任雪+楚建安

摘要：數码喷墨打印头是数码喷墨印花机最重要的配置，本文以SG1024打印头为研究对象，分析了影响喷墨印刷分辨率的几个主要因素，以及如何控制这些因素以提高印花质量。

关键词：分辨率；印花质量；打印头

中图分类号：TS194.3 文献标志码：A

Influential Factors for Resolution of Digital Inkjet Printing

Abstract： Print head is the most important component of digital inkjet printing machine. Taking SG1024 print heads for instance， this paper analyzed the influential factors for resolution of inkjet printing. Some countermeasures were also put forward to improve inkjet printing quality.

Key words： resolution； printing quality； print head

打印分辨率表示直线方向上每英寸内的墨点数，用于衡量喷墨精度，即印刷的质量，是喷墨印花机最重要的性能指标之一。分辨率越高，印花质量也就越精细。当然，最终的印花质量是由设备整体来决定的，任何一个细节都可能影响最终印花的精度，本文就几个主要的影响因素进行探讨。

1 喷头技术

喷墨印花根据喷墨系统中墨水喷射是否连续，可以将喷墨技术分为连续喷墨技术和按需喷墨技术。按需喷墨技术又可分为气泡式、压电式和阀门式等方式。

数码喷墨印花设备的关键部件是喷头，主要应用的有压电式、热气泡式和连续喷墨喷头。

压电式喷头的印花图案精细度高，色彩均匀自然，使用寿命长，且墨点的喷射速度和墨量可控，是当前精细喷墨印花设备中应用最多的喷头技术。

热气泡式喷头打印速度快，缺点是墨滴受惯性影响，容易与打印头拉扯不清，雾化严重，易产生飞墨，且仅用于水墨，寿命短。

连续喷墨喷头印花速度快，适应性广泛，系统稳定，喷头的使用寿命长，喷射力、喷射距离和喷墨量都可以很大，但该喷头分辨率相对较低、易漏墨，墨量固定，一般只能适用于喷印地毯等分辨率低、上墨量大和生产量大的厚重织物印花领域。

通过对国外Zimmer（齐玛） Colaris、MS LaRio、Reggiani（美佳尼） ReNOIR等 3 款数码印花机喷墨技术的对比，发现它们均采用压电式喷头，可以看出压电式喷头广泛运用于现代纺织工业领域中。

本文的研究对象是FUJIFILM（富士胶片）Dimatix公司推出的星光SG1024/MA喷墨打印头，是一种压电喷墨装置，工作于切变模式，打印头的喷嘴由压电陶瓷片所驱动。该打印头系列具有400 dpi的喷绘精度，共有 4 组激励喷墨喷头，每组喷头有两行，每行128个喷嘴，所有喷嘴的出口都在同一片喷嘴面板上。其喷嘴排布情况如图 1 所示，喷嘴8 行的标记从上到下依次为R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8。根据不同需求，所有1 024个喷嘴可以同时或分别激励喷墨。

2 墨滴大小

墨滴大小直接影响到喷墨印花的清晰度，喷墨印刷工业采用pL（1 pL=10-12 L ）来计量喷墨墨滴的大小，通常喷墨印花机的印刷分辨率是按机器自身能够达到的最小墨滴来进行计算的。最小墨滴越小，印花精度越高。

SG1024喷墨打印头有 3 个规格的基础墨滴分别是12、25和50 pL，液滴体积和直径的关系如式（1）：

式（1）中，D为所产生墨滴的直径，V为所产生墨滴的体积。

墨滴大小与喷嘴的直径大小、墨水的粘度和表面张力、墨盒内部的激励频率等相关。喷嘴的直径越小，它所喷出来的墨滴的直径也就越小；低粘度、高表面张力的墨能够保证墨滴的良好形态；而墨盒内对墨刺激频率越高，所产生的墨滴的直径越小。

3 喷头小车与承印物运动

喷墨打印头分布在直线方向上的一行紧密排列的喷孔如图 2 所示，此线段称为喷孔线，相邻喷孔间的距离决定该喷墨打印头的固有分辨率，星光SG1024/MA喷墨打印头相邻喷嘴之间的距离为0.063 5 mm，相应的分辨率应为：

对于采用图 2 的工业打印结构，确定喷孔线方向为纵向，与之垂直的方向为横向（与承印物方向垂直，即喷头小车扫描运动方向），打印头和承印物交替运动，以来回扫描方式完成打印。

想要能完整地表达设备的打印质量，同时需要纵向分辨率和横向分辨率两个指标，两个分辨率的实质是设备在两个特定的、互相垂直方向上打印的两条直线的分辨率。

式（2）中，Rx为横向分辨率，单位是dpi；f为打印头喷射频率，也称为点火频率，单位是Hz；v为喷头小车扫描速度，单位是m/s。

由式（2）可知為保证打印系统的横向分辨率恒定，当喷头小车运动线速度发生变化时必须相应调整打印头喷射频率。

纵向分辨率由喷印模式来决定，有时候为了得到所需的喷印图像，喷头需要对相同图像进行多次的喷印，喷印的次数即为Pass数。Pass数越高，喷印的图像越清晰，分辨率越高。纵向分辨率实质上是由伺服电机所控制的承印物步进距离的精度来决定。

4 喷头排列方式与安装

4.1 喷头排列

喷头的安装往往采用交错排列方式，呈现“品”字型，该拼接方式的第 2 个喷墨头排在第 1 个喷墨头的前面，第3 个喷墨头排在第 2 个喷墨头的后面，并与第 1 个喷墨头在一条线上，相邻两个喷墨头的头尾喷嘴衔接。喷头位置之所以交错排列，是为了使每次打印的纵向宽度增大，为了充分发挥每个喷头的打印能力，从而提高打印速度。图 3 是C、M、Y、K 4 种颜色喷头组的排列示意图。

喷头交错安装时必须要注意喷头衔接处喷嘴的间隙，保证间隙的精度才能保证组合喷头的喷印精度不变。相邻喷头的喷嘴衔接方式有以下两种。

（1）喷头重叠

受限于喷头的结构，如果使两组喷头以上下对齐方式同列安装，机械安装精度可能无法保证上边喷头的最低位置的喷嘴和下边喷头的最高位置的喷嘴之间的间距能与其它喷嘴间距保持一致，故必须交错安装如图 4。

重叠喷嘴数最少为每个打印头只重叠 1 个喷嘴，1 个打印头的末端与下 1 个打印头的始端之间重叠的喷嘴越多越好。为了方便理解，给出SG1024打印头的喷嘴标记如表 1所示。

当每一个打印头重叠 4 个喷嘴时，图 4 中打印头A对应打印头B所重叠的喷嘴标记如表 2 所示，对于多个喷嘴重叠时的方法同理。

在这种交错安装方式下，在重叠喷嘴之间采用A、B打印头交替打印的方式打印，或是采取A打印头和B打印头只有一个进行打印工作。

对于安装时两喷头组喷头衔接的相对位置误差，其测试方法是：通过打印实测，以喷头A为基准，令其重叠喷嘴中的 1 个喷嘴打印 1 条线段，再令喷头B中与该重叠喷嘴对应的喷嘴也打印 1 条线段，然后比较其是否在同一直线上，多测几个重叠喷嘴。

（2）喷嘴不重合

在图 5 的这种方式中，喷嘴没有一个是重合的，只需将上方喷头的每一列第128个喷嘴与下方喷头的每一列第 1个的喷嘴之间的间隔设置为0.508 mm，这样的衔接方式会节省喷嘴，使得每一个喷嘴都能发挥作用，但缺点是机械调节难度大且精度并不能保证，所以通常使用多喷嘴重叠的方式。

4.2 喷头安装

在承印物方向上的墨点排列精度是400 dpi，为了保证所有相邻喷嘴喷射的墨点间距均匀排列，则打印头必须相对于承印物的移动方向精密地直线排列。

图 6 中，整个喷头从底部看是逆时针偏转α角度，实际上从上往下看打印头是发生顺时针偏转，可见相邻喷嘴的间隔发生明显的偏移，喷相邻喷嘴之间垂直距离 。SG1024喷墨打印头相邻喷嘴间的距离为0.063 5 mm，所以当喷头存在有偏转时，打印出来的图像如同条纹布图案一样，正是由于相邻像素间距偏移造成的，这种相邻像素间距的不均匀性改变了密实填充的外观。

SG1024打印头偏转校准的主要步骤如下：

（1）将打印头固定在机架上，在承印物的前进方向上以0.5 m/s的速率400 dpi的精度，用间隔 9 个像素的喷嘴（R3，N1和R1，N2）作为相邻的喷嘴喷绘得到打印偏移测试图；

（2）然后通过放大镜进行观测，比较确定这些数值与额定值的差值，这些偏移线之间的额定间隔距离应当保持在571.5 μm（或 9 个像素间隔，或9/400 dpi），选取不同位置进行多次观测；

（3）通过总结得出表 3，可以以此对打印头进行偏转校正。

图 7 是按照上述方法打印出的偏移测试图，每一行末端的点数表明这一行是哪一个模块喷印的。从图中可以很明显的看出线条间隔不均匀，通过放大镜观测并对应表 3 可以发现，M2→M1测量距离大于额定值，M3→M4、M1→M3和M4→M2测量结果分别是小于、小于和大于，即可判断出打印发生了顺时针方向的旋转，需要作一个逆时针方向的旋转来调整。

5 结语

通过对以上几个因素的研究发现，不可一味地追求高分辨率，一方面由于安装精度和控制精度等原因无法达到理论要求，另一方面因为人眼的最高分辨率取决于视网膜上相邻视觉细胞之间的最小距离，观看距离越远，分辨率越低。在30 cm的观察距离处，人眼最高可以分辨出间距为0.087 mm的两个点，小于此间距的点，人眼无法分辨而默认为是一个点了，此时的分辨率，约300 dpi。所以当间隙小到人眼无法分辨且印刷品已满足了设计要求时，就无需过分追求精度。

参考文献

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