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详解压电式喷头工作原理
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喷码机自70年代问世至今经历了几十年的发展历程。随着市场需求的不断增大,需求也更行业化和专业化。喷码机产品也如雨后春笋般迅猛的增加,他们开始了激烈的角逐,经过长时间的沉淀,目前喷码机形成了CIJ和DOD两大类,虽然CIJ机器进入行业相对较早,但DOD凭借着他强大的功能和多样化的应用优势,像一匹黑马在市场上很快占据了强有力的地位。我们将通过几期栏目为大家介绍DOD相关知识!这一期我们将先讲述压电式喷头的工作原理.
      一、DOD喷头的市场应用
      DOD主要分为:热发泡、压电式两种。相对而言,压电式喷头的生产工艺要比热发泡喷头的生产工艺复杂很多,但由于压电式喷头的寿命相当长,所以在应用成本上要远低于热发泡式喷头,这成了压电式喷头在应用上一个极大的优势,也正是因为这一点,压电式喷头早在几年前便成为了市场的宠儿,得到了很多行业广泛的应用。
       二、压电式喷印原理说明
       一个压电式喷头一般由喷嘴部分、喷头主体部分、供墨系统以及驱动电路四部分组成。其中喷嘴部分是墨水喷射的执行机构,也是最微小的一个部分。图1便是一个简单压电式喷头的喷嘴部分示意图,箭头下方便是实际喷墨过程中所喷射出的墨滴。图2所示意的便是一个喷嘴在完成一次喷墨的四个状态示意。
       喷头的主体在实际应用中体积是最大的,也是我们第一眼便能看到的结构,图3所示便是一个实际应用中的喷头主体,图4分别展示了喷头在制作过程中喷嘴与喷头之间的结构关系。
       供墨部分由墨水的供给和传输两个部分组成,图5的接口便是墨水的供给接口,墨水通过这个接口到达喷嘴内部,直到图6所示的“油墨管道”,随时等待喷嘴将油墨喷射出去。由于这种供墨形式的特殊性,所以在实际应用中,供墨系统方案的好坏也直接影响着设备长期工作的稳定性和易维护性。
       压电式喷印,简单地说,就是通过给压电晶体施加电压,使之发生高速且轻微的形变,从而将喷嘴中的油墨压出。当压电晶体受到外界的脉冲电压作用时,压电晶体便产生变形,从而导致喷嘴油墨腔的容积减少。这样,一滴油墨便从喷嘴中射出。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。
(注:压电晶体是利用一种叫PZT的半导体压电晶体材料制作而成,PZT的生产过程中,它经过极性化处理,将物料的原子电荷强行按指定的方向排列,当外接电场效应,附加在经过极性化的材料上时,根据它的方向定义,它会令PZT产生一个物理性的变形)。
       三.压电式喷头在国内喷码行业的应用现状
      目前国内的高解像喷码机的品牌有很多,如易可玛、凯博、金诺等,无论是从外观设计还是到控制设计也是多种多样,但就多种喷头的应用,由于种种原因还有很强的局限性,目前绝大多数都使用一种宽度为17.3mm的打印喷头,如图7、图8这种喷头的打印精度可以达到200dip,喷射速度可达4.25KHZ,而且只能支持一个打印头进行打印工作,这也是在国际应用相对较为成熟的方案。但是喷头的宽度还有36mm、70mm等多种规格,就国内市场来看,目前好像只有凯博N8500一款机器使用宽度达70mm的喷头。由于目前众多厂家所使用的喷头打印宽度有限,以及单个喷头的工作方式相对单一,从而在某些情况下影响了应用市场的进一步扩大。
       喷码机墨水是喷码应用中相当重要的一个环节,压电式喷头分别支持多种类型的墨水,常见的有:油性墨水、快干墨水、和UV墨水三大类。油性墨水与常说的水性墨水在应用方案上类似,它们主要应用在可渗透性材质表面进行喷印,但相对水性墨水而言,油性墨水色泽更加艳丽,也就是我们通常说的更黑,同时油性墨水还有非常好的防水性能和抗UV性能(良好的抗UV性能可以让喷印内容在阳光下保持更长时间不褪色)。
      油性墨水普遍见于板材、外包装纸箱等行业。
        快干墨水顾名思义墨水干燥速度较快(快干墨水无须添加稀释剂),这种墨水严格意义上属于溶剂类油墨,这种墨水在很多PVC类的材质表面带有轻微的腐蚀性,和良好的挥发性能,在喷印材质的表面有良好的干燥性能,所以这种墨水主要被用于非渗透性材质,它广泛应用于食品、酿酒、饮料、日化、建材、医药、电子等行业。
       UV墨水是一种新型的环保型墨水,这种墨水在固化过程中需要经过足够能量的紫外线照射。墨水固化后会在材质表面形成固态的墨滴,这种墨水在材质的表面有良好的附着力、表现力,它决不会被其它溶液所清除。因此,这种类型的油墨同时也具有良好的防伪性能,这种墨水在新世纪里将被广泛的应用。
       由于UV墨水的应用对喷头的控制和使用要求较高,而且需要的辅助设备成本较高,所以在小包装喷码行业目前应用还较少,主要以特殊防伪方案应用为主。由于2008年电子监管码的出现,使得UV墨水被推到了一个高潮,目前市场已有多款进口UV设备进入中国市场,而亿力电子也在国内率先完成了基于UV墨水监管码应用方案,以推出Yilijet8100UX、Yilijet8512UK等机型,以及适用于小包装喷码行业应用的N8000UDA-UV等系列机型。以上机型的出现标志着国内高速、高清晰的喷码技术已打开了一个崭新的局面。
        如下图所示是基于国内一款型号为N8000UA的高解析喷码设备所画出的供墨示意图。这款机器严谨的按照流体打印的原理 ,充分保证了墨水在打印过程中压力的稳定,而且保证了设备工作期间的连续性和稳定性。由于有了完善的供墨管理方案,使得设备在正常工作期间更换或是添加墨水都不需要停机,更不会影响到打印工作。这一方案将大大提高了喷码机的工作效率,从而实现工作时间内无人值守的理想工作状态。图中所示结构分别是:
(a) 小型储墨罐或副墨罐
(b) 小型液体泵
(c) 首级过滤器
(d) 墨水罐
(e)墨水反馈系统
(F)液位传感器
        但无论是哪种喷头、哪种墨水,它们在不同的应用里都有着不错的表现。喷墨设备对于供墨系统的要求都非常之高,如何保证喷头在工作时压力的长期稳定,同时供墨充足均匀,这直接决定了喷印的成品率,同时决定了设备的稳定性,然而一款优秀而稳定的喷码设备,离不开拥有专业而专注精神的强大硬件、软件以及电气工程师们的努力。希望国内能有越来越多的像N8000UA这样稳定,易用的设备出现,给用户一个更加完美的应用体验。
        (编者案:据了解,武汉亿力电子公司从2006年底就陆续推出多款支持多个喷头,以及70mm超宽喷头拥有多项创新技术的高端喷码产品,并独家推出了喷码设备订制的服务理念,为高解析的市场注入一股新鲜血液。其中凯博N8000系列的设备可同时支持8个17.3mm的打印头同时工作,实现最大打印宽度达138.4mm,凯博N8500系列机型均采用宽度达70mm的超宽喷头,可实现80mpm的打印速度。最近有消息称亿力公司将有一款YiliJet8100的机型推向市场,这款机器最多可支持64个喷头同时工作,并且支持油性、快干、UV等多种类型的油墨。)

详解压电式喷头工作原理

DOD: Drop-on-demand
CIJ: Continuous Ink Jet
压电式:Piezoelectric
热泡式:Thermal Ink Jet
压电晶体:PZT
喷嘴:Nozzle
油性墨水:Oil-based Ink
快干墨水:Solvent-based Ink
水性墨水:Water-based Ink
UV墨水 :UV Curable Ink


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