喷墨印刷技术的改进路径冷知识你晓得多少？

时间：2025-01-22 15:57:39 作者：147小编点击：次

日前喷墨印刷按墨滴形成原理分为：热发泡喷墨、压电喷墨、静电喷墨和声波喷墨，其中应用较为广泛的是热发泡式和压电式。热发泡喷墨经过电阻通电加热，使油墨产生气泡，将必定量的油墨挤出喷嘴；在电阻无电压时则停止加热，无墨滴喷出。压电喷墨采用压电晶体的振动来产生墨滴。

在墨水腔的一边装有压电板，当电流经过压电板时，压电板产生微小的变形，这种变形的结果使墨水腔容积减少，挤压墨水而使微量墨水从喷孔挤出，并形成墨滴。对两者的喷印质量比较：热发泡喷墨时墨水是经过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积体积欠好把握，喷印线条边缘容易参差不齐，影响喷印质量；压电式拥有墨点形状规则、无溅射、墨点体积可控、喷射速度可控、定位准确等优点，其喷印精度的提高挑有空间。

压电喷墨印刷设备的改进

在压电喷墨印刷中，墨滴体积的影响原因包含喷嘴的直径，生成墨滴时的脉冲波形，以及墨水本身的张力。日前平常的压电式打印喷嘴直径为21μm，减小墨滴的最佳途径是减小喷嘴直径，然则并不可做到无限缩小，通常状况下固体颗粒的粒径要少于喷嘴的1%，喷墨墨水黏度要少于40cP，乃至能达到1cP上下。当喷嘴缩小到必定尺寸后，一方面喷墨印刷设备要克服巨大的毛细功效力；另一方面，对功能性墨水的固体颗粒粒径体积、黏度等方面的需求会更高。在这般的状况下，为防止喷嘴堵塞，小喷嘴喷墨印刷设备对所用墨水的颗粒尺寸、黏度、表面张力、挥发速度等方面需求非常苛刻，成本亦会大幅增多。

调节喷墨墨滴体积的另一个办法是：优化喷墨的驱动电脉冲波形和电压，改变喷头中的压电材料形变规律来调节喷出油墨体积。驱动电压越高，压电材料的变形越大，喷出的液滴越大，速度越快。压电脉冲存在一个最优脉冲宽度，即针对一个给定的脉冲振幅，存在一个脉冲宽度值能达到最高的液滴速率和喷墨质量。驱动脉冲的波形亦从简单的“推”出墨水变成为了既“推”又“拉”，由简单的波形扩展到双极波形。

波形的首部分功能不变，第二部分用于消除液滴从安装喷出的剩余声波震荡（如图1所示），即在墨水喷出喷嘴时施加一个回拉的力，使液滴尾部尽快与喷嘴分离，减少尾部墨丝断裂导致的“卫星点”。最优双极波形是正负振幅相等且第二部分停留时间是首部分的两倍。

新的喷墨方式

在既有普通喷墨方式不可满足需要的时候，显现了改进的喷墨方式。Rogers课题组发明了电流体力学喷墨印刷技术，在喷嘴和喷印基底之间施加电场功效，使油墨在喷嘴处形变，当电压恰当时，墨水会突破自己的黏度和表面张力而产生巨大阻力射出喷嘴。与传统喷墨办法相比，这类办法喷头结构更为简单，喷印尺寸更小，油墨适用范围更广。该办法能够采用300nm乃至更小直径的喷头，实现高分辨率喷印。气流喷印又叫气溶胶喷印，是另一种非传统的喷墨打印方式。

气流喷印的工作原理是将墨水在储墨盒里进行雾化处理（有超生起雾和气动起雾两种），油墨被雾化成1～5μm的液相颗粒，与气体混合形成气溶胶，而后经过气流将气溶胶送出喷嘴。因为喷出的是连续的含有海量微墨滴的气流，是一种连续喷墨式的喷印方式，并非普通喷印喷出的独立墨滴，因此呢只能经过阻断喷射来断开气流，喷印的图像亦是由于线条构成。喷头的夹层结构，能够让喷嘴喷出相当于喷嘴1/10的气流，这般的工作机理使其喷印精确度非常高，线条宽度达到到5μm。气流喷印的优良在于更广泛的油墨适用范围，只要能够雾化，油墨的黏度范围能够为0.7～1000cP。与此同期，很强的固体颗粒分散系亦适用于气流喷印。

优化墨水配方，改善承印物表面

墨水的组分直接影响墨滴形成、飞行过程以及在承印物表面（铺展和润湿）的形态，对喷印精度有着直接的影响。喷墨印刷对油墨的黏度、表面张力、挥发性等需求较为苛刻。前面讨论过黏度、表面张力与墨滴的喷射有着直接的关系，同期亦会对墨水与承印物的相互功效有着影响。更高的分辨率就需要墨水在承印物上有较低的铺展，需求墨水拥有较高的黏度。

然则墨水的黏度越高，从喷嘴中喷出需要突破的阻力越大，乃至没法喷出。英国谢菲尔德大学机械工程系的Schubert采用热敏凝胶聚合物包覆二氧化钛粒子的墨水。该墨水的特点是在临界温度下，聚合物在溶剂中呈现伸展状态，墨水黏度较低，而在临界温度以上时，聚合物卷曲，墨水黏度快速增大。当低黏度的墨水从喷嘴喷出到达加热的承印物上时，黏度增大减少了墨滴的铺展行径。

液滴的挥发性亦是非常重要的影响原因。若墨水挥发性太强，可能引起溶质在喷嘴处析出从而堵塞喷嘴，墨滴到达承印物时有可能变成粉末而不是液体，影响墨水的附着性，降低喷印质量。而较低的挥发性又容易使墨滴在承印物表面形成“咖啡环”，影响表面的平整度。“咖啡环”的产生一般认为是在喷印图案干燥过程中，因为液滴中心和边缘的干燥速度区别，溶质或分散的颗粒由中间向边缘移动沉积，引起液滴的边缘留下了海量的溶质或分散颗粒。去除“咖啡环”能够经过运用区别沸点和表面张力的溶剂配制混合溶液，增多墨滴与承印物表面的接触角，减少油墨的流动性等手段实现。

韩国延世大学的Moon等在溶液中添加高沸点、低表面张力的乙二醇。因为水在液滴边缘的蒸发速率大于液滴中心，而乙二醇挥发速率较慢，因此呢随着蒸发过程的进行，液滴边缘乙二醇浓度会逐步高于液滴中心乙二醇浓度。乙二醇的浓度差进一步降低了液滴边缘的表面张力。实验结果表示，随着乙二醇含量的增多，粒子的沉积形貌变得更均匀；当乙二醇在恰当的质量分数时，“咖啡环”现象消失。优化承印物基材表面的化学构成或理学结构，亦是加强喷印精度的重要途径。承印物的多孔结构处理、表面疏水化处理、对承印物加热等手段一样能够限制喷墨液滴的铺展，或掌控液滴的铺展方向，实现高精度喷印。