谈谈包装的喷墨编码技术

    “喷墨编码”是指许多相关的技术，我们利用这些技术使非常微小的油墨滴从喷头中喷出，墨滴穿过空气，最后落在被喷印物的表面上形成喷印图案。所有这些相关技术都具有如下特征：非接触：因为只有墨滴接触到被喷印物表面，移动的表面和脆弱的表面都可以获得成功的喷印。变化的信息：信息可以持续变化，所以可以在线和实时改变时间，日期，批号和类似的数据。速度：利用喷墨编码技术，不超过6米/秒移动速度的物体都可以拿来喷印—这对于大多数生产过程是足够的。象所有事物一样，也许存在一些技术在特定的场合特别适用，但是就应用的绝对广度来说，喷墨编码技术仍是难以匹敌的。喷墨编码所需要的技术并不是新生事物的，早在19世纪，人们就已经能够使墨流断裂为墨滴，并对墨滴充电并使之偏转。同样，压电材料也已存在一段时间了，例如，它们被用在声纳，香烟打火机上。然而，真正促进喷墨编码技术发展的因素却是：在产品上印制日期和批号的需要(阀门式喷墨编码机和连续式喷墨编码机)计算机打印机的开发(脉冲式喷墨编码机)微处理器的发展和应用。

    从20世纪60年代开始，许多神奇的技术产生，花开花落，能够生存发展下来的技术今天主要分为三种类型：阀门式喷印，脉冲式喷印和连续式喷印。这三种主要的技术在应用时会有一些重迭，而每一种都有自已的优势和弱点。在很大程度上，正是这些优势和弱点决定了它们最合适的应用范围。本文的初衷就是想向读者介绍每一种技术，进而帮助用户为自已选择一种最佳的方案。阀门式喷印这种方法是最易实现的，在过去20年中，主要用在外包装箱施印。基本上，一个阀门喷印装置包括一个低压油墨系统，一个电子控制机箱和一个用软性导管与机箱相连的喷头。油墨系统中的油墨经过简单的开/合阀门被送到喷头中的喷嘴中(一个喷头一般有7到18个直径200微米的喷嘴或更多)。当一个油墨滴需要被喷出时，电子元件打开相应的开/合阀，油墨滴就被喷射出来。

    由于机械结构简单，阀门式喷印系统是易于建立的。顾客一般通过比较用户界面(即操作是否容易)，喷印能力/喷印多样性/质量和适用的油墨系列来选择供应商。阀门式喷印的喷印质量不稳定。这是由于油墨在被射出之前一直停留在喷嘴里，如果油墨在管道中干了，就会产生阻塞。系统使用水基油墨在渗透性表面上喷印时效果最好。许多阀门式喷印系统制造商生产干燥速度快于水基油墨的非渗透性表面用油墨，这时阻塞便时会发生，干燥时间也仍然颇长—大约需15～30秒。总的来说，如果对喷印质量要求不高和经常清洗喷头，阀门式喷印系统都可以表现良好。虽然购置成本较低，但一两年后阀门式喷印系统的使用成本计算下来都较高，所以这种技术有逐渐被脉冲式喷印技术所替代。脉冲式喷印脉冲式喷印技术主要分为两种类型：压电式喷印和气泡式喷印—这两种技术的实现差别很大。脉冲式喷印的喷头由办公打印领域发展而来—脉冲式打印现在在办公打印领域被广泛接受并有很好的效果。虽然脉冲式喷印在概念上是简单的，但值得注意的是：直到20世纪70年代，才有人获得最初的专利，而且尽管佳能，惠普等公司做了大量的研究，直到90年代，才有便宜可靠的产品投放市场。所以脉冲式喷印并不象看起来那么简单，从在办公室里在固定喷印距离向干净的纸上喷印到在工厂较恶劣的环境中完成喷墨编码，还有很多事情要做。压电式喷印脉冲式喷印技术首先出现的是压电式喷印，简单地说，喷嘴中的油墨压力必须足够低(或者是负压)，因为是油墨的表面张力将油墨保持在喷嘴中，需要喷印时，一个脉冲电压加在压电晶体上，压电晶体产生变形，使喷嘴油墨腔的容积减少。这样，一滴油墨便从喷嘴中喷射出。然后，压电晶体恢复原状，由于表面张力作用，新的油墨进入喷嘴。通过并排排列大量喷嘴，就可以获得理想的喷印宽度和解像度(一般8-6点/毫米)。虽然可以通过倾斜放置喷头(这样会牺牲打印高度)来提高喷印解像度，喷印解像度根本上还是由喷嘴间距决定的。更加精密的改进可以使每个压电晶体驱动更多的喷嘴(比方说8个)，32个压电晶体可以驱动256个喷嘴中的油墨，这样就会有更大的喷印范围，当然在被喷印表面上只有32个可编程落点。因为系统不是连续式的，油墨必须在喷嘴中保持为流体，在被喷印表面上变干。压电式喷印使用的油墨通常上是油基或石蜡基的，这两类油墨在喷嘴中不会变干，但可被喷印表面吸收。压电式喷印也使用一些快干油墨，快干油墨仍然需要相当长的时间(大约10秒)才会变干。当产品在喷印后需要迅速处理而又禁止产生污迹的时候，使用快干油墨就会产生问题。为了避免油墨在喷嘴中变干，我们还可以在压电晶体上加上一个较低的脉冲电压，这样就会对喷嘴中的油墨产生轻微的扰动，喷嘴中的油墨就不会变干。这种方法依赖于油墨成分的改变或机械上更精密的改进。另一种实现压电式喷印的方法是加热喷头，同时使用热溶性油墨。这样，在喷嘴中保持为流体的油墨在较冷的被喷印物表面上就会固化。这种压电式喷印系统在许多被喷印表面上都能得到好的效果，但在触碰的过程中容易被刮掉。除了油墨在喷嘴中会变干的问题，另一个需要注意的问题是喷头对振动很敏感。振动可使油墨被振出喷嘴和油墨腔，以至于表面张力无法使油墨充填道喷嘴中，这时系统必须重新启动。显而易见，发现振动问题时，喷印质量已经受到了影响。

    气泡式喷印气泡式喷印技术是更新的技术，仍然广泛应用于办公领域。一个电压加在2个端子上，由于端子间的阻抗，油墨被加热，从而形成了一个蒸气泡，由于氯泡的膨胀，一滴油墨喷出喷嘴。去掉端子间的电压时，气泡消失，由于表面张力作用，新的油墨充填列喷嘴中。象压电式喷印技术一样，将一系列喷嘴排列在一起，就会得到更大的喷印范围。解像度很大程度上由喷嘴排列的密集程度决定。油墨特性对于气泡式喷印系统的正常工作特别重要。在办公室里，可以控制打印物表面，使之与油墨相配，但在生产环境下完全是另一码事。由于这个原因，气泡式喷印技术在产品编码领域的影响受到了一定限制。不过，在气泡式喷印油墨适用的场合，我们可以得到出色的喷印效果。连续式喷印连续式喷墨编码有著广泛的应用范围，它也许是最多样性的技术。20世纪70年代中到70年代末，早期的连续式喷墨编码机操作复杂，故障频出。这种印象现在还存在，但情况已发生了变化，就象我们开车时汽车不再漏油一样。最新的连续式喷墨编码系统只需操作者按一下开/关键和每周做一次例行维护，而且维护比其它一些命运多舛的设备所需的维护要少得多。有两种尽管有关但不同的连续式喷墨编码技术：偏转式喷印、二元式喷印偏转式喷印。

    偏转式喷印技术从70年代早期开始商业化，它也许是应用在生产环境中的技术中发展程度最高的一种技术。原理虽然相当简单，但许多年来，大量的控制电路被组合在一起来保证可靠性和使用简单。油墨加压后被送至喷嘴，形成了一个约20M/S的墨流。喷嘴后有一个压电装置，加上电压，装置会产生位移，这种位移对墨流产生扰动，如果加在压电装置上的电信号频率与墨流喷射频率谐振，墨流就会断裂成相同大小，相同间距的墨滴。在连续的墨流断裂为一系列墨滴的位置，有一个充电电极。如果充电电极上脉冲电压的频率与墨流断裂的频率相同，每一个墨滴就会带上相应的电荷。墨滴继续前行，经过一对偏转板。偏转板上的电压为定值(比如说，+/-5KV)，形成一个静电场，在该静电场作用下，带电油墨滴根据自身所带电量的不同，朝著其中一个偏转板方向产生相应量的偏转。最终，墨滴穿过空气，落在经过喷头的被喷印物表面上。未被充电的墨滴不产生偏转并被装在喷头底部的回收槽回收，最后经过一个油墨贮液器再循环至喷嘴。这样，近似地，油墨滴喷印的模式就与加在充电电极上的脉冲电压对应起来。实际过程却并非如此简单。我们必须使墨滴断裂与对充电极板充电同步，必须考虑带电墨滴之间的相互排斥，甚至飞行中墨滴的空气动力问题。连续式喷墨编码机的用户不会感到这些问题，但正是这些问题使设计连续式喷墨编码机变得有趣。因为油墨喷射是连续式的，连续式喷墨编码机可以使用许多类型的油墨，特别是那些干燥速度非常快的油墨(1秒以内)。因此连续式喷墨编码技术对于那些在印码后需要迅速处理的具有非渗透性表面的产品(比如说罐头和塑料)的印码是非常理想的。此外还可以使用颜色更鲜明的颜料油墨。由于连续式喷印有著相对较高的喷射速度，通常连续式喷印的喷印距离比脉冲式喷印的喷印距离(一般超过10mm)远得多，而喷印质量却不会下降，这样喷头位置的放置就可以有较大的选择余地。

    二元式喷印二元式连续式喷印技术的概念与偏转式喷印技术一样悠久，这种技术早期朝高速(高成本)，大范围喷印的商业领域发展。随著技术进步，二元式喷印在很短时间内就会实用化。

    油墨从一系列紧密排列的喷嘴中喷出，喷印解像度为4-8点/毫米，墨流由压电装置断裂为墨滴，断裂方式与偏转式喷印相似(不过二元式喷印有更多的墨流)。不需喷印的墨点被充电，偏转，然后由回收槽回收。需要喷印的墨点不被充电，不发生偏转，直接打在被喷印物表面上。这样，喷印图案的宽度便由喷嘴数或墨流数决定。当然，我们也可以用充电墨滴喷印而回收未被充电的墨滴。二元式喷印的喷印距离要小于偏转式喷印，但仍比阀门式喷印大得多。原则上各种各样应用于偏转式喷印的油墨都可以应用于二元式喷印。将来，选择使用二元式喷印还是偏转式喷印，将取决于喷印侧重于信息行数还是速度与成本。在同时喷印3行以上的信息时，二元式喷印无疑比偏转式喷印快。然而，二元式喷印更加昂贵，在早期应用中还会需要较多的人工操作—特别是使用不同的异性油墨的时候。基本上，二元式喷印与偏转式喷印将会共存，因为在当前，它们在在线印码领域给客户提供了最多样性和有效的解决方案。