MEMS：噴墨的新世界

    微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）是一項新興的技術(shù)，但它已經(jīng)開始從根本上改變噴墨打印頭技術(shù)。MEMS是一個由微小的運動部件組成的三維立體裝置。隨著半導(dǎo)體行業(yè)的異軍突起，MEMS裝置也就應(yīng)運而生了。

    精工愛普生公司實現(xiàn)了對MEMS技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用。該公司從1998年就開始向零售市場銷售采用了微機(jī)電高分辨率噴墨打印頭的POS(銷售點廣告)打印機(jī)。這些打印頭能在SEAJet（一個靜電致動噴射器的縮寫）靜電力的驅(qū)動下進(jìn)行工作。SEAJet打印頭主要由三層裝置構(gòu)成的：一是含有128個噴嘴的硅襯底，二是含有儲墨器和一個壓力版的中央硅腔層，三是含有電極的玻璃基板。每一層裝置都是運用MEMS技術(shù)制作的，其中還包括深度刻蝕和多步掩模制圖等。在完成了各層裝置的制作之后，人們還要利用微機(jī)電技術(shù)將這三層結(jié)構(gòu)連接在一起，形成所謂的“磁頭工作間隙”。一個微型電阻可以對油墨進(jìn)行加熱并使其產(chǎn)生氣泡，隨著氣泡的不斷擴(kuò)大，墨滴就會從噴嘴里噴射到紙張上。而當(dāng)微型電阻停止加熱的時候，氣泡會發(fā)生破裂并產(chǎn)生一個真空，這樣一來，就會有更多的油墨被吸入到打印頭里。

    MEMS的尺寸范圍從一微米（一米的百萬分之一）到一毫米（一米的千分之一）不等。在這樣的尺寸下，物質(zhì)典型的物理統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會發(fā)生變改變。硅基MEMS技術(shù)的最大好處能夠達(dá)到亞微米的精度且能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。現(xiàn)在，這項技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在打印頭噴嘴、定位孔和通道結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中。此外，MEMS噴墨打印頭在生產(chǎn)過程中還采用了改性半導(dǎo)體制作、激光燒蝕、光刻、成型、電鍍，濕法腐蝕、干法刻蝕、電火花加工等多項用于制造微型裝置的技術(shù)。

    HP Edgeline（惠普安捷）技術(shù)

    在為客戶提供高性能打印功能的角逐中，惠普公司率先開發(fā)出了HP Edgeline（惠普安捷）打印技術(shù)——基于墨水的高級打印引擎技術(shù)。這項技術(shù)的三大要素是跨頁面打印頭、紙張在打印頭下方移動，以及墨水介質(zhì)系統(tǒng)?？蓪Ｓ糜跐M足市場的特殊要求，而且還可優(yōu)化高性能，并提供更出色的打印質(zhì)量。 Edgeline技術(shù)還包括智能自動校準(zhǔn)寫入系統(tǒng)，可確保提供一致的圖像質(zhì)量。

    對于激光打印機(jī)，光導(dǎo)鼓或轉(zhuǎn)印帶以及熱熔器必須直接壓在紙張上，才能轉(zhuǎn)印著色劑（碳粉），而噴墨打印技術(shù)不需要與紙張接觸。打印頭不與紙張接觸可消除磨損，而且無需定期更換激光寫入系統(tǒng)組件。 Edgeline技術(shù)的非接觸打印頭能夠以一流的可靠性，持續(xù)打印200頁A尺寸。

    跨頁面打印頭

    Edgeline技術(shù)采用跨頁面打印頭，可提供極高的打印性能。紙張能以高達(dá)35英寸/秒的速率連續(xù)移動到打印頭下方。第一代 Edgeline技術(shù)打印機(jī)每分鐘可打印12張4x6照片（零售照片亭）或多達(dá)71頁A尺寸（一般辦公設(shè)備）。未來， Edgeline技術(shù)打印機(jī)預(yù)計每分鐘可打印100頁A尺寸。

    4.25英寸的 Edgeline技術(shù)打印頭。它采用5個打印頭硅芯片（即壓模），每個芯片上交錯配置有2112個噴嘴。這種排列方式稱為多壓模模式。每個打印頭共有10560個噴嘴，可打印兩種顏色—即每種顏色5280個噴嘴。

    1200個噴嘴/英寸可提供高打印分辨率，而且可在高印量的單色或多色套印打印模式下提供冗余。

    硅片壓模包括邏輯電源控制功能，以及墨滴發(fā)生器測量電路。這些電路中采用了惠普(HP)最高密度打印頭電路密度技術(shù)—1微米CMOS集成電路流程。

     Edgeline技術(shù)打印頭非常獨特，由裝配在多層陶瓷(MLC)結(jié)構(gòu)上的硅片壓模構(gòu)建而成。MLC的熱膨脹與硅匹配，可在非常平坦的承印物上輕松安裝壓模。 Edgeline技術(shù)打印頭中所使用的陶瓷材料可提供出色的熱穩(wěn)定性和空間精確性。

    MLC有六個平面，每一層薄陶瓷基板都帶有鎢導(dǎo)鼓和穿孔。在高溫下，當(dāng)陶瓷基板熔化時，會形成一個穩(wěn)固的多層印制電路板—該電路板可通過打印頭旁的互連墊板，向每個壓模路由信號和電力。墨水流經(jīng)MLC，進(jìn)入打印頭。這種將墨水從導(dǎo)鼓中分離出來的結(jié)構(gòu)設(shè)計可確保更長的打印頭壽命。

    技術(shù)打印機(jī)可將紙張移到打印頭陣列下方。一個適用于A尺寸（8.5x11英寸）承印物的4色(CMYK)打印系統(tǒng)一般配有兩個4.25英寸打印頭，每個打印頭可打印兩種顏色。9四個打印頭共有42240個噴嘴。跨頁面的本機(jī)打印分辨率高達(dá)1200dpi。

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    Edgeline技術(shù)可使用多種紙張動作系統(tǒng)：基于成像鼓、移動模板和卷式連續(xù)打印。部分產(chǎn)品可用于打印無邊距照片。 Edgeline技術(shù)系統(tǒng)可提供獨立于紙張屬性的精確紙張定位和傳輸。

    Edgeline技術(shù)基于磁鼓的打印機(jī)具備多種紙張?zhí)幚韯?chuàng)新功能，可提供高達(dá)71頁/分鐘的第一代連續(xù)打印速度。這一獨特的系統(tǒng)是 Edgeline技術(shù)的另一創(chuàng)新實例，具備可與其它同類高性能設(shè)備相媲美的可靠性級別。

    它采用半固定式打印頭，每個打印頭配置有10560個噴嘴。在打印機(jī)整個使用周期內(nèi)，可能會出現(xiàn)少數(shù)噴嘴打印質(zhì)量不合格的情況。 Edgeline技術(shù)打印機(jī)可自動替換故障噴嘴，而且支持高品質(zhì)的單色和雙色套印打印模式。

    適用于多種打印環(huán)境的墨水

    HP Edgeline技術(shù)可使用多種優(yōu)化墨水，以滿足具體細(xì)分市場的需求。例如在進(jìn)行高速零售照片打印時， Edgeline技術(shù)打印機(jī)使用惠普(HP)相紙及HPVivera專業(yè)墨水。該墨水和介質(zhì)的化學(xué)組合可提供最佳墨滴分布、墨水滲透、光澤一致性和廣泛的色域。對于照片而言，防褪色性和防水性特別重要；將墨水和介質(zhì)設(shè)計為一個系統(tǒng)后，可提供最優(yōu)性能。

    目前，辦公打印主要使用普通紙，因此對墨水性能的要求有所不同。商業(yè)文檔必須是品質(zhì)一致的優(yōu)質(zhì)文本和圖形，以及高光學(xué)密度、清晰的線條和邊緣及極高的色彩飽和度。由于普通紙屬性非常不穩(wěn)定，因此增加了對墨水打印質(zhì)量的要求。

    辦公文檔打印與照片打印不同：需用亮麗的色彩裝點文本，同時應(yīng)確保實用性，可對文檔進(jìn)行注釋、編輯和簽名。這就要求墨水配方具備耐光性和防水性，而且可快速干燥，以便文檔打印完畢后即可使用。

    普通紙多孔易滲水，而且表面纖維能夠致使墨水羽化。為獲得出色的普通紙打印質(zhì)量，就需要墨水在多種紙張上提供可預(yù)測的墨滴分布，12而且墨水必須在紙張表面形成穩(wěn)定的薄膜，以防止著色劑滲入紙張內(nèi)，導(dǎo)致色彩飽和度和打印光學(xué)密度的降低。

     Edgeline技術(shù)采用專為普通紙打印設(shè)計的Vivera辦公墨水，實現(xiàn)性能新高，并滿足高性能辦公文檔打印需求。這類墨水中的著色劑可在紙張表面快速凝固，以確保墨點大小一致，實現(xiàn)極高的色彩飽和度和高光學(xué)密度。以高達(dá)71頁/分鐘速度打印的輸出可快速干燥，而且具備耐光性和防水性，可完全滿足商業(yè)文檔的需求。

    柯達(dá)噴墨技術(shù)的進(jìn)步

    在今年的德魯巴上，柯達(dá)將展出一系列新產(chǎn)品，并將對其最新的彩色印刷技術(shù)——Stream概念印刷機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場演示?？逻_(dá)Stream噴墨技術(shù)是該公司的新一代連續(xù)噴墨技術(shù)（CIJ），它能將連續(xù)式噴墨從一項質(zhì)量平平的適用于高速事務(wù)性促銷文件和直郵打印的技術(shù)轉(zhuǎn)變成一項能夠在速度、質(zhì)量和成本等方面向膠印發(fā)起挑戰(zhàn)的高端技術(shù)。

    此外，愛克發(fā)、網(wǎng)屏、宮腰、奧西和Impika等公司也將在德魯巴上展出一系列高速噴墨產(chǎn)品。在這些產(chǎn)品中，除了柯達(dá)公司的Versamark打印機(jī)（連續(xù)噴墨技術(shù)）以外，基本上都采用了按需噴墨技術(shù)。目前，所有高速噴墨打印機(jī)采用的都是連續(xù)噴墨技術(shù)，雖然按需噴墨技術(shù)具有更高的質(zhì)量和更強的靈活性，但它的速度確實比較慢。當(dāng)然，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這兩項技術(shù)之間的差距正在變得越來越小，宮腰和奧西公司最新推出的按需噴墨打印機(jī)就都達(dá)到了500英尺/分鐘（150米/分鐘）的成像速度，這幾乎已經(jīng)與速度最快的柯達(dá)Versamark彩色噴墨打印機(jī)不相上下了。

    Versamark VL2000打印機(jī)

    Versamark VL2000是柯達(dá)公司推出的第一款采用了按需噴墨打印頭（而不是Stream技術(shù)）的新型噴墨產(chǎn)品。兄弟/京瓷公司主要為奧西JetStream打印機(jī)提供打印頭，所以大多數(shù)人都認(rèn)為柯達(dá)使用的是松下跨頁面（PanasonicPageWidthArray）打印頭。這款打印頭的最大作業(yè)寬度為18.6英寸，每列打印頭都能以75米/分鐘(250英尺/分鐘)的速度印刷兩種顏色，這相當(dāng)于它每分鐘能在最大寬度為20.5英寸的卷筒紙上印刷500個信紙大小的圖像。Versamark VL2000打印機(jī)能在單面印刷的模式下印刷全幅卷筒紙或在雙面印刷的模式下印刷半幅卷筒紙。此外，它還能在不降低速度的前提下對單幅（9.5英寸）卷筒紙進(jìn)行雙面印刷。通過把兩臺Versamark VL2000打印機(jī)連接在一起，人們還可以以1000頁/分鐘的速度對全幅卷筒紙進(jìn)行雙面印刷。由于具有一個開放的設(shè)計結(jié)構(gòu)，所以這款打印機(jī)還能與標(biāo)準(zhǔn)的印前和印后加工設(shè)備聯(lián)機(jī)使用。

    柯達(dá)公司曾經(jīng)非常排斥按需噴墨技術(shù)，但是現(xiàn)在也意識到了這項技術(shù)所具有的優(yōu)點。雖然該公司目前的Versamark系列打印機(jī)（VT3000、VX5000、VX5000e）能達(dá)到很高的速度，但它們的輸出質(zhì)量根本無法與新型按需噴墨打印機(jī)或施樂公司的490/980彩色連續(xù)式印刷系統(tǒng)相提并論。Versamark VL2000的速度雖然不如奧西JetStream快，但它的價格相對較低。

    Versamark VL2000打印機(jī)目前只配備了兩列打印頭，但在必要的時候，它還能再增加個打印頭陣列。松下打印頭的一個主要特點是可以在三種不同的模式下工作。第一種是Versamark VL2000打印機(jī)所采用的那種模式，它能在600dpi的分辨率和75米/分鐘的速度下進(jìn)行雙色印刷；第二種模式是讓打印機(jī)中的兩個打印頭陣列以150米/分鐘的速度印刷同一種顏色；第三種模式是讓打印機(jī)以75到150米/分鐘的速度印刷具有不同灰度值的同一種顏色。即將推出的升級版 VL2000打印機(jī)可能就采用了四個打印頭陣列，每一個陣列負(fù)責(zé)一種顏色的印刷，最高速度可達(dá)150米/分鐘。雖然柯達(dá)并沒有對這款新產(chǎn)品做出更多的評價，但有證明這款打印機(jī)的生產(chǎn)成本可以與膠印相抗衡。

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    Stream技術(shù)

    目前正在Versamark打印機(jī)上使用的連續(xù)噴墨技術(shù)是利用壓力使墨通過窄孔形成連續(xù)墨流。產(chǎn)生的高速使墨流變成小液滴。小液滴的尺寸和頻率取決于液體油墨的表面張力、所加壓力和窄孔的直徑。在墨滴通過窄孔時使其帶上一定的電荷，以便控制墨滴的落點。帶電的墨滴通過一套電荷板使墨滴排斥或偏移到承印物表面需要的位置。而墨滴偏移量和承印物表面的墨點位置由墨滴離開窄孔時的帶電量決定。這種系統(tǒng)的速度非?？欤驗樗炔粫ｎD，也不會受到過多的限制。但是，人們必須要記住一點，連續(xù)噴墨系統(tǒng)所使用的油墨必須是低黏度的液體，而且不能含有金屬或其他元素，否則就會影響高壓偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的正常工作。此外，打印頭制造技術(shù)對噴嘴的最小尺寸和數(shù)量也是有一定限制的。

    柯達(dá)Stream噴墨技術(shù)不像傳統(tǒng)的連續(xù)噴墨技術(shù)，它采用了一種基于連續(xù)噴射液流的熱“pinch-off（壓緊）”效應(yīng)的新型噴墨印刷理念。這種方法是通過對圍繞每一個噴嘴小孔的加熱器施加一個有規(guī)則的脈沖，使油墨被激發(fā)而形成細(xì)小的墨滴。噴墨時用不到的墨滴會受氣流作用偏離承印材料表面，并回流到供墨系統(tǒng)中。墨滴的尺寸和“pinch-off（壓緊）”程度可以通過脈沖施加的時間間隔來控制。

    Stream打印頭是用MEMS技術(shù)生產(chǎn)的，并且采用了以硅為原材料的噴嘴。這種噴嘴流孔的直徑大約為8微米。即將在德魯巴上展出的Stream概念印刷機(jī)能夠印刷分辨率為600dpi灰度圖，但在采用了尺寸更小的墨滴之后，這種印刷機(jī)甚至能夠達(dá)到1200dpi的分辨率。Stream系統(tǒng)的墨滴落點比當(dāng)前的Versamark技術(shù)要更精確一些。

    Stream油墨可以使用尺寸在10到60微米之間的顏料顆粒。這些小顆粒可以減輕對硅基噴嘴的磨損，并消除常見的噴嘴堵塞問題。此外，它們的顏色密度也都有了很大的提升，并且具備了與染料油墨類似的色域。

    速度

    目前有三種方法可以提高噴墨打印機(jī)的速度：一是為每個打印頭配備更多的噴嘴；二是為每臺打印機(jī)配備更多的打印頭；三是提高墨滴生成的頻率。這三種方法都可以用在連續(xù)式噴墨印刷中，但按需噴墨技術(shù)卻不能使用前兩種方法。固定打印頭陣列是最有前途的一種打印頭，因為它只需要讓承印物移動就可以完成印刷了。

    多頁文檔

    由于數(shù)字印刷機(jī)在印刷時要受到承印物種類和尺寸的限制，因此它并不適合用來對超過24頁的文檔進(jìn)行印刷。以美國的《時代周刊》為例，如果人們想用數(shù)字印刷機(jī)來對其進(jìn)行印刷，那么就要付出更高的代價，盡管如此，市場上也出現(xiàn)了一些專為書帖印刷而設(shè)計的數(shù)字印刷機(jī)，它們能讓印刷廠以更高的效率對多頁文檔進(jìn)行印刷。

    總結(jié)

    傳統(tǒng)印刷業(yè)是以長版印刷為基礎(chǔ)的，每一種產(chǎn)品的印刷數(shù)量越多，單位成本就越低。印刷買家深知這一點，有些人甚至為了降低印刷品的單位成本而故意加大自己的印刷數(shù)量。但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)的興起，印刷廠的短版印刷壓力也變得越來越大——客戶們往往只想印刷自己當(dāng)時所需要的東西。此外，分散式印刷也促進(jìn)了長短版數(shù)量的減少，目前的大多數(shù)雜志都是在不同的地點印刷的，而且為了降低成本，很多事務(wù)性郵件也都是在離郵寄點比較近的印刷廠完成印刷的。

    數(shù)字化印刷戰(zhàn)正在不斷升溫。雖然碳粉數(shù)字印刷機(jī)能夠滿足一些市場需求，但它仍然存在較大的改善空間。如果新一代噴墨打印機(jī)能夠履行自己的諾言，那么它們也許就能突破數(shù)字印刷技術(shù)在生產(chǎn)效率上的瓶頸。噴墨印刷系統(tǒng)的尺寸非常靈活，它既能用在窄小的桌面上，也能用在寬敞的印刷車間里。由于噴墨系統(tǒng)的所有部件都集中在打印頭上，所以它的復(fù)雜性有了顯著的下降，操作人員也不需要從事大量的印前準(zhǔn)備工作。

    新型數(shù)字噴墨打印機(jī)必將在大容量事務(wù)性印刷市場上留下濃墨重彩的一筆。隨著定制化和個性化印刷的日益流行，各種印刷技術(shù)在市場上的地位都將受到影響，但碳粉印刷機(jī)的主導(dǎo)地位仍然不會動搖。