噴墨印刷技術(shù)的改進(jìn)路徑冷知識你曉得多少？

作者：147小編
發(fā)布時間：2025-01-22
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日前噴墨印刷按墨滴形成原理分為：熱發(fā)泡噴墨、壓電噴墨、靜電噴墨和聲波噴墨，其中應(yīng)用較為廣泛的是熱發(fā)泡式和壓電式。熱發(fā)泡噴墨經(jīng)過電阻通電加熱，使油墨產(chǎn)生氣泡，將必定量的油墨擠出噴嘴；在電阻無電壓時則停止加熱，無墨滴噴出。壓電噴墨采用壓電晶體的振動來產(chǎn)生墨滴。

在墨水腔的一邊裝有壓電板，當(dāng)電流經(jīng)過壓電板時，壓電板產(chǎn)生微小的變形，這種變形的結(jié)果使墨水腔容積減少，擠壓墨水而使微量墨水從噴孔擠出，并形成墨滴。對兩者的噴印質(zhì)量比較：熱發(fā)泡噴墨時墨水是經(jīng)過氣泡噴出的，墨水微粒的方向性與體積體積欠好把握，噴印線條邊緣容易參差不齊，影響噴印質(zhì)量；壓電式擁有墨點形狀規(guī)則、無濺射、墨點體積可控、噴射速度可控、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點，其噴印精度的提高挑有空間。

壓電噴墨印刷設(shè)備的改進(jìn)

在壓電噴墨印刷中，墨滴體積的影響原因包含噴嘴的直徑，生成墨滴時的脈沖波形，以及墨水本身的張力。日前平常的壓電式打印噴嘴直徑為21μm，減小墨滴的最佳途徑是減小噴嘴直徑，然則并不可做到無限縮小，通常狀況下固體顆粒的粒徑要少于噴嘴的1%，噴墨墨水黏度要少于40cP，乃至能達(dá)到1cP上下。當(dāng)噴嘴縮小到必定尺寸后，一方面噴墨印刷設(shè)備要克服巨大的毛細(xì)功效力；另一方面，對功能性墨水的固體顆粒粒徑體積、黏度等方面的需求會更高。在這般的狀況下，為防止噴嘴堵塞，小噴嘴噴墨印刷設(shè)備對所用墨水的顆粒尺寸、黏度、表面張力、揮發(fā)速度等方面需求非常苛刻，成本亦會大幅增多。

調(diào)節(jié)噴墨墨滴體積的另一個辦法是：優(yōu)化噴墨的驅(qū)動電脈沖波形和電壓，改變噴頭中的壓電材料形變規(guī)律來調(diào)節(jié)噴出油墨體積。驅(qū)動電壓越高，壓電材料的變形越大，噴出的液滴越大，速度越快。壓電脈沖存在一個最優(yōu)脈沖寬度，即針對一個給定的脈沖振幅，存在一個脈沖寬度值能達(dá)到最高的液滴速率和噴墨質(zhì)量。驅(qū)動脈沖的波形亦從簡單的“推”出墨水變成為了既“推”又“拉”，由簡單的波形擴(kuò)展到雙極波形。

波形的首部分功能不變，第二部分用于消除液滴從安裝噴出的剩余聲波震蕩（如圖1所示），即在墨水噴出噴嘴時施加一個回拉的力，使液滴尾部盡快與噴嘴分離，減少尾部墨絲斷裂導(dǎo)致的“衛(wèi)星點”。最優(yōu)雙極波形是正負(fù)振幅相等且第二部分停留時間是首部分的兩倍。

新的噴墨方式

在既有普通噴墨方式不可滿足需要的時候，顯現(xiàn)了改進(jìn)的噴墨方式。Rogers課題組發(fā)明了電流體力學(xué)噴墨印刷技術(shù)，在噴嘴和噴印基底之間施加電場功效，使油墨在噴嘴處形變，當(dāng)電壓恰當(dāng)時，墨水會突破自己的黏度和表面張力而產(chǎn)生巨大阻力射出噴嘴。與傳統(tǒng)噴墨辦法相比，這類辦法噴頭結(jié)構(gòu)更為簡單，噴印尺寸更小，油墨適用范圍更廣。該辦法能夠采用300nm乃至更小直徑的噴頭，實現(xiàn)高分辨率噴印。氣流噴印又叫氣溶膠噴印，是另一種非傳統(tǒng)的噴墨打印方式。

氣流噴印的工作原理是將墨水在儲墨盒里進(jìn)行霧化處理（有超生起霧和氣動起霧兩種），油墨被霧化成1～5μm的液相顆粒，與氣體混合形成氣溶膠，而后經(jīng)過氣流將氣溶膠送出噴嘴。因為噴出的是連續(xù)的含有海量微墨滴的氣流，是一種連續(xù)噴墨式的噴印方式，并非普通噴印噴出的獨立墨滴，因此呢只能經(jīng)過阻斷噴射來斷開氣流，噴印的圖像亦是由于線條構(gòu)成。噴頭的夾層結(jié)構(gòu)，能夠讓噴嘴噴出相當(dāng)于噴嘴1/10的氣流，這般的工作機(jī)理使其噴印精確度非常高，線條寬度達(dá)到到5μm。氣流噴印的優(yōu)良在于更廣泛的油墨適用范圍，只要能夠霧化，油墨的黏度范圍能夠為0.7～1000cP。與此同期，很強(qiáng)的固體顆粒分散系亦適用于氣流噴印。

優(yōu)化墨水配方，改善承印物表面

墨水的組分直接影響墨滴形成、飛行過程以及在承印物表面（鋪展和潤濕）的形態(tài)，對噴印精度有著直接的影響。噴墨印刷對油墨的黏度、表面張力、揮發(fā)性等需求較為苛刻。前面討論過黏度、表面張力與墨滴的噴射有著直接的關(guān)系，同期亦會對墨水與承印物的相互功效有著影響。更高的分辨率就需要墨水在承印物上有較低的鋪展，需求墨水擁有較高的黏度。

然則墨水的黏度越高，從噴嘴中噴出需要突破的阻力越大，乃至沒法噴出。英國謝菲爾德大學(xué)機(jī)械工程系的Schubert采用熱敏凝膠聚合物包覆二氧化鈦粒子的墨水。該墨水的特點是在臨界溫度下，聚合物在溶劑中呈現(xiàn)伸展?fàn)顟B(tài)，墨水黏度較低，而在臨界溫度以上時，聚合物卷曲，墨水黏度快速增大。當(dāng)?shù)宛ざ鹊哪畯膰娮靽姵龅竭_(dá)加熱的承印物上時，黏度增大減少了墨滴的鋪展行徑。

液滴的揮發(fā)性亦是非常重要的影響原因。若墨水揮發(fā)性太強(qiáng)，可能引起溶質(zhì)在噴嘴處析出從而堵塞噴嘴，墨滴到達(dá)承印物時有可能變成粉末而不是液體，影響墨水的附著性，降低噴印質(zhì)量。而較低的揮發(fā)性又容易使墨滴在承印物表面形成“咖啡環(huán)”，影響表面的平整度。“咖啡環(huán)”的產(chǎn)生一般認(rèn)為是在噴印圖案干燥過程中，因為液滴中心和邊緣的干燥速度區(qū)別，溶質(zhì)或分散的顆粒由中間向邊緣移動沉積，引起液滴的邊緣留下了海量的溶質(zhì)或分散顆粒。去除“咖啡環(huán)”能夠經(jīng)過運(yùn)用區(qū)別沸點和表面張力的溶劑配制混合溶液，增多墨滴與承印物表面的接觸角，減少油墨的流動性等手段實現(xiàn)。

韓國延世大學(xué)的Moon等在溶液中添加高沸點、低表面張力的乙二醇。因為水在液滴邊緣的蒸發(fā)速率大于液滴中心，而乙二醇揮發(fā)速率較慢，因此呢隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，液滴邊緣乙二醇濃度會逐步高于液滴中心乙二醇濃度。乙二醇的濃度差進(jìn)一步降低了液滴邊緣的表面張力。實驗結(jié)果表示，隨著乙二醇含量的增多，粒子的沉積形貌變得更均勻；當(dāng)乙二醇在恰當(dāng)?shù)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)時，“咖啡環(huán)”現(xiàn)象消失。優(yōu)化承印物基材表面的化學(xué)構(gòu)成或理學(xué)結(jié)構(gòu)，亦是加強(qiáng)噴印精度的重要途徑。承印物的多孔結(jié)構(gòu)處理、表面疏水化處理、對承印物加熱等手段一樣能夠限制噴墨液滴的鋪展，或掌控液滴的鋪展方向，實現(xiàn)高精度噴印。

經(jīng)過改進(jìn)噴墨印刷設(shè)備，掌控調(diào)節(jié)噴印墨水揮發(fā)性、墨滴體積、油墨溫度、承印材料加熱、油墨與承印物表面接觸角等原因，能夠有效加強(qiáng)噴墨印刷精度。然則，仍有許多問題需要處理，例如噴墨印刷針對性較強(qiáng)，噴印速度有待加強(qiáng)等。盡管如此，噴墨印刷以其成本優(yōu)惠、環(huán)境友好、制備簡單等優(yōu)良仍然擁有廣闊的應(yīng)用前景。