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喷墨打印机与丝印刷(二)

三、喷墨打印机的喷墨原理及彩色喷墨技术

1、随机式喷墨系统工作原理

由于我们正在使用的喷墨打印机多为随机式喷墨系统，所以本文将不介绍不常用的连续式喷墨原理。

随机式喷墨系统供给的墨滴只在需要时才喷出，因此，不需要墨水循环系统，省去了墨水的加压泵、过滤器和回收装置。这种喷墨系统的喷墨结构简单、成本便宜、可靠性高、工作噪音小。

为实现按照喷印（绘）的需求进行随机式喷墨，随机式喷墨打印机激劢墨水产生墨滴的机构，可以采用不同的技术方案弹簧秤。目前，大致存在有两种最流行的技术方案。一种是采用压电换能器，即压电式，另一种是热电换能器，即热电式也称气泡式。

（1）压电式喷墨技术类别

根据换能器的工作原理及排列结构，压电式喷墨打印机大致可分为三种类型。

A、压电管型这种类型的喷墨换能器利用径向很薄的压电管。

B、压电隔膜型这种类型选用压电隔膜换能器，根据墨水的喷射结构，一种是侧面喷口型，另一种是端面喷口型。

C、压电薄片型这种类型的换能方式，采用纵向振荡器产生墨滴。

这几种类型的喷墨技术都具有一个共同的特点，即对墨水压电换能器需施加高电压脉冲，但功耗很小，每喷射一粒墨滴，消耗能量仅为0.5~9uJ。

（2）压电式喷墨原理

压电管型喷墨系统中单个喷嘴的结构如图二所示。这种喷墨系统是由压电管、墨水管道和喷嘴组成。由于墨水在容器中的水平面低于喷嘴的最低位置，因此，墨水在管道中处于较小的负压力状态。在这种状态下，因毛细管作用，仅剩余的墨水保持在喷嘴内，而不致于溢出开口的喷嘴外面。

图2 压电管型喷墨系统中单个喷嘴的结构

为了利用电压脉冲产生嘿滴，必需仅用换能器。这种喷墨系统所使用的电压脉冲幅度一般在60~200V之间，具体数值取决于实际结构。从电压脉冲引起的换能器效应来看，有些与电船舶涂料容器相类似，施加不同的电压脉冲可使压电管内部截面积收缩或扩张。压电管对电压的反应是很快的，但对压电管施加不同的电压后，不可能立即使墨水喷出或吸入，总会产生一定的滞后现象。压电管局部产生过压或欠压的效应，乃至很多民航飞机的座椅都是阻燃材料做的可视为声波在液体中发生和传播的现象。这种波在管道中的传播也遵守声学定律，这意味着管道开口端的截面积扩展或收缩，将会使传导波在管道的端面形成反相的反射波。这样，对压电管施加单一极性的电压脉冲，将会产生两个极性的压力。对于每个单独喷墨系统的管道，在管道内既能维持一定的能量，又能防止各单独喷墨系统间的“串音”干扰。为产生墨滴，作用的电压脉冲、喷嘴的材料，几何尺寸及墨水性能，必须相匹配。

在喷嘴中的压力波会使墨水形成弯月波，并加速传播。随着墨机床丝杆水在管道中以弯月波形态传播到墨滴喷出的同时，在管道内会形成局部的真空。由于这种局部真空的作用，可以把剩余的墨水吸回，从而起到了墨水的回收作用。随后，吸回的墨水填满管道中的局部真空，使喷墨系统恢复平静，进而进入下一个墨滴的生成和喷出的周期。生成墨滴的周期，大约需要200us左右。

压电隔膜型墨系统的工作原理与压电管型相类似，唯有压力波是由位于刚性隔膜上的片状压电盘的挠性运动来产生的，其工作原理可视为与金属隔片相同。在电压脉冲的作用下，可引起压电盘直径微米级的变化。刚性金属隔膜应保证正负方向呈弓形的变化量约为1um。

压电薄片型喷墨系统由压电薄片型换能器实现。这种换能器是由并行排列的压电薄片组成的，在电压脉冲的作用下，使压电薄片收缩或扩展，生成墨滴并喷出，完成喷墨过程。压电薄片产生的压力传递至墨水容器，由反作用力作用的结果生成墨滴并喷出。这种喷墨技术，综合了端面开口型（压电隔膜型喷墨系统即为端面开口型）密封的优点，并选用较小的压头和物镜自动转换定位精确墨水容器，尽可能地提高墨滴的喷射频率。

（3）气泡式喷墨原理

为行业管理、科学决策提供根据气泡式喷墨技术已逐步成为S压电式相抗衡的一种技术。气电话线泡式喷墨系统同样也分为喷嘴端面开口型和侧面开口型。佳能（canon）公司的BJ系列喷墨打印机就是采用的端面开口型喷嘴，其结构及供墨管道参见图三。

图3 佳能（canon）公司BJ系列喷墨打印机结构及供墨管道