陶瓷喷墨打印机的结构探讨

    邱根华

    摘 要：本文主要探讨了喷墨打印机的结构，如：瓷砖输送、喷头系统、供墨系统、控制系统及操作系统、 恒温、恒湿、除尘系统、喷头自动清洁系统等。实践证明，随着陶瓷喷墨机不断地投入使用，喷墨机的结构及选件能否与墨水性能匹配以及能否生产出好的陶瓷产品将有直接的关系。

    关键词：陶瓷；喷墨打印；构造；探讨

    1 引言

    近年来，我国的陶机行业发展得非常迅速。笔者虽然没有亲身参与研发与生产，但一直在关注行业的发展。自2009年欧洲向我国开放了陶瓷喷墨技术后，“喷墨”这个词在建陶行业中可以说是个热门的话题了。

    当今陶瓷喷墨打印机的迅速发展，在整个陶业中，早已无人不知晓，喷墨打印机到现在为止市场上已经有超过十个品牌分别占有不同市场了，而如今每个品牌推出的时间各不一样，设计的方向也是不一样，然后不同品牌也有不同的丰富经验。所以到现在，不同品牌的机器的外造型及整体结构是不相同的。因此，给使用喷墨机的业内人士带来了一些压力。但是喷墨机的基本结构组成是固定不变的，笔者通过学习对喷墨设备做一次较详细的了解与分析，希望能对相关朋友提供参考。

    2 陶瓷喷墨打印机的结构组成

    2.1 瓷砖输送

    瓷砖的输送主要由减速机、电机、送砖皮带主动辊筒、从动辊筒，送砖平台等组成。在皮带的选择方面，除了要求辊筒印花机皮带具有高精度、高强度、耐温性、耐疲劳等性能外。还要尽量选用抗溶剂能力强、范围宽的皮带（特别是表层）。其主要原因为喷墨机所用的墨水是由多组分的有机溶剂加无机色粉组成，不同品牌推出的墨水采用的溶剂是有所不同的，所以对皮带的性能要求更严。如果在选择时没有考虑这几方面的影响因素，将会很容易导致皮带表面变形，进而影响其精度，从而降低皮带的使用寿命（正常一般为2～3年）。在平台的设计方面，要求与辊筒机差不多具有平整、耐磨、耐腐蚀等特点。目前，不同的品牌的平台设计有所不同，有的是直接使用原辊筒机的平台（一般是不锈钢）；有的是用钢件焊接再机加工而成 ，前者轻巧美观，后者稳重可靠。

    2.2 喷头系统

    喷头是目前陶瓷喷墨打印机最核心、所占成本最高、技术含量最高的部件。由于数码喷绘技术在陶瓷喷墨机出现前已经在其他行业应用多年。所以国 际上喷头的种类很 多是很常见的，如：广告画、标语机、写真机、办公用的喷墨机等都有使用。但由于陶瓷墨水的特殊性（之前的一般是有机墨水，密度低、分散性好）和陶瓷喷墨机的工作环境较恶劣，所以，不是所有喷头都适用于陶瓷喷墨机。目前成功应用于陶瓷打印机的喷头品种不多，主要有英国的“赛尔”、美国的“北极星”、日本的“精工”三大品牌。“赛尔”是应用最早的，“北极星”由于具有钢结构，易维护、高速、喷距长、供货足等优点，近几年也被不少的品牌应用。在机器选用方面，“精工”与“赛尔”属相似技术，但由于相比欧美产品它在欧洲的使用率较低，所以目前未被大量选用。由于追求大产量（每天单线一般5000～10000 m2），所以每台陶瓷喷墨机所用的喷头数量较多。如：350 mm宽的机器，标准四色选用“赛尔”时要用20个，选用“北极星”时要40多个。就目前的经验来看，以上提到的几种喷头都是可用的，也各有一些优缺点。而不管选用那种喷头，科学维护是关键，否则会出现喷头喷孔大量堵塞而作废。这样损失就很大（目前喷头的终端价格一般为3～5万/个）。另一方面，喷头的安装方式也有两种，其一是将所有喷头安装在同一个安装板上；其二是将每个颜色的喷头分别安装在独立的安装板上，而且该安装板可以独立拉出皮带外，以方便喷头作人工清洁。

    2.3 供墨系统

    陶瓷喷墨机供墨系统的作用是给喷头提供持续、稳定均质的墨水，确保喷头工作的持续稳定。它与辊筒印花机的供釉系统有相似的地方。它一般由储存及搅拌桶、抽墨泵、外循环泵、墨盒、一级和二级过滤器、负压系统、恒温系统等组成。这主要是因为喷头的孔径很小（微米级），为了喷射稳定，墨水的黏度必须恒定；还需考虑到陶瓷墨水的溶剂与溶质的比重差别很大，易沉淀等因素。同时，因为喷孔堵塞是陶瓷喷墨机最重要的常见故障之一，所以一般来说，供墨系统都设计成全封闭类型，以减少灰尘的进入。另外值得注意的是，由于目前不同品牌的墨水所采用的溶剂品种不尽相同，所以，在选用墨水上机之前，必须要认真做好供墨系统中与墨水接触的管路、过滤器、供墨泵等部件与墨水相溶性的测试（具体做法在这不详述）。以确保所用构件不被墨水“溶掉”或降低其寿命以致堵塞喷头，所以应在使用前做好测试，并与墨水供应商、设备制造商做好沟通。

    2.4 控制系统及操作系统

    控制系统的作用是实施输送皮带、喷头、供墨系统等方面的综合控制，使其按预设的数据同步运行，喷射出精确的图案。在本系统中，输送皮带的控制属于很成熟的技术，在辊筒印花机中已有多年的应用经验。而单个喷头的控制技术在数码喷绘行业应用也十分成熟，供墨系统与传统的数码喷绘设备也较为相似。所以在这方面，因为国内有多年的数码设备制造技术和经验可以供鉴，这些硬件和软件技术早已达到国际先进水平。所以，尽管起步晚，国产设备赶上进口设备是必然的。而且比之前消化压机、窖炉、辊筒机要快得多。在这需要说明的是，喷墨打印机只是一个图像的输出（打印）设备。我们输入什么数据（图稿），它就会转化成点喷出来。所以，要打出精美的图案的前提是给机器输入足够精度和色彩的图稿，否则再好的机器也没办法用一个不好的图稿打出一个精美的图案来。另外，喷墨机只会按预设的程序把墨水喷出来，它对烧成后的颜色是完全不负责任的。虽然我们可以通过做“ICC”把设计颜色与烧成颜色作校正处理，使两者尽量接近，但陶瓷工艺的复杂性（坯体、釉料、施釉工艺、窖炉等的不稳定性）比之前所有使用数码喷绘设备的其它行业都难于掌握。

    因此，尽管数码喷墨机可以提供比其它印刷机器更可靠统一的图案效果，但这并不等于保证可以提供稳定的产品颜色和层次，还是需要用户从原材料管理、设备管理、生产管理等各方面加强才能达到目的，特别是在一次烧成工艺或高温烧成的生产线上。

    2.5 恒温、恒湿、除尘系统

    恒温、恒湿、除尘系统设置的目的是为机器工作提供一个最适合其工作的环境，以减少喷头外部引起的堵塞，以及使墨水喷头等主要零件处于最佳的工作状况，使机器长时间稳定运行、不拉线。鉴于陶瓷车间的环境恶劣（高温、湿度大、灰尘大），目前，几乎所有喷墨机供应商都要求用户为其做一个与车间分隔的房间。据笔者的经验对于房间的要求主要是以下三点：正压（可用外置风机产生）； 恒温恒湿（可安装空调达到，一般要求室温在25～30 ℃）； 防尘（可在进喷墨房前安装足够的吹风管给瓷坯“洗尘”、“去湿”）。为了减少对喷墨房环境的依赖，一般喷墨机也会设计有密封性较好的防尘罩，以防止外部灰尘落入机器喷射区域。有些品牌，如DURST、新景泰（彩神）还自带了完善的内部除尘、恒温、恒湿系统，以减少外部环境变化对机器连续生产的影响，实际使用时延长了清洗喷头的间隔时间，效果良好。但无论如何，加强喷墨房的清洁管理都是十分重要的。

    2.6 喷头自动清洁系统

    由于灰尘无法完全清除，喷出的墨点有部分会“飞”起来粘附在喷头的表面或挂积在附近机件上；喷头内部也有可能因长时间使用而产生局部沉积使喷孔堵塞。所以定时的喷头清洁是免不了的。为了减少人工清洁的劳动强度，陶瓷喷墨机都设有自动清洁系统，它一般由墨盘、墨盘输送系统、刮片或吸咀、真空泵及管路等组成。可以自动完成整个清洁过程，每次清洁需时5～10 min。而 清洁的间隔时间可以根据实际情况设置，使机器自动执行。一般短的1～2 h一次，长的4～8 h一次。一般来说图稿喷墨量越大越易引起堵塞和挂墨，清洁的密度要越大。当然延长连续（不清洗喷头）的工作时间，是一台喷墨机的重要技术指标，也是喷墨机产品的努力方向之一。这里需要补充的是，使用自动清洁系统并不能确保喷头完全恢复到不堵塞状态，所以当使用了自洁程序还有拉线时，一般只有用人工清洁或“压墨”的方法补充。

    3 结语

    喷墨机的结构及选件能否与墨水性能匹配以及能否生产出好的陶瓷产品有直接的关系。随着陶瓷喷墨机不断地投入使用，笔者认为喷墨机的结构细节方面将会趋于接近，而外观将各具特色。而与之相关的不同品牌的陶瓷墨水性能也趋于相近，如果墨水的互换性更好，机器适应墨水的能力将更强，更利于喷墨机的大面积普及，利于社会分工，利于陶瓷行业综合成本的降低。