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【技术科普】如何选择最合适的喷头?
来源: | 作者:佚名 | 发布时间: 2390天前 | 1206 次浏览 | 分享到:
  市场上有很多声称适合陶瓷喷墨打印用的喷头,亮点各有不同,宣传口号更是令人眼花缭乱。我们在选择喷头的时候,究竟怎样才能找到真正适合自家应用范畴的最佳喷头,确是一门学问。

  1、喷头如何影响喷墨发色?

  发色是陶瓷业界判断打印效果的重要标准之一。在色料颗粒大小同等的条件下,增加打印在瓷砖上的色料颗粒量,才能使墨水发色程度更好,这就是陶瓷企业在生产深色砖的时候要求增加色料颗粒量,亦即增加墨量的原因。

  在陶瓷喷墨机内,喷头的角色很简单:只要在适当的时候把适当大小的墨滴喷出,落在适当的位置便可。现在主流的喷头都是灰阶喷头,在使用同一类的墨水情况下,在最高灰度时可喷出的墨滴量(dro volume)是评估喷头发色表现时要看的重要参数。墨量越大,发色越强。为了满足不同应用的需要,同一系列的喷头亦有不同的最大墨滴量以供选择。

  除了最大墨滴量外,在陶瓷喷墨打印应用中,图案精细度亦同样重要。所以,同一个喷头可喷的墨滴大小范围越大,应用就越广,陶瓷厂家就可以用同一台打印机制造不同类型的瓷砖,令生产线更具弹性、产品类型更丰富。

  在喷头参数表内一般会显示该系列不同型号喷头的可喷出的墨滴量范围,在比较不同品牌的喷头时,陶瓷厂家应按自家瓷砖产品的特性及要求,在毎个品牌系列内各选好一个最合适型号,来互相比较最小及最大墨滴量,以及可喷墨滴量的选择和可喷墨滴量的范围,从而选出最合适的喷头。

  如图1所示,为比较喷头可喷出墨滴量范围的例子,假设陶瓷厂家已在不同品牌各选出一个最适合自家瓷砖产品的特性及要求的喷头型号作比较,将A品牌和B品牌比较时,无论在最小/最大墨滴量,可喷墨滴量的选择和可喷墨滴量范围的参数,都是A品牌最好。而在A品牌和C品牌比较时,A的最小墨滴量较小,在打印细致图案时效果较佳;C的最大墨滴量较大,打印深色图案时更有利;A的可喷墨滴量的选择更多,打印颜色深浅变化大的图案时过渡更平滑;而A和C的可喷墨滴量的范围则相同。陶瓷厂家在分折各参数后便可选出最合适的品牌及型号。

  市场上有一说法是,喷头的喷射力越强,发出来的颜色就会越深。如果这论点成立,那么现在手绘上色的陶瓷工艺品肯定要比用喷墨机打印上色的瓷砖失色得多,但事实并非如此。归根究底,发色的强弱和色料颗粒的数量有关。

  2、每英寸点数(dpi)是打印精度的唯一关键吗?

  众所周知,打印效果如同砌积木,组成的部件越小越密,打印出来的效果越精细。所以在其他条件相同的情況下每英寸点数越高,精度越高。现在主流的陶瓷喷墨喷头都可作灰阶打印,除了每英寸点数外,喷头的最大灰度也是选择喷头时要考虑的重要参数。

  如图2所示,传统二态打印只能用一种大小的图点以数组形式来表现图像。二态打印可100%忠实显示实色和空白的部分。可是在边缘部分的格点上,多加一个图点的话会变得太多,如果留白的话却变得缺少,未能在“中间落墨”,使最后的图案产生锯齿状(如图A所示)。

  相反,灰阶打印采用了不同大小的图点数组来表现图像,那些较小的图点可以适当地填补边缘部分,使图案看起来更自然逼真(如图B所示)。也就是说,灰阶打印能在同一英寸点数的情况下,提升打印效果。


 

  图3为二态打印与灰阶以不同每英寸点数(dpi)打印的效果比较。在左图与中图比较时,可看出在其它条件相同的情况下,灰阶打印的绝对优势。在中图与右图比较时,则证明就算是把二态打印的毎英寸点数(dpi)倍増,效果还是不如毎英寸点数低一半的灰阶打印。

  早在1997年,美国惠普公司已有研究发现,大众对300dpi、八级灰度打印的图像的观感,优于同一幅以1200dpi、二态打印的图像的观感。(资料来源:J.E.Farrell Proceedings of the IST and SPIE Conference on Electronic Imaging,1997年2月)量化一点来说,一个灰阶图像的显现精度(apparent resolution),大概是它本身的每英寸点数乘以灰阶数的平方根。

  显现精度 约等于 每英寸点数 x 灰阶数的平方根

  所以,在比较喷头的精度时,应从参数表找出每英寸点数和灰阶数,再以上述算式推算出显现精度作为参考。

  有一个与每英寸点数(dpi)有关的传闻,有人说某一些喷头因有多于一排喷孔的设计,所以有补点作用、以舒缓因孔堵塞而导致拉线的问题。一般而言,喷孔间距因受喷头工作原理及结构所限制,而未能达到超过300dpi的陶瓷打印要求,因而要把多于一排的喷孔以错位方式组合起来,以提升每英寸点数(dpi)。如要证明该喷头有没有补点功能,只需从参数表内找出有效喷孔数、喷头打印宽度及每英寸点数(dpi),并把有效喷孔数除以喷头打印宽度,若数值是每英寸点数(dpi)的倍数,则表示该喷头可能有补点作用,而如果不是的话,传闻则不攻自破。

  3、如何比较喷头的喷墨精准度?

 

  要知道墨滴是否准确命中目标,最简单的就是看墨滴落点跟目标的距离。喷头的墨滴落点准确度(placement accuracy)就是这样的一个指标。现在市场上有两种表达方法,第一种是说明在喷头和打印介质中间指定的距离打印时,墨滴的最大落点差。第二种是以偏差角度来表示精准度。两个数值之间可互相换算作直接比较。

  如图4所示,喷孔和介质之间的距离为a,落点差为b,但偏差角度为θ,则θ为arctan(b/a)【注:arctan为反三角函数中的反正切】。参数表内亦有以亳孤度或度显示,其换算公式为:亳孤度=度×17.45

  部分喷头参数表会用某一Sigma=σ(标准差/西格玛)条件下的精准度来显示,Sigma是作为统计分布程度上的测量,是用以反映组数内个体间的分散程度。如图5的正态分布图所示,1 Sigma(σ)精准度代表着其中68%的测试墨滴的偏差都在标示的数值内;2 Sigma(σ)精准度则代表有95%的墨滴的偏差都在标示的数值内,3 Sigma(σ)精准度代表有99.7%的墨滴的偏差,Sigma(σ)精准度越高,代表性亦越高。而亦有喷头厂商以统计出来的最大的絶对偏差値(即100%的测试墨滴)来显示墨滴落点准确度,在相同的统计条件下絶对偏差值的可靠性更佳。

  一个墨滴如果不是以垂直角度喷出,该墨滴速度V便可分拆成垂直速度Vy=Vcosθ及水平速度Vy=Vsinθ(如图6所示)。V越大,会造落点误差的Vx亦按比例增大,故此对最后落点的误差没有影响。

  根据牛顿力学,垂直的距离a跟Vy、墨点飞行时间t和地心引力g的关系为

  a=Vy×t﹢0.5×g×t2 [公式1]

  假使空气流动对水平方向速度Vx的影响为U,Vx则变为Vx﹢U,另

  b=|(Vx﹢U)×t| [公式2]

  需要注意的是,墨滴是呈液体状的,速度过快,墨滴有可能会分散开,就如把水龙头开得过大一样。这样会造成散点的结果,对提高锐利度反而有负面作用。

  市场上有这一说法:喷头输入电压高,力度强,墨滴落点更精准。这里有两个美丽的误会,一是以输入电压来和不同喷头作力度比较,二是喷射力度越强,墨滴落点更精准。

  评估落点精准度是由喷头的墨滴落点准确度这一参数来表示,和墨滴飞行速度无关。而更有趣的是,输入电压与喷射力度没有必然关系,就好像汽车的耗油量跟马力没有直接关系一样,当中牵涉到效能这一重要参数。一个能以低电压便可达到相近喷射速度的喷头,即表示它的效能也相对更高。如果以同一型号的喷头来作标准,电压越高,墨滴速度越快,出现散点的情况亦会增加,这亦与过去在陶瓷厂生产线上所看见的一样:盲目加大电压对打印质素不但没有改善,却因散点出现而令图像变得模糊。

  4、怎样才是一个理想的内循环系统?

  陶瓷墨水里面含有可沉淀、不溶于载体的色料颗粒。一般的终端喷射喷头,墨水在喷孔仓内只能往下垂直流动,十分容易会发生色料颗粒沉淀,而且沉淀了的色料颗粒除了喷孔外别无出路,最后导致堵塞。而拥有内循环系统的喷头,除了喷孔以外还有另一个让墨水流通的出口,即墨水回路的部分。

  墨水内循环的关键有两个:第一是墨水内循环的位置;第二是墨水内循环的流量。墨水内循环的位置越接近喷孔,即清洗作用越彻底。如内循环的位置能到达喷孔底部,即使喷孔底部出现了气泡,流动中的墨水亦可把它带走,使喷头自我修复。所以,喷头无需经常透过“压墨”、“滴墨”等从喷孔推走气泡的程序,亦可实现长期持续打印。既然内循环需要透过墨水流动来防止沉淀和带走气泡,墨水的循环流量当然是越高越好。如果流量太低,在高打印密度的情况下,内循环根本不能发挥它的作用。反之,循环流量与打印墨量的比率越高,使墨水循环带来的清洗作用便越稳定。

  5、喷头的点火频率和生产力的关系如何?

  喷头的点火频率即是每秒喷出墨点的次数。点火频率越高,喷出墨滴的间矩越短。但因各种喷头的墨滴形成原理不同,而可提供的灰阶亦各有差异,所以不能直接比较。喷墨机的用户应该问,在特定的X方向和Y方向的打印精度及特定的灰阶数下,最大的打印速度是多少,得出来的答案才有意义。另外,即使提升了喷墨机的处理速度,陶瓷厂商仍要在线生产的其它机器配合,才能达到提高生产力的效果。

  6、不同喷头的参数对比为何与打印输出对比时的结果有落差?

  任何比较都要在一个相同的平台上进行才有意义。对比喷头时,要在其它环境条件不变的情况下作比较。

  以相同的墨水颜色组合来打印是最基本的。假设喷墨机A缺乏黑色而喷墨机B装有黑色打印杆,那么在深色的部分,喷墨机B肯定较优胜;如果喷墨机B用了下陷墨水,在图案边缘的地方会有白边,深浅色的对比则会更明显,但却不适合与喷墨机A作比较。

  另外,如果纯粹要比较喷头的输出,我们亦要考虑喷墨机内锐普(RIP)软件及色彩管理软件(CMS)的因素。锐普软件和色彩管理软件会把要打印的图像进行前处理,不同的锐普软件会把不同的最终图像输送到喷头里,造成了不公平的比较。当然喷头是否在适当的工作条件下运作亦直接影响打印效果,工作条件包括正确波形文件、正确电压、正确墨水压力。

  结语

  对陶瓷厂家而言,喷墨技术仍是陌生的,对按需喷墨原理的理解还处在摸索阶段。此文章把真实的参数数据和打印表现连结起来,旨在让陶瓷企业能够问对问题、找对答案,选择合适的喷墨打印方案,减少在技术提升进程上所走的弯路。


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