喷墨打印技术新进展带来的重大机遇

　　Peter Brow是42 Technology的工业总监，这意味着他是工业领域喷墨业务开发的负责人。Peter Brow回顾了过去20年喷墨领域的变化。他最初对工业喷墨的兴趣是在剑桥大学攻读聚合物电子学博士学位时被激发出来的。从那时起，技术开发咨询一直是他职业生涯的重点。据他估计，他三分之二的职业生涯都是在喷墨领域度过的。

　　“二十年前，喷墨技术还很困难，而且还是新生事物。你需要非常聪明的、多学科的人才来创建这些系统”，他解释说，虽然制造打印头是一个重要的组成部分，但真正的打印系统要复杂得多。Peter说，从那时起，该行业已经成熟，出现了拥有处理驱动电子设备、供液系统、软件、波形等专业知识的专业公司。

　　这对喷墨意味着什么？Peter说：“不需要拥有博士学位的顾问来设计一个相当普通的系统。不过，我认为这留下了一个缺口。聪明的多学科人才仍有用武之地，尤其是在帮助企业进军新市场方面。这正是我们42T所处的位置。”

　　42T不仅在实际层面上帮助企业进入这些新领域，还为客户提供独立的视角，帮助他们从模拟印刷过渡到喷墨印刷，或将喷墨印刷引入企业内部。当Peter谈到喷墨的应用范围时，他强调这远远超出了装饰等传统领域。他谈到喷墨技术在汽车喷漆等多个领域都取得了进展。

　　Peter将42 Technology定位为协助那些可能不需要数百万英镑的大规模长期开发的公司，但那些已经在建立研发团队、设施和能力方面进行了大量投资的公司，在开发新产品、新生产工艺或新机器时，可能需要在其核心专长的外围为短期项目提供专业协助。

　　Peter解释说：“我们从小事做起，建立信誉，然后完成一个项目。客户会说：‘你知道吗，这个项目非常出色，能不能请你做下一阶段的工作？’通常情况下，我们会从一个小项目开始与客户合作，不知不觉一两年后，我们就会同时开展三四个并行项目，而且进展十分顺利。我们的客户喜欢这样，他们绝对喜欢！因为我们花时间与客户建立信任和良好的关系，因此，我们的业绩增长迅猛。”

　　与42T合作的一大优势是能够加快项目交付。公司特意限制了并发项目的数量，一次最多只能处理三到四个项目，这样就可以优先考虑速度问题。

　　Peter说，除了迅速执行项目外，42T还带来了一种超越渐进式创新的方法：“在每个行业和每个公司的生命中，如果你想保持相关性，或者想在竞争中保持领先地位，在某些时候你就必须站出来做一些激进的事情。用同样的项目管理技术、同样的技能组合、同样的人生观来进行渐进式创新是行不通的。”

　　“公司可以在‘阶跃式’项目上暂时采用轻触式项目管理；他们会努力实现向首席执行官或客户承诺的里程碑，他们认为自己会达到这个里程碑，但突然间却行不通了。42T了解阶跃式项目管理的风险和隐患，我们可以采取基于风险的方法，帮助客户避免掉进这个坑，或者帮助他们爬出这个坑。”

　　高粘度喷墨的未来

　　Peter还谈到了他多年来一直致力于开发能够打印高粘度大颗粒的喷墨技术。他解释说：“多年来，我们一直在实验室里打印那些我们知道当时世界上任何地方都无法做到的东西。也许有人会问，为什么现在不是每个人都在使用这项技术呢？答案是，我们需要投资1000万英镑才能建立一家工厂，开始生产这些打印头，使其成为现实——这是一个相当大的障碍。”

　　Peter指出，最近的发展已经使高粘度打印成为现实，减少了对重大初期发展的需求。“你可以去买打印头，它们就能工作。这大大拓宽了你可以用来制造油墨的化学成分，这意味着你可以用这些油墨提供的功能是巨大的。”

　　他补充说：“它不再仅仅是一种低粘度的载体，里面还有一些颜料。你可以开发出更好的清漆、粘合剂或3D打印材料。你可以打印油漆，打印安全材料，还可以使用薄片而不是纳米颗粒（例如银）打印电子材料。多年来，所有这些都是打印技术的梦想。这不可能一蹴而就，但我真的很高兴现在有了‘现成的’技术来进行高粘度打印，因为我认为这将开辟大量的应用领域。”

　　数字印刷（最常见的是工业喷墨）在过去30年里取得了巨大的成功，现已成为许多应用领域不可或缺的工具。

　　各种基材的装饰是一个明显的成功领域，包括瓷砖、纸张、塑料、玻璃、金属和纺织品等等。最近，喷墨技术还应用于增材制造领域。

　　工业喷墨的技术优势是显而易见的：与传统印刷相比，它能够以按需滴注的方式进行添加式印刷，从而提供了巨大的灵活性，并通过减少油墨的使用实现了更大的可持续性。

　　然而，众所周知的对可喷射流体类型的限制阻碍了喷墨技术向许多有价值的市场和应用领域的渗透，其中最重要的限制是粘度必须保持在较低水平—通常低于30 cP，在某些情况下甚至更低。

　　这一限制对可喷射流体的化学性质产生了深远影响，这也是喷墨技术仅限于少数应用领域的原因。功能性流体--除着色外还具有其他有用特性的流体——通常需要能使粘度增加到远远超过30 cP的成分。

　　例如，油漆和墨水中可能含有类似的颜料，但油漆中含有粘合剂、交联剂、附着力促进剂等，这些成分可将液体转化为人们所熟悉的高功能性、粘度更高的液体。

　　粘度较高的流体还具有其他优点。例如，它们可以稳定较高密度的颗粒，从而进一步扩大可喷射流体的范围。粘度较高的流体还能减少达到可印刷粘度所需的载液体积，从而提高固体含量。

　　鉴于油墨成本通常是印刷品总成本中占比最高的部分，因此这将大大节省成本。自20世纪90年代初工业喷墨诞生以来，情况一直如此。直到现在。

　　最近的高粘度墨水进展

　　最近，赛尔推出了2002喷头，利用改进的制造工艺，以合理的成本提供高质量、可靠的打印和涂层。该喷头具有通流墨路，表现出很高的均匀性，并采用了赛尔的高铺设技术，所有这些都意味着它非常适合广泛的工业应用。

　　最重要的是，赛尔已经证明，由于采用了超高粘度技术，这些喷头能够喷印粘度高达100 cP的油墨。此外，这些喷头还能耐受较高的温度，这意味着室温下的粘度可能会更高，根据不同的液体，粘度可能会达到100 cP。

　　最近，赛尔还推出了Aquinox喷头，这意味着赛尔技术不仅可以处理高粘度油墨，还能兼容水性载体。这进一步解除了对油墨配方的重大限制。

　　这些优点的影响将在后面讨论。不过，在某些应用中，还有一种也能提供高粘度数字印刷的替代品。

　　工业喷墨的替代技术—valvejet

　　提到工业数字沉积技术，人们通常会认为喷墨是唯一可用的技术。但事实并非如此，valvejet是一种已有30多年历史的替代技术，它也能按需喷射液滴。

　　这项技术最初是为数码地毯装饰而开发的，因为地毯装饰需要以高动量喷射液滴，使其渗透到地毯的深层绒毛中。Valvejet通过对喷嘴后面的空腔加压，然后快速打开和关闭阀门来喷射液滴。

　　最初，阀门喷射头的喷嘴密度极低（每英寸1-2个喷嘴），喷射出的液滴较大（可达微升）。最近，随着技术的发展，喷嘴密度增加，液滴尺寸减小，这意味着现在可以考虑将其作为地毯装饰以外的工业数字沉积技术的一种潜在技术。

　　与工业喷墨技术相比，阀门喷射技术的最大优势在于它可以喷印粘度比工业喷墨高得多的流体（1000 cP），甚至比赛尔2002喷头所能达到的粘度还要高得多。此外，流体供应系统和驱动电子设备可能会更简单，从而降低开发和资本成本。

　　与喷墨相比，阀式喷墨的最大缺点是液滴尺寸较大，导致可实现的分辨率和喷射频率较低。不过，如果您的应用可以忍受这种限制，那么它很可能是最佳选择。

　　数字沉积的新机遇

　　这些最新发展的结果是，配方化学家有了更大的空间来探索油墨的化学性和功能性，为数字沉积带来了重要的新机遇。例如，可以在油墨中加入链长更长或分子量更大的聚合物，从而提高附着力、硬度、弹性、阻隔性或光学性能。

　　在此，将讨论Peter已经考虑过的一些应用，但Peter完全相信，随着人们意识到这些新发展的力量，其他应用也将脱颖而出。

　　增材制造（3D打印）——更广泛的材料范围

　　三维打印所用材料的工程特性有限，这是该技术在原型制作以外应用的主要缺点之一（另一个缺点是速度）。打印更复杂（因此更粘稠）的分子所带来的优势是显而易见的。

　　改进的杨氏模量、硬度、弹性、耐化学性等都是有助于推动该技术发展的巨大优势，例如，可实现全强度的生产部件，而不是“外观类似”的设计模型或原型。

　　此外，设计脚手架材料的更大自由度将允许制造出更复杂的形状。举例来说，3D打印技术已被用于为精英运动员制作鞋底，但更多的材料是否能提高运动成绩，或让这项技术进入更大的市场？

　　此外，3D打印技术还可应用于医学领域，为客户量身定制更好的假肢。

　　运输装饰——消除浪费和更好地应用

　　几十年来，汽车、飞机、火车和卡车的喷涂一直采用相同的方式——使用静电旋转喇叭头。这是一项非常成功的技术，可以快速喷射底漆、油漆和罩光漆，实现高产能装饰。不过，它也有两大缺点：

　　●通常会有30%的流体没有喷到目标上，而是以气溶胶的形式飘散开来。这种气溶胶必须从空气中清除，这就需要昂贵的额外资本支出。据估计，汽车喷漆成本的一半就是处理这种过喷。

　　●要对这些交通工具进行比单一颜色更复杂的装饰是很困难的。为了解决这个问题，在涂抹第二种颜色并晾干之前，要使用胶带和塑料薄膜对汽车进行遮盖。这样做既费时又费钱。

　　想象一下，如果涂料可以直接印在基材上，会是怎样的效果？这就意味着不会出现过喷现象，并能一次性完成目标装饰。

　　这是一项艰巨的工程挑战：要实现这一愿景，整个印刷系统必须能够放置在六轴机器人的末端，这意味着要对通常的供液系统进行重大改造，但所带来的收益可能是惊人的，例如，每个大型汽车原始设备制造商每年可能会获得1,000万美元的收益。

　　纺织品印花——定制化和可持续性

　　过去几年，喷墨技术在纺织品装饰领域取得了重大进展。虽然它不可能完全取代丝网印花等，但在定制化和可持续性方面肯定具有优势。

　　在其他领域，数码印花也能促进这一新市场的发展：

　　功能材料的数字沉积，尤其是用于运动服或户外服装等技术服装。印在运动服上的弹性材料（通常以聚氨酯为基础）可以提供多种功能，包括装饰、支撑和触感效果，但要达到所需的厚度，可能需要沉积多达20层，通常采用丝网印刷。如果能以数字方式完成这项工作，就能大大节省时间。此外，定制这一步骤的能力可能会引起精英运动员的极大兴趣。

　　纺织品的前处理和后处理通常在大桶液体中进行，以确保涂层均匀。在需要的地方精确打印这些液体，可以节省大量的浪费，并为进一步的创新开辟空间。

　　包装行业—更好、更高效的流程

　　随着连续喷墨和工业喷墨在许多应用中取代了柔版印刷和丝网印刷，包装行业对数字印刷的采用热情高涨。尽管如此，喷墨和阀门喷墨的新发展对该行业仍有一定的吸引力。

　　套印光油沉积是许多应用中的关键步骤，尤其是瓦楞纸印刷。遗憾的是，最好的OPV对于喷墨来说过于粘稠，因此通常采用网纹辊印刷——当工作流程的其他部分已经数字化时，这是一个严重的限制。采用本文概述的方法可以提供一种工艺，允许考虑使用更多种化学成分的上光剂。这样可以提高附着力、光泽度和防紫外线性能等。

　　许多特殊效果颜料的体积太大，无法用喷墨打印。这些颜料包括珠光颜料、彩虹颜料和金属颜料，只能通过模拟技术进行印刷。通过使用粘度更高的载体，这些颜料可以充分稳定地进行数字印刷，最有可能采用阀门喷射技术。

　　防伪印刷——更好的保证和定制

　　与包装用特种颜料一样，许多防伪颜料的粒径较大，无法使用要求粒径小于1微米的工业喷墨技术进行印刷。不过，在某些应用中，利用较高粘度的能力可以使较大的颜料得到稳定并进行印刷。这种颜料的定制沉积可能会带来变革——允许封装更多的安全层。

　　定制化、低成本和可持续发展的未来

　　42T清楚地看到，在打印高粘度流体能力的推动下，工业数字沉积即将在新的应用领域迈出新的一大步。

　　无论是通过高分辨率工业喷墨还是低分辨率阀门喷墨，在完全由模拟沉积工艺主导的应用领域，产品定制、制造可持续性和更低成本的承诺都将带来巨大的商业优势。

　　42T已经在高粘度数字沉积领域工作了10多年，在帮助企业实现这一转变方面，42T具有得天独厚的优势。42T是工艺开发方面的专家，与包括赛尔在内的许多供应链都有密切联系。