噴碼機(jī)的技術(shù)原理
瀏覽 3937 次 【字號(hào) 大 中 小】 發(fā)布日期：[ 2013-11-13 ]
“噴墨編碼＂即噴碼,是指許多相關(guān)的技術(shù), 我們利用這些技術(shù)使非常微小的油墨滴從噴頭中噴出, 墨滴穿過(guò)空氣, 最后落在被噴印物的表面上形成噴印圖案. 閥門式噴印 這種方法是最易實(shí)現(xiàn)的, 在過(guò)去20年中, 主要用在外包裝箱施印. 脈沖式噴印 壓電式噴印
基本上, 一個(gè)閥門噴印裝置包括一個(gè)低壓油墨系統(tǒng), 一個(gè)電子控制機(jī)箱和一個(gè)用軟性導(dǎo)管與機(jī)箱相連的噴頭. 油墨系統(tǒng)中的油墨經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的開(kāi)/合閥門被送到噴頭中的噴嘴中(一個(gè)噴頭一般有7到18個(gè)直徑200微米的噴嘴或更多). 當(dāng)一個(gè)油墨滴需要被噴出時(shí), 電子元件打開(kāi)相應(yīng)的開(kāi)/合閥, 油墨滴就被噴射出來(lái).
由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 閥門式噴印系統(tǒng)是易于建立的. 顧客一般通過(guò)比較用戶界面(即操作是否容易), 噴印能力/噴印多樣性/質(zhì)量和適用的油墨系列來(lái)選擇供應(yīng)商.
閥門式噴印的噴印質(zhì)量不穩(wěn)定. 這是由于油墨在被射出之前一直停留在噴嘴里, 如果油墨在管道中干了, 就會(huì)產(chǎn)生阻塞. 系統(tǒng)使用水基油墨在滲透性表面上噴印時(shí)效果最好. 許多閥門式噴印系統(tǒng)制造商生產(chǎn)干燥速度快于水基油墨的非滲透性表面用油墨, 這時(shí)阻塞便時(shí)會(huì)發(fā)生, 干燥時(shí)間也仍然頗長(zhǎng)—大約需15～30秒.
總的來(lái)說(shuō), 如果對(duì)噴印質(zhì)量要求不高和經(jīng)常清洗噴頭, 閥門式噴印系統(tǒng)都可以表現(xiàn)良好. 雖然購(gòu)置成本較低, 但一兩年后閥門式噴印系統(tǒng)的使用成本計(jì)算下來(lái)都較高, 所以這種技術(shù)有逐漸被脈沖式噴印技術(shù)所替代.脈沖式噴印技術(shù)主要分為兩種類型: 壓電式噴印和氣泡式噴印—這兩種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)差別很大. 脈沖式噴印的噴頭由辦公打印領(lǐng)域發(fā)展而來(lái)—脈沖式打印現(xiàn)在在辦公打印領(lǐng)域被廣泛接受并有很好的效果.
雖然脈沖式噴印在概念上是簡(jiǎn)單的, 但值得注意的是: 直到20世紀(jì)70年代, 才有人獲得最初的專利, 而且盡管佳能, 惠普等公司做了大量的研究, 直到90年代, 才有便宜可靠的產(chǎn)品投放市場(chǎng). 所以脈沖式噴印并不象看起來(lái)那么簡(jiǎn)單, 從在辦公室里在固定噴印距離向干凈的紙上噴印到在工廠較惡劣的環(huán)境中完成噴墨編碼, 還有很多事情要做.
脈沖式噴印技術(shù)首先出現(xiàn)的是壓電式噴印,簡(jiǎn)單地說(shuō), 噴嘴中的油墨壓力必須足夠低(或者是負(fù)壓), 因?yàn)槭怯湍谋砻鎻埩⒂湍３衷趪娮熘?SPAN lang=EN-US>, 需要噴印時(shí), 一個(gè)脈沖電壓加在壓電晶體上, 壓電晶體產(chǎn)生變形, 使噴嘴油墨腔的容積減少. 這樣, 一滴油墨便從噴嘴中噴射出.然后, 壓電晶體恢復(fù)原狀, 由于表面張力作用, 新的油墨進(jìn)入噴嘴. 通過(guò)并排排列大量噴嘴, 就可以獲得理想的噴印寬度和解像度(一般8-6點(diǎn)/毫米). 雖然可以通過(guò)傾斜放置噴頭(這樣會(huì)犧牲打印高度)來(lái)提高噴印解像度, 噴印解像度根本上還是由噴嘴間距決定的. 更加精密的改進(jìn)可以使每個(gè)壓電晶體驅(qū)動(dòng)更多的噴嘴(比方說(shuō)8個(gè)), 32個(gè)壓電晶體可以驅(qū)動(dòng)256個(gè)噴嘴中的油墨, 這樣就會(huì)有更大的噴印范圍, 當(dāng)然在被噴印表面上只有32個(gè)可編程落點(diǎn).
因?yàn)橄到y(tǒng)不是連續(xù)式的, 油墨必須在噴嘴中保持為流體, 在被噴印表面上變干. 壓電式噴印使用的油墨通常上是油基或石蠟基的, 這兩類油墨在噴嘴中不會(huì)變干, 但可被噴印表面吸收. 壓電式噴印也使用一些快干油墨, 快干油墨仍然需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間(大約10秒)才會(huì)變干. 當(dāng)產(chǎn)品在噴印后需要迅速處理而又禁止產(chǎn)生污跡的時(shí)候, 使用快干油墨就會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題. 為了避免油墨在噴嘴中變干, 我們還可以在壓電晶體上加上一個(gè)較低的脈沖電壓, 這樣就會(huì)對(duì)噴嘴中的油墨產(chǎn)生輕微的擾動(dòng), 噴嘴中的油墨就不會(huì)變干. 這種方法依賴于油墨成分的改變或機(jī)械上更精密的改進(jìn).
另一種實(shí)現(xiàn)壓電式噴印的方法是加熱噴頭, 同時(shí)使用熱溶性油墨. 這樣, 在噴嘴中保持為流體的油墨在較冷的被噴印物表面上就會(huì)固化. 這種壓電式噴印系統(tǒng)在許多被噴印表面上都能得到好的效果拓展應用，但在觸碰的過(guò)程中容易被刮掉. 除了油墨在噴嘴中會(huì)變干的問(wèn)題, 另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是噴頭對(duì)振動(dòng)很敏感. 振動(dòng)可使油墨被振出噴嘴和油墨腔, 以至于表面張力無(wú)法使油墨充填道噴嘴中, 這時(shí)系統(tǒng)必須重新啟動(dòng). 顯而易見(jiàn) ,發(fā)現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題時(shí), 噴印質(zhì)量已經(jīng)受到了影響.
氣泡式噴印
氣泡式噴印技術(shù)是更新的技術(shù), 仍然廣泛應(yīng)用于辦公領(lǐng)域.
一個(gè)電壓加在2個(gè)端子上, 由于端子間的阻抗,油墨被加熱, 從而形成了一個(gè)蒸氣泡, 由于氯泡的膨脹, 一滴油墨噴出噴嘴. 去掉端子間的電壓時(shí), 氣泡消失, 由于表面張力作用, 新的油墨充填列噴嘴中. 象壓電式噴印技術(shù)一樣, 將一系列噴嘴排列在一起, 就會(huì)得到更大的噴印范圍. 解像度很大程度上由噴嘴排列的密集程度決定.
油墨特性對(duì)于氣泡式噴印系統(tǒng)的正常工作特別重要. 在辦公室里, 可以控制打印物表面, 使之與油墨相配, 但在生產(chǎn)環(huán)境下完全是另一碼事. 由于這個(gè)原因, 氣泡式噴印技術(shù)在產(chǎn)品編碼領(lǐng)域的影響受到了一定限制. 不過(guò),在氣泡式噴印油墨適用的場(chǎng)合, 我們可以得到出色的噴印效果.
連續(xù)式噴墨編碼有著廣泛的應(yīng)用范圍, 它也許是最多樣性的技術(shù). 20世紀(jì)70年代中到70年代末, 早期的連續(xù)式噴墨編碼機(jī)操作復(fù)雜, 故障頻出. 這種印象現(xiàn)在還存在, 但情況已發(fā)生了變化, 就象我們開(kāi)車時(shí)汽車不再漏油一樣. 最新的連續(xù)式噴墨編碼系統(tǒng)只需操作者按一下開(kāi)/關(guān)鍵和每周做一次例行維護(hù), 而且維護(hù)比其它一些命運(yùn)多舛的設(shè)備所需的維護(hù)要少得多. 有兩種盡管有關(guān)但不同的連續(xù)式噴墨編碼技術(shù): 偏轉(zhuǎn)式噴印更高效、二元式噴印
偏轉(zhuǎn)式噴印
偏轉(zhuǎn)式噴印技術(shù)從70年代早期開(kāi)始商業(yè)化, 它也許是應(yīng)用在生產(chǎn)環(huán)境中的技術(shù)中發(fā)展程度最高的一種技術(shù). 原理雖然相當(dāng)簡(jiǎn)單, 但許多年來(lái), 大量的控制電路被組合在一起來(lái)保證可靠性和使用簡(jiǎn)單.
油墨加壓后被送至噴嘴,形成了一個(gè)約20M/S的墨流. 噴嘴后有一個(gè)壓電裝置,加上電壓, 裝置會(huì)產(chǎn)生位移, 這種位移對(duì)墨流產(chǎn)生擾動(dòng), 如果加在壓電裝置上的電信號(hào)頻率與墨流噴射頻率諧振, 墨流就會(huì)斷裂成相同大小, 相同間距的墨滴.在連續(xù)的墨流斷裂為一系列墨滴的位置, 有一個(gè)充電電極. 如果充電電極上脈沖電壓的頻率與墨流斷裂的頻率相同, 每一個(gè)墨滴就會(huì)帶上相應(yīng)的電荷. 墨滴繼續(xù)前行, 經(jīng)過(guò)一對(duì)偏轉(zhuǎn)板. 偏轉(zhuǎn)板上的電壓為定值(比如說(shuō),+/-5KV), 形成一個(gè)靜電場(chǎng), 在該靜電場(chǎng)作用下, 帶電油墨滴根據(jù)自身所帶電量的不同, 朝著其中一個(gè)偏轉(zhuǎn)板方向產(chǎn)生相應(yīng)量的偏轉(zhuǎn). 最終, 墨滴穿過(guò)空氣, 落在經(jīng)過(guò)噴頭的被噴印物表面上. 未被充電的墨滴不產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)并被裝在噴頭底部的回收槽回收, 最后經(jīng)過(guò)一個(gè)油墨貯液器再循環(huán)至噴嘴.
連續(xù)式噴印
這樣, 近似地, 油墨滴噴印的模式就與加在充電電極上的脈沖電壓對(duì)應(yīng)起來(lái). 實(shí)際過(guò)程卻并非如此簡(jiǎn)單. 我們必須使墨滴斷裂與對(duì)充電極板充電同步, 必須考慮帶電墨滴之間的相互排斥, 甚至飛行中墨滴的空氣動(dòng)力問(wèn)題. 連續(xù)式噴墨編碼機(jī)的用戶不會(huì)感到這些問(wèn)題, 但正是這些問(wèn)題使設(shè)計(jì)連續(xù)式噴墨編碼機(jī)變得有趣.
因?yàn)橛湍珖娚涫沁B續(xù)式的, 連續(xù)式噴墨編碼機(jī)可以使用許多類型的油墨, 特別是那些干燥速度非常快的油墨(1秒以內(nèi)). 因此連續(xù)式噴墨編碼技術(shù)對(duì)于那些在印碼后需要迅速處理的具有非滲透性表面的產(chǎn)品(比如說(shuō)罐頭和塑料)的印碼是非常理想的. 此外還可以使用顏色更鮮明的顏料油墨.
由于連續(xù)式噴印有著相對(duì)較高的噴射速度, 通常連續(xù)式噴印的噴印距離比脈沖式噴印的噴印距離(一般超過(guò)10mm)遠(yuǎn)得多,而噴印質(zhì)量卻不會(huì)下降, 這樣噴頭位置的放置就可以有較大的選擇余地.
二元式噴印
二元式連續(xù)式噴印技術(shù)的概念與偏轉(zhuǎn)式噴印技術(shù)一樣悠久, 這種技術(shù)早期朝高速(高成本),大范圍噴印的商業(yè)領(lǐng)域發(fā)展. 隨著技術(shù)進(jìn)步, 二元式噴印在很短時(shí)間內(nèi)就會(huì)實(shí)用化.
油墨從一系列緊密排列的噴嘴中噴出, 噴印解像度為4 - 8點(diǎn)/毫米, 墨流由壓電裝置斷裂為墨滴, 斷裂方式與偏轉(zhuǎn)式噴印相似(不過(guò)二元式噴印有更多的墨流). 不需噴印的墨點(diǎn)被充電,偏轉(zhuǎn), 然后由回收槽回收. 需要噴印的墨點(diǎn)不被充電, 不發(fā)生偏轉(zhuǎn), 直接打在被噴印物表面上.這樣, 噴印圖案的寬度便由噴嘴數(shù)或墨流數(shù)決定. 當(dāng)然, 我們也可以用充電墨滴噴印而回收未被充電的墨滴.
二元式噴印的噴印距離要小于偏轉(zhuǎn)式噴印, 但仍比閥門式噴印大得多. 原則上各種各樣應(yīng)用于偏轉(zhuǎn)式噴印的油墨都可以應(yīng)用于二元式噴印. 將來(lái), 選擇使用二元式噴印還是偏轉(zhuǎn)式噴印,將取決于噴印側(cè)重于信息行數(shù)還是速度與成本. 在同時(shí)噴印3行以上的信息時(shí), 二元式噴印無(wú)疑比偏轉(zhuǎn)式噴印快. 然而, 二元式噴印更加昂貴, 在早期應(yīng)用中還會(huì)需要較多的人工操作—特別是使用不同的異性油墨的時(shí)候. 基本上, 二元式噴印與偏轉(zhuǎn)式噴印將會(huì)共存, 因?yàn)樵诋?dāng)前,它們?cè)谠诰�印碼領(lǐng)域給客戶提供了最多樣性和有效的解決方案.