式和推压式的压电打印头。这些专利最终确认了现在压电打印头普遍适用的四种结构，即挤压式、弯曲式、剪切式和推压式。并且在1977年，西门子公司率先生产出世界上第一台按需式压电喷墨打印机，它的型号是PT-80。Silonics公司紧随其后在第二年推出Quietype，成为第二家生产压电喷墨打印机的公司。图1-3压电喷墨打印技术示意图Fig.1-3Diagramofpiezoelectricinkjetprintingtechnology受当时技术条件的限制，尽管市面上已有众多类型的喷墨打印机，但都没有真正流行起来。在打印质量、打印精度、打印速度、生产成本、可靠性等众多衡量标准下，无论是连续式喷墨（CIJ）打印还是压电式喷墨（PIJ）打印所呈现的效果都不能令人满意。连续式喷墨（CIJ）打印虽然速度较快，但打印质量受成本的限制较大，高打印质量意味着高成本，并且打印的稳定性也难以控制。压电式喷墨（PIJ）打印的问题则在于打印质量和打印速度不能兼得，而且压电元件的变形需要足够的空间，所以打印机做不到高分辨率（dpi），且体积庞大，不方便使用。直至Epson公司解决了设备小型化这一长期阻碍压电喷墨打印技术发展的问题之后，压电式喷墨打印技术开始重新焕发生机并迅猛发展。现已成为在印刷方面最重要的技术之一。1.2压电喷墨打印技术的分类压电喷墨技术具有墨水适应性强、印品质量高、墨滴喷射可控性强和工作稳定性好等特点，因而广泛应用于大型喷绘、印制电子、生物医药、增材制造等众多工业领域[16-20]。其主要是基于压电材料的逆压电效应工作的。所谓逆压电效应是指压电材料在电场的作用下发生形变，将电能转换为机械能。压电喷墨打印头在工作时，压电元件会在驱动信号的作用下发生变形，挤压腔室内的墨水完成墨滴喷射。可以通过改变驱动脉冲来控制压电元件的变形量，进而控制墨滴的成形过程。根据驱动方式的不同，压电喷墨技术可以分为挤压式、弯曲式、推压式和剪切式[21]，如图1-4所示。（a）为挤压式，压电元件覆盖腔室周围；（b）为弯曲式，压电元件是一片薄板，仅覆盖腔室一侧表面，通过径向膨胀发生变形，另外，曲折的墨水通道可以避免墨水回流；（c）为推压式，它与弯曲型的区别就在于压电元件是棒状形的，通过轴向伸缩产生形变；（d）为剪切式，它的不同之处在于压电元件的极化方向垂直于电场方向，在驱动脉冲的作用下会发生剪切变形。(a)挤压式