陶瓷噴墨技術的歷史、現狀和趨勢探討

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　　摘 要：陶瓷噴墨機進入國內十余年，發展迅速。目前，絕大多數瓷磚印花都使用噴墨機。本文回顧了國內陶瓷噴墨機發展歷史和現狀，從噴頭、功能墨水、施釉設備等方面詳細介紹了陶瓷噴墨機發展趨勢。
　　關鍵詞：噴墨;噴頭;現狀;趨勢
　　1 陶瓷噴墨機發展歷史
　　2000年左右，陶瓷噴墨機在歐洲首先應用。一開始，歐洲同行就對中國進行封鎖，不賣機器也不賣墨水。當時國內的從業者只有在國外的展會和工廠才能見到陶瓷噴墨機。直到2008年歐債危機爆發，歐洲相關陶企的經營受到限制，于是從2009年開始，歐洲的機器和墨水才同步進入中國市場。也是從那時起，中國噴墨機制造業同行奮起直追，經過幾年的努力，國內的機器和墨水技術基本上趕上了歐洲同行，并迅速成為國內市場的主角，至今已滿十年。
　　回顧陶瓷噴墨機進入中國這十年，因為國外品牌價格高，國內品牌起步慢未成熟，開始幾年普及很慢，甚至同行對噴墨機會不會在陶瓷行業普及還存在爭議。由于當時使用成本高和技術不夠成熟，同行普遍認為噴墨機只是絲印和輥筒印花的補充，只有高端產品才會使用噴墨機印花。但到了2012年左右，隨著國產技術的成熟，墨水和機器的價格大幅下降（機器的價格由平均每個噴頭10萬元左右一直降至現在的不足3萬元，墨水的價格由20多萬到現在的5、6萬），引來了市場需求爆發式增長。國內每年新增噴墨機達300臺、500臺，最多的一年超過1000臺。到2017年，我國陶瓷噴墨機的市場保有量達到4000多臺，占了全球約半壁江山。
　　現在，不論瓷片還是地磚、外墻磚，也不論高端、低端產品，絕大多數瓷磚印花都使用噴墨機了。但從2017年起，國內陶瓷產能停止增長，進入下行通道，噴墨機的需求量迅速下降，國內2018年的新機出貨量不到400臺。同時，淘汰出來的舊機也不少，國內陶瓷噴墨機的在線保有量進入下降通道。
　　2 陶瓷噴墨機發展現狀
　　噴墨機是用于印花的設備，目前，從滿足產量、質量、花色表現力這三個角度來說，都是比較成熟的了。
　　產量方面：受制于噴頭的技術，之前不少噴墨機的速度為24 m/min左右?，F在，隨著噴頭技術的進步，使用三大主流噴頭（賽爾、星光、精工）的噴墨機都能達到 50 m/min甚至更高的速度。這能滿足大部分生產線的產量需求了。
　　打印穩定性方面：由于墨水，機器結構、軟件等的成熟，現在的陶瓷噴墨機打印質量都較穩定，之前最常出現的拉線、滴墨等噴墨機常見的短板問題，現在基本解決，在正常的生產環境下對生產影響很少。所以，現在的陶瓷噴墨機的產品差異化越來越少。當然，由于陶瓷生產線的環境條件、工藝條件復雜，再加上噴墨機本身是電子產品，線路、管路多，在使用過程中，總有這樣那樣的問題出現，讓客戶不滿意，這需要供應商用服務來解決。
　　花色表現力：噴墨技術可以在同一片瓷磚上面表現幾十種顏色，甚至有一個顏色的漸變，紅橙黃綠青藍紫，在同一板磚上面可以表現的淋漓盡致。精度方面，目前噴墨技術大多是采用360DPI高分辨率，能滿足一般產品的精度要求的。
　　從以上三個角度來看，噴墨技術的發展已經很成熟了。
　　3 陶瓷噴墨機發展趨勢
　　任何一個技術革新都需要一個理由，就是市場需求。瓷磚花色品種的發展，是離不開市場的需求來驅動的。那么，瓷磚表面裝飾還有什么追求呢，在滿足產量、質量、花色表現力的情況下，消費市場還需要哪些創新？
　　瓷磚表面裝飾主要由施釉和印花兩種主要工藝手段來實施，既然噴墨印花的表現力已經很好了，如果要探討陶瓷噴墨下一步發展的方向，噴釉自然是最熱門的話題。
　　近年來，隨著各種功能墨水的出現，行內已經有噴釉的說法，但我認為目前在用的跟我們想象中的噴釉是不同的。我們現在噴墨機用的釉，是使用現有的技術，用大墨量的噴頭，噴施一些功能性墨水，如下陷釉、撥開釉、啞光釉、亮光釉、白釉，精雕釉等。但是這些釉，其制作工藝、性能特性與顏色墨水是一樣的，這跟我們傳統的噴釉機、淋釉機用的釉完全不同 。我們目前噴墨機所用的釉是油性混合液，它的顆粒細度是在微米級別（1 μm以下），在油性高分子溶液的混合下能形成較穩定的液體，不易沉淀，穩定期較長（一般有半年）。而我們傳統噴、淋用的釉是水和礦物質混合而成的漿料，它的細度在毫米級別（0.1 mm左右），這兩個細度相差10 ～ 100倍。對于噴墨用的墨水來說，普通釉料中的顆粒很粗，易沉淀，性能不穩定，無法用于目前的噴頭?；趪婎^技術的局限，目前我們也找不到適合噴普通釉的噴頭。同時，由于上述兩種釉的制作工藝的巨大差別（普通釉用球磨機大批量生產，墨水是用超細研磨機小批量生產）。現在我們噴墨用的釉的成本比噴、淋用的釉高出十倍以上，用于普通瓷磚面釉不現實。
　　關于噴釉的另一個想法，能否噴出有凹凸效果的圖案，代替模具效果。要實現模具效果，首先要有能噴出足夠釉量的噴頭，目前是有能噴大墨量的噴頭的，例如，我們使用賽爾2001測試，單個噴頭能噴出250 g/m2的量，跟普通施釉差不多的。但要產生模具效果，另一個條件就要研發出能快速固化，堆出3D效果的釉料，這用目前的油性墨水無法達到。因為油性墨水常溫下不能自干，更不能快速固化堆起來。要實現快干，打印出模具效果，要研發出另一種體系的墨水來，例如水性或揮發性的溶劑墨水。
　　以上就噴頭和墨水兩個方面的情況，說明了現有技術離全數碼施釉印花這個目標還很遠。這也是目前陶瓷噴墨機技術的現狀：機器處于較成熟的階段，但也處于技術突破的瓶頸期。大突破要等，下文主要介紹現階段陶瓷噴墨的創新點。
　　3.1 噴頭方面
　　3.1.1高清噴頭
　　圖案的高清程度由噴頭的噴孔密度和點的大小決定，噴頭的DPI（每英寸的墨點數量）越大，打印精度越高。陶瓷噴墨機問世接近20年，噴頭的DPI在200、300、360、400的范圍發展。目前在線的絕大部分機器都是360或400DPI的。其中賽爾、精工是360，星光是400。從打印效果來說，300到400DPI能滿足一般產品的精度要求的，但是，如果要達到精細度更高的效果，就要有更高DPI的噴頭。賽爾在2016年率先推出720DPI的2001系列噴頭，是目前陶瓷行內DPI最高的。當然，在紡織、標簽、廣告、包裝等數碼印花領域，因為印花精度要求更高，因此有更高DPI的噴頭。在精細印花領域，單pass打印300到400DPI是不夠的，要在600到1200DPI左右。所以，瓷磚印花是相對要求較低的，這也是工業印花首先在瓷磚普及的原因之一。市場對印花的要求不斷提升，就像我們的照相機、手機、電視屏一樣，線數越來越高！因此，往更高的DPI發展是噴頭技術發展的重要方向。賽爾的720DPI噴頭，開了陶瓷高清打印的先河，配合它的8級灰度技術，可以打印出比目前更精細，更有層次的效果。當然，這也得要墨水、釉料技術、工藝的配合，否則，再好的噴頭也打印不出高質量的效果?？傊ㄟ^使用更高DPI的噴頭，達到更精細更有層次的打印效果，是陶瓷噴墨技術發展的方向，也是瓷磚表面裝飾的發展方向。我相信，將來會有更多的大于400DPI的噴頭出現，在相關陶瓷工藝的配合下，瓷磚的表面裝飾效果還會不斷的提升，瓷磚的精細程度，仿真效果會越來越高。 　　3.1.2大墨量的噴頭
　　這里先簡單介紹一下噴頭噴墨量的相關信息。噴頭的墨水噴出量與該噴頭每次噴出的墨點大小及噴出的頻率相關?？紤]到精細度的要求，噴頭的基礎墨點小一點才合適，所以，目前的主流噴頭的基礎墨點在6到24PL左右，墨水噴出量一般在每平方米幾克到20克左右。這樣的墨量對顏色墨水來說基本上是足夠的，但是對功能性墨水，特別是噴釉就顯得太少了。因此，目前的陶瓷噴墨工藝要求噴頭既要能打印精細的圖案，又要能打印大墨量的功能釉料墨水。為了達到這樣的效果，辦法之一是釆用灰度打印技術，如賽爾噴頭最多可達8級灰度，即最大的墨點是基礎墨點的7倍。我們常用的Gs12，基礎墨點為12，最大墨點則達84PL。第二個辦法是加大基礎墨點，例如賽爾的Gs40，基礎墨點是40PL，4級灰度單點達100多PL。近年，為發揮噴頭優勢，賽爾系列噴頭最新推出了墨量倍增技術，使用1003系列每平方米的噴墨量達90多克。當使用2001時，達200多克。星光噴頭則推出了H，HF等系列，也是為了提高噴頭的墨水噴出量的。到目前為止，在陶瓷行業的幾個主流噴頭都具備了大、中、小墨量的產品系列，以應對陶瓷噴墨的需求。當然，如上所述，我們目前的噴頭只適合使用跟墨水特性相似的油性墨水，不適合用于噴普通的釉料。所以，能噴普通釉料的噴頭開發，是陶瓷噴墨裝備繼續發展的基礎核心技術。
　　3.1.3更長的噴頭
　　目前在用的陶瓷噴頭，單個噴頭的打印長度以為60 ～ 70 mm為主，其中賽爾是70 mm，星光64 mm。隨著陶瓷產品規格越來越大，每個顏色通道的噴頭越來越多，噴頭多了容易產生噴頭間色差，調整也麻煩一些。所以，使用更長的噴頭，減少拼接數量，也是噴頭的發展方向之一。目前陶瓷在用的主流噴頭中，精工是108 mm的，是最長的噴頭之一。可以預見，隨著更多噴頭企業對陶瓷噴墨類機器的關注，會有更多比70 mm長的噴頭面市。當然，開發更長噴頭需要相應噴頭技術的支撐，否則損壞時單個頭的價格也較高，設備的后期使用成本也會增加。
　　陶瓷噴墨機出現20年，進入國內10年，作為核心部件噴頭還未見國產的產品面市，噴頭的國產化距離還有多遠？這10年來，因研發各種噴墨機，本人與國外的主要工業噴頭制造商一直有較深入的交流互動，也有和國內在研發噴頭的專家有接觸。從現狀看，國產噴頭雖然起步了，但與國外成熟品牌相比，還有很長的路才能趕上，電子產品的更新速度極快，我們起步晚而國外已經成熟，要多少年才能趕上目前還未能預計。
　　3.2 噴墨機和功能墨水、施釉設備等結合起來創新
　　3.2.1利用多種顏色墨水和功能墨水組合出新的效果
　　利用多種顏色墨水和功能墨水組合出新的效果是目前比較盛行的做法，5 ～ 8個顏色墨水，后加幾個功能墨水。但因為這只是從顏色的豐富度和功能墨水的順序疊加這方面的組合，效果變化是很有限的。同時，當一臺機器的通道太多時，機器精度會降低。還有在定單不多，某些墨水不經常用時，性能會發生變化，會影響噴頭狀態的維持，生產和設備管理比較麻煩。
　　3.2.2利用噴墨技術開發干粒圖案效果
　　利用噴墨技術開發干粒圖案效果，就是利用噴墨機噴出膠水圖案，粘住干粒，造成凸出釉面的干粒圖案效果，這是近年來比較成熟的方案。但干粒的變化有限，要輔助合理的圖案設計，才能與噴墨打印結合，渾然一體，發揮出特別的裝飾效果。
　　3.2.3噴墨與絲印、輥筒印花結合的效果
　　傳統的絲網、輥筒印花出墨量大，有其獨特的視角和觸感效果。但隨著噴墨印花的普及，這幾年絲網、輥筒印花設備幾乎消失殆盡。也沒有太多用戶鉆研怎樣與噴墨印花結合起來設計花色了。倒是輥筒印花因為易于操作，近幾年國內外的客戶越來越多使用，但多數用于非拋光類產品印表層保護釉或裝在噴墨機后全拋釉前，印一層過渡釉，減少因墨水排墨造成的施釉不平現象。這種用法并沒有發揮出輥筒印花釉層厚能產生特別的表面質感的優勢，當然，這也要有專業的花色和工藝設計才能達到相應的效果。這方面，簡一陶瓷就有不少成功的經驗，他們通過把絲網、輥筒、噴墨機結合起來開發出一些紋理、顏色、層次很豐富的全拋磚和仿古磚產品。其效果讓只用簡單工藝生產的同行無法企及！
　　3.2.4噴墨與噴、淋釉結合的效果
　　通過以上的分析，目前離真正的噴釉應用距離還很遠，而光用施釉后印花很難達到層次、顏色更豐富的效果。所以，我認為，噴墨結合傳統的施釉工藝是目前可以研究的方向。我們可以研發一些特定功能、效果的釉料，在噴墨的前、中、后噴或淋施，從而創造出一些特別的紋理和層次效果的。只是，這方面目前很少同行去研究嘗試，也就看不到相關產品面市。近年，我們也在做這方面的技術研究和試驗。歡迎有興趣的同行一起來探討，共同開發出一些引領潮流的產品。
　　除了以上的舉例，噴墨創新的方式還有很多，如噴墨花色與坯體紋理的配合，花色與模具凹凸的配合，與傳統的打點、云彩噴釉效果的配合等等。
　　4 結 語
　　本文介紹了陶瓷噴墨技術和應用的歷史、現狀和創新方向。因為與數字打印相關的噴頭，驅動等核心部件還在不斷進步，墨水、釉料也能繼續改進，這些，都能為陶瓷噴墨機和應用的創新提供新的條件。可以預見，陶瓷噴墨技術的進步還未停止，瓷磚裝飾的想象還會有不斷的驚喜。
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