纺织品喷墨印花设备的研究现状及其发展趋势yd15510

付少海 关玉 吴敏 贡干清

作者简介：付少海，男，1972年生，副教授，博士，主要研究方向为纺织品数字喷墨印花技术。

作者单位：江南大学数字喷墨印花中心。

原载:纺织导报2012 /11;52-54

综述了国内外主要喷墨印花设备的研究现状及喷墨印花机喷头的工作原理，探讨了目前我国喷墨印花设备制造和开发中存在的问题，指出开发集前处理 喷墨印花和后整理于一体的整体设备是未来喷墨印花设备的主要发展方向之一。

喷墨印花作为一种非接触、点阵式在织物表面上沉积或图案化着色剂的精细加工技术，适合时尚、个性化和小批量服饰的发展需求，符合我国纺织印染节能减排的战略方针，是业界普遍看好的未来纺织品印花发展的主要方向。目前，该技术在欧美、日本等发达国家已迅速普及，我国喷墨印花起步较晚，但随着清洁生产发展的要求，喷墨印花必将

为我国纺织印染企业提升层次提供绝佳机会。

喷墨印花设备是喷墨印花技术发展的主要标志之一，自20世纪70年代开始至今，喷墨印花设备大致分3代。第1代产品亮相于1987年国际纺织机械展览会，分别是美国Millitron公司开发的Millitron和奥地利Zimmer公司开发的Chromojet系列喷墨印花机，由于其分辨率较低，因此无法喷印精细图案，主要应用于地毯印花。第2代产品出现于1995年米兰纺织机展，是由荷兰Stork等公司开发的宽幅喷墨印花样机，与第1代产品不同的是第2代喷墨印花机主要采用了热气泡和压电式喷头，在印花精度上有了明显提高，分辨率在360～720 dpi范围内可调，比第1代产品(9～18dpi)高了40倍。第3代产品出现于2000年左右，以印花速度快、生产效率高为特点。

1 国外主要的喷墨印花设备及其特点

目前，国外生产喷墨印花设备的公司主要有美国的DuPont，意大利的MS、Reggiani，荷兰的Stork，日本的Konica Minoka、M imaki。DuPont公司生产的Atristri系列喷墨印花机，印花前后织物不需要进行特殊处理，采用的墨水是青、浅青、品红、浅品红、黄、绿、橙和黑等8色水性涂料墨水。其中，Artistri2020是当前比较流行的机型，Artistri3210型是其最新型的喷墨印花机，最大印花幅宽3．2 m，可以用于小样、大样和小批量棉、涤纶及其混纺织物的印花。

意大利MS公司是全球高速数码印花设备主要供应和制造商。近年来，该公司陆续推出MS JP5、MS JP6、MS JP5 Coat&Print MS JPK等型号的喷墨印花机。MS JP5采用了全新型压电式喷头和尖端的导带定位控制系统，将导带步进半径的偏差控制在了0．01 mm范围内，保证了打印的高精准度；另外该机器采用了开放式的注墨系统，为客户添加墨水提供了便利。为了实现厚重织物的喷墨印花，MS JP5还抬高了喷头，使其印制高度增加到了10 cm。MS JP6是一款高速喷墨印花机，为MS JPK和MS LaRio系列的入门型号，其结构包含JP6数码印花机、干燥系统、放卷机和收卷机等4个部分。MS LaRio是当今全球最快速的数码印花设备，最快速度达每分钟75 m，幅宽1．8 m，可完成8 000 m2/h印花业务，其印花速度堪比传统圆网印花机。意大利另一家设备供应商是Reggiani公司，其旗下的ReNOIR系列喷墨印花机采用了日本京瓷公司的Kyocera KJ4喷墨印花头，其有效工作幅宽为1．8、2．4、3．4 m，具有设备的维修成本低、颜色更换速度快等优点，适合的墨水包括了酸性、活性、分散和涂料

等水性墨水。

MS LaRio高速数码印花机

荷兰Stork公司生产的喷墨印花包括Amber、Zircon、Amethyst~Tourmaline。Amber是Stork公司1999年推出的喷墨印花机，实现了在坯布上的高质量印花。Zircon喷墨印花机带有卷绕装置，适合生产试销和批量定制产品。Amethyst喷墨印花机采用连续喷墨技术，可在棉、真丝和粘胶等坯布上进行真彩印花，布卷高达250 m，幅宽1 650mm，油墨储存量可满足16 h不间断的印花。Tourmaline喷墨印花机采用压电式喷头，可按照工艺需要改变墨滴大小；采用8色墨水，每色180个喷嘴，印花速度达42 m2／h。印花中织物始终平整地贴附在导带上，实现了输送过程中织物张力的自调；外部供墨系统保证了墨水平稳、不间断地供给，印花幅宽达2．2 m，可用于丝绸、聚酯和弹力等纺织品织物的印花。

日本Konica Minolta公司生产的喷墨印花设备是Nassenger系列。其中，Nassenger VII型高速喷墨印花机的打印头采用了KM512喷嘴，配置了24个喷头，印花速达210～280 m 2／h，速度比先前的Nassenger V提升了3．6倍。该印花机通过多级记录模式控制喷打墨滴大小，从而实现了颜色从亮色到黑色的平滑过渡。大容量墨槽可以支持机器连续数小时印花，其内置排气系统确保了墨水连续、稳定供应。日本东伸工业株式会社推出的IcHIN0sE2030喷墨印花机，幅宽1．83 m，25 mm布厚可顺利喷射，也是当前的主流机型

之一.

2 我国喷墨印花设备及其特点

国内生产喷墨印花设备研究起步较晚，但经过近几年的不断努力和国家政策的大力扶持，也取得了斐然的成绩。特别是以杭州宏华数码科技为代表的设备制造商，该公司自2000年生产出第1台喷墨印花机开始，经过近几年的不断发展和创新，喷墨印花设备制造水平也在不断提升。在2012年的ITMA ASIA+CITME展会上，宏华新推出VEGA超高速数码印花机，该机器配备了2 558个工业级喷头和超凡的控制系统，最高印花速度达400 m2／h，是目前国内最快的喷墨印花机。此外，VEGA的喷头高度可以自由调整，适用于各种不同厚度的面料。该机型将非凡的打印速度和精美的图案表现力集于一身，加之与传统印花几乎同一级别的生产成本，使大批量数码印花生产成为现实。目前，杭州宏华数码科技股份有限公司占据了国内约80％的市场份额，成为国内喷墨印花设备的代表型企业。

3 喷墨印花设备的喷头技术

喷头是喷墨印花设备的关键部分，目前用于数码喷墨印花的喷头主要有3种细分形式：连续喷墨和按需喷墨，其中按需喷墨又分热气泡式和压电式。3种不同喷头技术在印花机上的应用情况如图1所示。

图1 3种喷头技术在喷墨印花机上的应用数量

连续喷墨由Sweet发明，并在1969年由Hertz进行了改进。在这种喷墨系统中，连续的墨滴流由直径为10～100µm的喷嘴喷出，产生的墨滴流经1个空气阀控制，有选择地喷射到基质上形成印花图案。1975年，美国Milliken公司根据这种原理，推出了适用于地毯和室内装饰品的8色喷墨印花机，由于这种机器的印花质量超过了一般的地毯印花方法，并且印花速度合适，在市场上获得了极大成功，被认为是喷墨印花历史上的里程碑。连续喷墨印花使用的墨水粘度在100～400 cP.由于这种印花方式的给墨量很大，导致其分辨率低，仅有20 dpi左右，所以其应用范围受到了极大限制。

热气泡式是Encad和canon采用的喷头技术，其工作原理是喷墨装置根据输入的电信号瞬间将一个电阻加热到350℃状态，使墨水汽化形成气泡，推动墨滴从喷嘴中喷出，从而在织物上形成图案。电信号撤销后，气泡冷却消失，墨室重新填充上墨水。热气泡式喷头的作用频率约10 000次／s，即每秒钟可以喷出10 000个墨滴，每个墨滴的体积约

为150～200 pL，比压电式喷墨方式喷出的墨滴体积稍大，因此，热气泡式按需喷墨印花机的分辨率较压电式低，但远远高于连续式喷头的喷墨印花机。热气泡式喷头的优点是制造成本低，但其使用寿命短、可靠性差，且对墨水的稳定性要求高。

压电式喷头具有超长使用寿命，墨水适应性广泛，特别适用于图形艺术等专业应用领域，是当前喷墨印花设备中应用最多的喷头技术。压电喷头的制造商主要有日本Epson、Seiko，英国XAAR，以色列Aprion和美国Spectra公司。压电喷头的工作原理如图2所示，喷头中的压电晶体根据输入的电信号膨胀，挤压墨水从喷嘴中喷出，在织物上形成图案；电压信号消失后，压电晶体恢复到原来的正常尺寸，墨室在毛细管作用下重新充满。压电式喷头的作用频率约14 000次／s，即它每秒钟可以喷出14 000个墨滴，每个墨滴的体积不超过150 pL。

图2 压电式喷嘴喷墨过程示意图

4 我国喷墨印花设备存在的问题和发展展望

尽管喷墨印花设备已经发展了30余年，但印花速度慢、设备成本高仍然是制约喷墨印花技术发展的主要因素。目前，我国喷墨印花设备主要存在以下问题：(1)喷墨印花设备关键技术仍然掌握在国外大公司的手中，技术处于垄断状态；(2)在提高喷墨印花速度方面，我国多数企业还是通过增加喷头的数量来实现的，这样就不可避免地增加了设备的投入和运营成本；(3)喷墨印花前处理和后整理设备大多都是传统印染设备的缩小版，喷墨印花专用的整理设备基于这种现状，笔者认为未来我国喷墨印花设备发展的主要方向是：(1)加大基础研发力度和投入，攻克喷头等喷墨印花设备制造中的关键技术；(2)将喷墨印花设备开发和印花工艺研究结合起来，开发整体设备，即开发前处理、喷墨印花和后整理于一体的喷墨印花整体设备，类似于以色列Kornit公司推出的一体化成衣喷墨印花机及意大利MS公司的MS JP5 Coat&Print印花机；(3)开发适用于不同纺织品的专用喷墨印花设备，如开发成衣喷墨印花机、裁片印花机等。

在印染企业面临节能减排、技术更新等巨大压力的形势下，喷墨印花的优势开始逐渐显现，喷墨印花技术的推广和发展也势在必行。目前，降低喷墨印花设备成本，提高喷墨打印速度，加快喷墨印花配套设备和耗材的研制是设备厂商面临的主要挑战。据统计，2011年我国各种型号的喷墨印花机的保有量约为700台，相当于2008年的3．3倍。2008年全国喷墨印花量为0．4亿m，占印花总量的0．33％，而2011年全国喷墨印花量为1．4亿m，占印花总量的0．86％。从2008年和2011年的数据可以看出，虽然喷墨印花产品量在我国纺织印花行业的比重还是很小，占印花总量的比例还不到1％，但其增长速度较快。从长远看，喷墨印花的市场比重将依然呈现快速增长的态势，据权威研究报告预测，2009-2014年，全球纺织喷墨印花机年增长率可达23．1％。这充分说明纺织品喷墨印花必将会有一个飞速的发展。

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