陶瓷喷墨技术的历史、现状和趋势探讨

作者:未知

  摘 要:陶瓷喷墨机进入国内十余年,发展迅速。目前,绝大多数瓷砖印花都使用喷墨机。本文回顾了国内陶瓷喷墨机发展历史和现状,从喷头、功能墨水、施釉设备等方面详细介绍了陶瓷喷墨机发展趋势。
  关键词:喷墨;喷头;现状;趋势
  1 陶瓷喷墨机发展历史
  2000年左右,陶瓷喷墨机在欧洲首先应用。一开始,欧洲同行就对中国进行封锁,不卖机器也不卖墨水。当时国内的从业者只有在国外的展会和工厂才能见到陶瓷喷墨机。直到2008年欧债危机爆发,欧洲相关陶企的经营受到限制,于是从2009年开始,欧洲的机器和墨水才同步进入中国市场。也是从那时起,中國喷墨机制造业同行奋起直追,经过几年的努力,国内的机器和墨水技术基本上赶上了欧洲同行,并迅速成为国内市场的主角,至今已满十年。
  回顾陶瓷喷墨机进入中国这十年,因为国外品牌价格高,国内品牌起步慢未成熟,开始几年普及很慢,甚至同行对喷墨机会不会在陶瓷行业普及还存在争议。由于当时使用成本高和技术不够成熟,同行普遍认为喷墨机只是丝印和辊筒印花的补充,只有高端产品才会使用喷墨机印花。但到了2012年左右,随着国产技术的成熟,墨水和机器的价格大幅下降(机器的价格由平均每个喷头10万元左右一直降至现在的不足3万元,墨水的价格由20多万到现在的5、6万),引来了市场需求爆发式增长。国内每年新增喷墨机达300台、500台,最多的一年超过1000台。到2017年,我国陶瓷喷墨机的市场保有量达到4000多台,占了全球约半壁江山。
  现在,不论瓷片还是地砖、外墙砖,也不论高端、低端产品,绝大多数瓷砖印花都使用喷墨机了。但从2017年起,国内陶瓷产能停止增长,进入下行通道,喷墨机的需求量迅速下降,国内2018年的新机出货量不到400台。同时,淘汰出来的旧机也不少,国内陶瓷喷墨机的在线保有量进入下降通道。
  2 陶瓷喷墨机发展现状
  喷墨机是用于印花的设备,目前,从满足产量、质量、花色表现力这三个角度来说,都是比较成熟的了。
  产量方面:受制于喷头的技术,之前不少喷墨机的速度为24 m/min左右。现在,随着喷头技术的进步,使用三大主流喷头(赛尔、星光、精工)的喷墨机都能达到 50 m/min甚至更高的速度。这能满足大部分生产线的产量需求了。
  打印稳定性方面:由于墨水,机器结构、软件等的成熟,现在的陶瓷喷墨机打印质量都较稳定,之前最常出现的拉线、滴墨等喷墨机常见的短板问题,现在基本解决,在正常的生产环境下对生产影响很少。所以,现在的陶瓷喷墨机的产品差异化越来越少。当然,由于陶瓷生产线的环境条件、工艺条件复杂,再加上喷墨机本身是电子产品,线路、管路多,在使用过程中,总有这样那样的问题出现,让客户不满意,这需要供应商用服务来解决。
  花色表现力:喷墨技术可以在同一片瓷砖上面表现几十种颜色,甚至有一个颜色的渐变,红橙黄绿青蓝紫,在同一板砖上面可以表现的淋漓尽致。精度方面,目前喷墨技术大多是采用360DPI高分辨率,能满足一般产品的精度要求的。
  从以上三个角度来看,喷墨技术的发展已经很成熟了。
  3 陶瓷喷墨机发展趋势
  任何一个技术革新都需要一个理由,就是市场需求。瓷砖花色品种的发展,是离不开市场的需求来驱动的。那么,瓷砖表面装饰还有什么追求呢,在满足产量、质量、花色表现力的情况下,消费市场还需要哪些创新?
  瓷砖表面装饰主要由施釉和印花两种主要工艺手段来实施,既然喷墨印花的表现力已经很好了,如果要探讨陶瓷喷墨下一步发展的方向,喷釉自然是最热门的话题。
  近年来,随着各种功能墨水的出现,行内已经有喷釉的说法,但我认为目前在用的跟我们想象中的喷釉是不同的。我们现在喷墨机用的釉,是使用现有的技术,用大墨量的喷头,喷施一些功能性墨水,如下陷釉、拨开釉、哑光釉、亮光釉、白釉,精雕釉等。但是这些釉,其制作工艺、性能特性与颜色墨水是一样的,这跟我们传统的喷釉机、淋釉机用的釉完全不同 。我们目前喷墨机所用的釉是油性混合液,它的颗粒细度是在微米级别(1 μm以下),在油性高分子溶液的混合下能形成较稳定的液体,不易沉淀,稳定期较长(一般有半年)。而我们传统喷、淋用的釉是水和矿物质混合而成的浆料,它的细度在毫米级别(0.1 mm左右),这两个细度相差10 ~ 100倍。对于喷墨用的墨水来说,普通釉料中的颗粒很粗,易沉淀,性能不稳定,无法用于目前的喷头。基于喷头技术的局限,目前我们也找不到适合喷普通釉的喷头。同时,由于上述两种釉的制作工艺的巨大差别(普通釉用球磨机大批量生产,墨水是用超细研磨机小批量生产)。现在我们喷墨用的釉的成本比喷、淋用的釉高出十倍以上,用于普通瓷砖面釉不现实。
  关于喷釉的另一个想法,能否喷出有凹凸效果的图案,代替模具效果。要实现模具效果,首先要有能喷出足够釉量的喷头,目前是有能喷大墨量的喷头的,例如,我们使用赛尔2001测试,单个喷头能喷出250 g/m2的量,跟普通施釉差不多的。但要产生模具效果,另一个条件就要研发出能快速固化,堆出3D效果的釉料,这用目前的油性墨水无法达到。因为油性墨水常温下不能自干,更不能快速固化堆起来。要实现快干,打印出模具效果,要研发出另一种体系的墨水来,例如水性或挥发性的溶剂墨水。
  以上就喷头和墨水两个方面的情况,说明了现有技术离全数码施釉印花这个目标还很远。这也是目前陶瓷喷墨机技术的现状:机器处于较成熟的阶段,但也处于技术突破的瓶颈期。大突破要等,下文主要介绍现阶段陶瓷喷墨的创新点。
  3.1 喷头方面
  3.1.1高清喷头
  图案的高清程度由喷头的喷孔密度和点的大小决定,喷头的DPI(每英寸的墨点数量)越大,打印精度越高。陶瓷喷墨机问世接近20年,喷头的DPI在200、300、360、400的范围发展。目前在线的绝大部分机器都是360或400DPI的。其中赛尔、精工是360,星光是400。从打印效果来说,300到400DPI能满足一般产品的精度要求的,但是,如果要达到精细度更高的效果,就要有更高DPI的喷头。赛尔在2016年率先推出720DPI的2001系列喷头,是目前陶瓷行内DPI最高的。当然,在纺织、标签、广告、包装等数码印花领域,因为印花精度要求更高,因此有更高DPI的喷头。在精细印花领域,单pass打印300到400DPI是不够的,要在600到1200DPI左右。所以,瓷砖印花是相对要求较低的,这也是工业印花首先在瓷砖普及的原因之一。市场对印花的要求不断提升,就像我们的照相机、手机、电视屏一样,线数越来越高!因此,往更高的DPI发展是喷头技术发展的重要方向。赛尔的720DPI喷头,开了陶瓷高清打印的先河,配合它的8级灰度技术,可以打印出比目前更精细,更有层次的效果。当然,这也得要墨水、釉料技术、工艺的配合,否则,再好的喷头也打印不出高质量的效果。总之,通过使用更高DPI的喷头,达到更精细更有层次的打印效果,是陶瓷喷墨技术发展的方向,也是瓷砖表面装饰的发展方向。我相信,将来会有更多的大于400DPI的喷头出现,在相关陶瓷工艺的配合下,瓷砖的表面装饰效果还会不断的提升,瓷砖的精细程度,仿真效果会越来越高。   3.1.2大墨量的喷头
  这里先简单介绍一下喷头喷墨量的相关信息。喷头的墨水喷出量与该喷头每次喷出的墨点大小及喷出的频率相关。考虑到精细度的要求,喷头的基础墨点小一点才合适,所以,目前的主流喷头的基础墨点在6到24PL左右,墨水喷出量一般在每平方米几克到20克左右。这样的墨量对颜色墨水来说基本上是足够的,但是对功能性墨水,特别是喷釉就显得太少了。因此,目前的陶瓷喷墨工艺要求喷头既要能打印精细的图案,又要能打印大墨量的功能釉料墨水。为了达到这样的效果,办法之一是釆用灰度打印技术,如赛尔喷头最多可达8级灰度,即最大的墨点是基础墨点的7倍。我们常用的Gs12,基础墨点为12,最大墨点则达84PL。第二个办法是加大基础墨点,例如赛尔的Gs40,基础墨点是40PL,4级灰度单点达100多PL。近年,为发挥喷头优势,赛尔系列喷头最新推出了墨量倍增技术,使用1003系列每平方米的喷墨量达90多克。当使用2001时,达200多克。星光喷头则推出了H,HF等系列,也是为了提高喷头的墨水喷出量的。到目前为止,在陶瓷行业的几个主流喷头都具备了大、中、小墨量的产品系列,以应对陶瓷喷墨的需求。当然,如上所述,我们目前的喷头只适合使用跟墨水特性相似的油性墨水,不适合用于喷普通的釉料。所以,能喷普通釉料的喷头开发,是陶瓷喷墨装备继续发展的基础核心技术。
  3.1.3更长的喷头
  目前在用的陶瓷喷头,单个喷头的打印长度以为60 ~ 70 mm为主,其中赛尔是70 mm,星光64 mm。随着陶瓷产品规格越来越大,每个颜色通道的喷头越来越多,喷头多了容易产生喷头间色差,调整也麻烦一些。所以,使用更长的喷头,减少拼接数量,也是喷头的发展方向之一。目前陶瓷在用的主流喷头中,精工是108 mm的,是最长的喷头之一。可以预见,随着更多喷头企业对陶瓷喷墨类机器的关注,会有更多比70 mm长的喷头面市。当然,开发更长喷头需要相应喷头技术的支撑,否则损坏时单个头的价格也较高,设备的后期使用成本也会增加。
  陶瓷喷墨机出现20年,进入国内10年,作为核心部件喷头还未见国产的产品面市,喷头的国产化距离还有多远?这10年来,因研发各种喷墨机,本人与国外的主要工业喷头制造商一直有较深入的交流互动,也有和国内在研发喷头的专家有接触。从现状看,国产喷头虽然起步了,但与国外成熟品牌相比,还有很长的路才能赶上,电子产品的更新速度极快,我们起步晚而国外已经成熟,要多少年才能赶上目前还未能预计。
  3.2 喷墨机和功能墨水、施釉设备等结合起来创新
  3.2.1利用多种颜色墨水和功能墨水组合出新的效果
  利用多种颜色墨水和功能墨水组合出新的效果是目前比较盛行的做法,5 ~ 8个颜色墨水,后加几个功能墨水。但因为这只是从颜色的丰富度和功能墨水的顺序叠加这方面的组合,效果变化是很有限的。同时,当一台机器的通道太多时,机器精度会降低。还有在定单不多,某些墨水不经常用时,性能会发生变化,会影响喷头状态的维持,生产和设备管理比较麻烦。
  3.2.2利用喷墨技术开发干粒图案效果
  利用喷墨技术开发干粒图案效果,就是利用喷墨机喷出胶水图案,粘住干粒,造成凸出釉面的干粒图案效果,这是近年来比较成熟的方案。但干粒的变化有限,要辅助合理的图案设计,才能与喷墨打印结合,浑然一体,发挥出特别的装饰效果。
  3.2.3喷墨与丝印、辊筒印花结合的效果
  传统的丝网、辊筒印花出墨量大,有其独特的视角和触感效果。但随着喷墨印花的普及,这几年丝网、辊筒印花设备几乎消失殆尽。也没有太多用户钻研怎样与喷墨印花结合起来设计花色了。倒是辊筒印花因为易于操作,近几年国内外的客户越来越多使用,但多数用于非抛光类产品印表层保护釉或装在喷墨机后全抛釉前,印一层过渡釉,减少因墨水排墨造成的施釉不平现象。这种用法并没有发挥出辊筒印花釉层厚能产生特别的表面质感的优势,当然,这也要有专业的花色和工艺设计才能达到相应的效果。这方面,简一陶瓷就有不少成功的经验,他们通过把丝网、辊筒、喷墨机结合起来开发出一些纹理、颜色、层次很丰富的全抛砖和仿古砖产品。其效果让只用简单工艺生产的同行无法企及!
  3.2.4喷墨与喷、淋釉结合的效果
  通过以上的分析,目前离真正的喷釉应用距离还很远,而光用施釉后印花很难达到层次、颜色更丰富的效果。所以,我认为,喷墨结合传统的施釉工艺是目前可以研究的方向。我们可以研发一些特定功能、效果的釉料,在喷墨的前、中、后喷或淋施,从而创造出一些特别的纹理和层次效果的。只是,这方面目前很少同行去研究尝试,也就看不到相关产品面市。近年,我们也在做这方面的技术研究和试验。欢迎有兴趣的同行一起来探讨,共同开发出一些引领潮流的产品。
  除了以上的举例,喷墨创新的方式还有很多,如喷墨花色与坯体纹理的配合,花色与模具凹凸的配合,与传统的打点、云彩喷釉效果的配合等等。
  4 結 语
  本文介绍了陶瓷喷墨技术和应用的历史、现状和创新方向。因为与数字打印相关的喷头,驱动等核心部件还在不断进步,墨水、釉料也能继续改进,这些,都能为陶瓷喷墨机和应用的创新提供新的条件。可以预见,陶瓷喷墨技术的进步还未停止,瓷砖装饰的想象还会有不断的惊喜。
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