【轉】高科技的結晶：噴墨打印頭進化簡史
現在在各種商業網點旁邊，都可以看到免費的微信列印照片設備。它們的核心是一台噴墨印表機。作為噴墨列印設備最核心的零件，當然要數打印頭了。有些人或許不以為然，但是如果你仔細想想，噴墨印表機，有你知道的國產品牌嗎？是不是都集中在惠普、佳能、愛普生以及兄弟這四個牌子下？這就是科技含量。今天我們就來集中講講噴墨打印頭。 噴墨列印這個想法如果追溯起源，甚至能夠追溯到上上個世紀，但是與今天的列印無關。事實上，噴墨列印最早的專利，是西門子在1951年申請的，不過此後很長時間，都沒有實現商品化。 西門子的第一款商用化的噴墨列印產品，名為PT80i，一共有12個噴嘴，噴出的墨滴直徑為0.07毫米，每秒可以列印270個字元，這款產品誕生於1977年，在技術上，屬於壓電產品。 差不多相同的時期，佳能日本東京都的一個研究員，無意中把電烙鐵放在了注射器上，看到了裡面液體的噴出，誕生了用加熱墨水沸騰實現噴墨列印的想法。與此同時，惠普、IBM等企業也都同時展開了噴墨列印相關的研究工作，並取得了專利。IBM還推出了世界第一款噴墨印表機6640，不過那款產品的實用價值不高。
熱發泡列印的誕生 前面說了，當時的微壓電很不靠譜，差不多是傾瀉式的。所以亟需按需列印，即有的放矢，所謂按需噴墨列印（Drop on Demand），是企業看到了在當時壓電技術的不足，進而都研發熱發泡列印技術。差不多相同的時間，IBM、佳能以及惠普都在研發熱發泡列印技術，並且努力將噴墨印表機商品化。
當時佳能開發新技術的時候是多種方案都嘗試了，針頭事故是有定論的官方說法。在1977年，佳能申請到了熱發泡噴墨列印技術的核心專利，這奠定了佳能的在噴墨列印領域的一代霸主。比較有趣的是，惠普和佳能都差不多同時發佈技術，但是佳能搶到了Bubble Jet（氣泡噴墨）的名字，惠普不得不給技術命名為thermal jet。不過佳能和惠普交叉進行了專利、技術方面的合作，這也打拉開了兩個企業從那時起到今天，這兩個企業都保持著既是夥伴、又是競爭對手的合作關係。
大家可以注意看，當時佳能和惠普最早的噴墨列印技術產品，都是橫向噴墨在有齒孔的紙上，並非我們今天向下噴墨。到1990年的時候，佳能才推出BJ-10v這種小型化的產品，第一次實現把打印頭和墨水匣做到一起。到1996年，佳能推出BJC-600，是第一個能在普通紙上列印全彩的佳能噴墨列印產品。 在噴墨列印發明的早期，愛普生也曾經想去參與到熱發泡列印，但是佳能已經有了合作夥伴惠普，所以愛普生不得不去自力更生。壓電列印如何做到很小才是難題。這在當時被看作是不可能完成的任務。
當時參與到微壓電技術研發的正式今天愛普生的社長，碓井稔先生。當時研究的困難在於對壓電材料（玻璃）施加100V電壓，材料形變產生的能量也不足以把墨水噴出。所以必須要改變壓電體才行，這是材料科學。 新的材料（某種陶瓷）讓壓電體能夠在30V電壓下移動1微米，對比之前的材料則需要100V電壓，但只能移動0.1微米，這意味著可以產生足夠的功率來準確的噴射墨水，這是巨大的進步，而且更低的電壓可以將單個噴嘴做到足夠小，這也解決了噴墨列印所需的多噴嘴難題。
相比熱發泡列印，微壓電列印的優勢是壓電體噴嘴讓墨滴可控，並且不存在加熱這個過程，這對於墨水材料的選擇也更寬泛，因為有的有機材料會加熱變性。
兩個陣營各自的進化 熱發泡列印技術要解決列印照片的問題，就要噴嘴夠小，否則不細膩沒法看。這種辦法佳能稱之為FINE打印頭，FINE是英文Full-photolithography Inkjet Nozzle Engineering的縮寫，意思叫做全光刻噴墨列印噴嘴工藝。
這要說道的就是佳能的另外一門技術了——光刻機。這類產品普通使用者無緣接觸，但是在半導體工業，佳能科室名聲響噹噹，是為數不多的幾個能做光刻機的公司。所謂光刻機就是先在材料表面刷一一層材料，然後光刻機進行針對性的曝光，其它的材料就可以洗掉，然後形成圖案的材料使用酸蝕之類的技術，暴露的材料會被腐蝕出溝槽，填充了金屬就是導電材料，製造處理器這些，但是在噴嘴工藝上，只要刻蝕出噴嘴就好。
隨著半導體工藝的不斷演進，佳能、惠普的打印頭噴嘴也越來越小。根據應用領域的不同，需要的噴嘴孔徑大小也不一樣，目前普遍在10微米左右。這樣可以縱向排列很多個噴嘴，讓打印頭單次移動掃過的面積更大，提升列印速度。
愛普生這邊首先研發的方向叫做可變墨滴技術，縮寫VSDT。這個技術有前面的介紹就不難理解了，應該是對壓電材料施加不同的電壓，讓壓電材料產生不一樣的形變，這就控制了墨滴的大小。當圖案需要連續的圖像的時候，連續噴出大墨滴就很有用處。
愛普生微壓電打印頭最新的進化被稱之為Precision Core。微壓電的噴嘴直徑不是優勢，所以一旦堵頭了，那麼就要依靠供墨泵的力量來沖洗打印頭，效果很差且非常浪費，因為清洗就要洗所有的。Precision Core則是在壓電元件後面加感測器來解決這個問題。
商用噴墨列印 - 全新的方向 噴墨列印這種方式過去一直是家用為主，商用不多。但是從十多年前，惠普開始推出OfficeJet系列來讓噴墨商用化。因為相比鐳射列印，噴墨的成本要低得多，十多年過去了還是這樣，於是有了大量的商用噴墨產品面世。
商用的奧義是要耐用。面對小型商業，比如商用噴墨一體機、印表機這種小設備來說，列印企業經驗豐富處理起來得心應手自然不是問題。問題在於大型設備，典型的應用是商用印刷設備。惠普就有很多商用噴墨印刷機，他們的打印頭與家用的不同。
惠普管這種印刷機上的噴頭叫做HDNA，即High Definition Nozzle Architectur，高清晰度噴嘴架構。這種架下，每英寸的噴嘴數量達到了2400個，而我們知道，每英寸300個其實就夠用了，比如大家知道的手機視網膜屏，就是以300圖元每英寸為分水嶺，更細的人眼也看不清。惠普的HDNA一來可以單噴嘴雙色支援，而來由於有8倍的冗餘，既可以實現高速度，也可以做到長壽命。這種架構的產品技術下放，誕生了今天惠普商用的頁寬式印表機、一體機影印機，速度快成本低，是惠普在2017年給企業級市場扔下的重磅炸彈。
愛普生則是把Precision Core同樣的交錯排列起來，做同樣的One Pass影印機，同樣也是速度快，定位比較高端。當然微壓電的企業比如柯尼卡美能達等企業也有涉獵，不過它們的應用普遍是ToB的商用印染等領域。 關於噴墨打印頭的介紹就到這裡了，我們有機會再介紹其它列印科技的來龍去脈。噴墨列印是融合了高精度的電子與機械的產品，對精度的要求以微米計，對設備可靠性要求高、應該算科技感不強的高科技產品。
以上資料來源來自：新浪科技公眾號 …………………………………………………………………………………………................... 專業 / 堅持 / 創新 / 突破 / 噴墨 客訂製作｜ 噴墨設備｜ 墨水開發｜ 功能性墨水 ｜繪圖機｜ 大型輸出機 ｜導帶繪圖機｜ 平台直噴機｜ 平板直噴機｜ 直噴機｜ UV繪圖機 ｜UV直噴導帶機｜ UV平台直噴圖機｜ UV平板直噴機｜ UV直噴機 ｜棉T直噴機｜ 深色棉T平台直噴機｜ PCB文字圖形平台直噴機｜ 玻璃平台直噴機 ｜直噴免塗層墨水｜ 烘烤型直噴免塗層墨水｜ 金屬蝕刻墨水｜ 薄膜印刷阻隔線路｜ 紡織顏料直噴墨水｜熱昇華墨水｜熱昇華螢光墨水｜磁磚平台直噴機｜ PCB印刷電路板文字墨水｜ 奈米銀導電墨水｜ 水轉印墨水｜ 薄膜印刷墨水｜ ｜阻隔線路、增光SiO2墨水 ｜LOW-E隔熱玻璃墨水 ｜潑水、抗污專用墨水｜ 不鏽鋼板、鍍鈦墨水｜ SiO2｜ TiO2｜ AR｜ AG｜ ink 產業應用 / 特殊需求 / 解決方案 玻璃｜建材｜ 磁磚｜ 面板玻璃｜ PCB板｜ 印刷電路｜ 水轉印｜ 仿釉料 ｜光觸媒｜ 特殊光學應用｜ 隔熱｜ 節能｜ 塑膠｜ 橡膠｜ ABS｜ PC｜ PE｜ PET｜ PP｜ PS｜ PVC｜ 非光亮面表面｜ 鋁板｜ 壓克力｜ 密著度｜ 覆著力｜ 表面保護｜ 面漆 ｜底漆｜ 金油｜ 塗層｜ CONTING 2018/9/22
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