MEMS：喷墨的新世界
微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一项新兴的技术，但它已经开始从根本上改变喷墨打印头技术。MEMS是一个由微小的运动部件组成的三维立体装置。随着半导体行业的异军突起，MEMS装置也就应运而生了。
精工爱普生公司实现了对MEMS技术的商业化应用。该公司从1998年就开始向零售市场销售采用了微机电高分辨率喷墨打印头的POS (销售点广告)打印机。这些打印头能在SEAJet（一个静电致动喷射器的缩写）静电力的驱动下进行工作。SEAJet打印头主要由三层装置构成的：一是含有128个喷嘴的硅衬底，二是含有储墨器和一个压力版的中央硅腔层，三是含有电极的玻璃基板。每一层装置都是运用MEMS技术制作的，其中还包括深度刻蚀和多步掩模制图等。在完成了各层装置的制作之后，人们还要利用微机电技术将这三层结构连接在一起，形成所谓的“磁头工作间隙”。一个微型电阻可以对油墨进行加热并使其产生气泡，随着气泡的不断扩大，墨滴就会从喷嘴里喷射到纸张上。而当微型电阻停止加热的时候，气泡会发生破裂并产生一个真空，这样一来，就会有更多的油墨被吸入到打印头里。
MEMS的尺寸范围从一微米（一米的百万分之一）到一毫米（一米的千分之一）不等。在这样的尺寸下，物质典型的物理统结构就会发生变改变。硅基MEMS技术的最大好处能够达到亚微米的精度且能进行大批量生产。现在，这项技术已经被广泛地应用在打印头喷嘴、定位孔和通道结构的设计过程中。此外，MEMS喷墨打印头在生产过程中还采用了改性半导体制作、激光烧蚀、光刻、成型、电镀，湿法腐蚀、干法刻蚀、电火花加工等多项用于制造微型装置的技术。
HP Edgeline（惠普安捷）技术
在为客户提供高性能打印功能的角逐中，惠普公司率先开发出了HP Edgeline（惠普安捷）打印技术——基于墨水的高级打印引擎技术。这项技术的三大要素是跨页面打印头、纸张在打印头下方移动，以及墨水介质系统。可专用于满足市场的特殊要求，而且还可优化高性能，并提供更出色的打印质量。Edgeline 技术还包括智能自动校准写入系统，可确保提供一致的图像质量。
对于激光打印机，光导鼓或转印带以及热熔器必须直接压在纸张上，才能转印着色剂（碳粉），而喷墨打印技术不需要与纸张接触。打印头不与纸张接触可消除磨损，而且无需定期更换激光写入系统组件。Edgeline 技术的非接触打印头能够以一流的可靠性，持续打印 200 页 A 尺寸。
跨页面打印头
Edgeline 技术采用跨页面打印头，可提供极高的打印性能。纸张能以高达 35 英寸/秒的速率连续移动到打印头下方。第一代 Edgeline 技术打印机每分钟可打印 12 张 4 x 6 照片（零售照片亭）或多达 71 页 A 尺寸（一般办公设备）。未来，Edgeline 技术打印机预计每分钟可打印 100 页 A 尺寸。
4.25 英寸的 Edgeline 技术打印头。它采用 5 个打印头硅芯片（即压模），每个芯片上交错配置有 2112 个喷嘴。这种排列方式称为多压模模式。每个打印头共有 10560 个喷嘴，可打印两种颜色 — 即每种颜色 5280 个喷嘴。
1200个喷嘴/英寸可提供高打印分辨率，而且可在高印量的单色或多色套印打印模式下提供冗余。
硅片压模包括逻辑电源控制功能，以及墨滴发生器测量电路。这些电路中采用了惠普 (HP) 最高密度打印头电路密度技术 — 1 微米 CMOS 集成电路流程。
Edgeline 技术打印头非常独特，由装配在多层陶瓷 (MLC) 结构上的硅片压模构建而成。MLC 的热膨胀与硅匹配，可在非常平坦的承印物上轻松安装压模。Edgeline 技术打印头中所使用的陶瓷材料可提供出色的热稳定性和空间精确性。
MLC 有六个平面，每一层薄陶瓷基板都带有钨导鼓和穿孔。在高温下，当陶瓷基板熔化时，会形成一个稳固的多层印制电路板 — 该电路板可通过打印头旁的互连垫板，向每个压模路由信号和电力。墨水流经 MLC，进入打印头。这种将墨水从导鼓中分离出来的结构设计可确保更长的打印头寿命。
技术打印机可将纸张移到打印头阵列下方。一个适用于 A 尺寸（8.5 x 11 英寸）承印物的4色 (CMYK) 打印系统一般配有两个 4.25 英寸打印头，每个打印头可打印两种颜色。9四个打印头共有 42240 个喷嘴。跨页面的本机打印分辨率高达 1200dpi。
Edgeline 技术可使用多种纸张动作系统：基于成像鼓、移动模板和卷式连续打印。部分产品可用于打印无边距照片。Edgeline 技术系统可提供独立于纸张属性的精确纸张定位和传输。
Edgeline 技术基于磁鼓的打印机具备多种纸张处理创新功能，可提供高达 71 页/分钟的第一代连续打印速度。这一独特的系统是 Edgeline 技术的另一创新实例，具备可与其它同类高性能设备相媲美的可靠性级别。
它采用半固定式打印头，每个打印头配置有 10560 个喷嘴。在打印机整个使用周期内，可能会出现少数喷嘴打印质量不合格的情况。Edgeline 技术打印机可自动替换故障喷嘴，而且支持高品质的单色和双色套印打印模式。
适用于多种打印环境的墨水
HP Edgeline 技术可使用多种优化墨水，以满足具体细分市场的需求。例如在进行高速零售照片打印时，Edgeline 技术打印机使用惠普 (HP) 相纸及 HP Vivera 专业墨水。该墨水和介质的化学组合可提供最佳墨滴分布、墨水渗透、光泽一致性和广泛的色域。对于照片而言，防褪色性和防水性特别重要；将墨水和介质设计为一个系统后，可提供最优性能。
目前，办公打印主要使用普通纸，因此对墨水性能的要求有所不同。商业文档必须是品质一致的优质文本和图形，以及高光学密度、清晰的线条和边缘及极高的色彩饱和度。由于普通纸属性非常不稳定，因此增加了对墨水打印质量的要求。
办公文档打印与照片打印不同：需用亮丽的色彩装点文本，同时应确保实用性，可对文档进行注释、编辑和签名。这就要求墨水配方具备耐光性和防水性，而且可快速干燥，以便文档打印完毕后即可使用。
普通纸多孔易渗水，而且表面纤维能够致使墨水羽化。为获得出色的普通纸打印质量，就需要墨水在多种纸张上提供可预测的墨滴分布，12而且墨水必须在纸张表面形成稳定的薄膜，以防止着色剂渗入纸张内，导致色彩饱和度和打印光学密度的降低。
Edgeline 技术采用专为普通纸打印设计的 Vivera 办公墨水，实现性能新高，并满足高性能办公文档打印需求。这类墨水中的着色剂可在纸张表面快速凝固，以确保墨点大小一致，实现极高的色彩饱和度和高光学密度。以高达 71 页/分钟速度打印的输出可快速干燥，而且具备耐光性和防水性，可完全满足商业文档的需求。
柯达喷墨技术的进步
在今年的德鲁巴上，柯达将展出一系列新产品，并将对其最新的彩色印刷技术——Stream概念印刷机进行现场演示。柯达Stream喷墨技术是该公司的新一代连续喷墨技术（CIJ），它能将连续式喷墨从一项质量平平的适用于高速事务性促销文件和直邮打印的技术转变成一项能够在速度、质量和成本等方面向胶印发起挑战的高端技术。
此外，爱克发、网屏、宫腰、奥西和Impika等公司也将在德鲁巴上展出一系列高速喷墨产品。在这些产品中，除了柯达公司的Versamark打印机（连续喷墨技术）以外，基本上都采用了按需喷墨技术。目前，所有高速喷墨打印机采用的都是连续喷墨技术，虽然按需喷墨技术具有更高的质量和更强的灵活性，但它的速度确实比较慢。当然，随着技术的进步，这两项技术之间的差距正在变得越来越小，宫腰和奥西公司最新推出的按需喷墨打印机就都达到了500英尺/分钟（150米/分钟）的成像速度，这几乎已经与速度最快的柯达Versamark彩色喷墨打印机不相上下了。
Versamark VL2000打印机
Versamark VL2000是柯达公司推出的第一款采用了按需喷墨打印头（而不是Stream技术）的新型喷墨产品。兄弟/京瓷公司主要为奥西JetStream打印机提供打印头，所以大多数人都认为柯达使用的是松下跨页面（Panasonic Page Width Array）打印头。这款打印头的最大作业宽度为18.6英寸，每列打印头都能以75米/分钟 (250 英尺/分钟)的速度印刷两种颜色，这相当于它每分钟能在最大宽度为20.5英寸的卷筒纸上印刷500个信纸大小的图像。Versamark VL2000打印机能在单面印刷的模式下印刷全幅卷筒纸或在双面印刷的模式下印刷半幅卷筒纸。此外，它还能在不降低速度的前提下对单幅（9.5英寸）卷筒纸进行双面印刷。通过把两台Versamark VL2000打印机连接在一起，人们还可以以1000页/分钟的速度对全幅卷筒纸进行双面印刷。由于具有一个开放的设计结构，所以这款打印机还能与标准的印前和印后加工设备联机使用。
柯达公司曾经非常排斥按需喷墨技术，但是现在也意识到了这项技术所具有的优点。虽然该公司目前的Versamark系列打印机（VT3000、VX5000、VX5000e）能达到很高的速度，但它们的输出质量根本无法与新型按需喷墨打印机或施乐公司的490/980彩色连续式印刷系统相提并论。Versamark VL2000的速度虽然不如奥西JetStream快，但它的价格相对较低。
Versamark VL2000打印机目前只配备了两列打印头，但在必要的时候，它还能再增加个打印头阵列。松下打印头的一个主要特点是可以在三种不同的模式下工作。第一种是Versamark VL2000打印机所采用的那种模式，它能在600 dpi的分辨率和75米/分钟的速度下进行双色印刷；第二种模式是让打印机中的两个打印头阵列以150米/分钟的速度印刷同一种颜色；第三种模式是让打印机以75 到150米/分钟的速度印刷具有不同灰度值的同一种颜色。即将推出的升级版VL2000打印机可能就采用了四个打印头阵列，每一个阵列负责一种颜色的印刷，最高速度可达150米/分钟。虽然柯达并没有对这款新产品做出更多的评价，但有证明这款打印机的生产成本可以与胶印相抗衡。
Stream技术
目前正在Versamark打印机上使用的连续喷墨技术是利用压力使墨通过窄孔形成连续墨流。产生的高速使墨流变成小液滴。小液滴的尺寸和频率取决于液体油墨的表面张力、所加压力和窄孔的直径。在墨滴通过窄孔时使其带上一定的电荷，以便控制墨滴的落点。带电的墨滴通过一套电荷板使墨滴排斥或偏移到承印物表面需要的位置。而墨滴偏移量和承印物表面的墨点位置由墨滴离开窄孔时的带电量决定。这种系统的速度非常快，因为它既不会停顿，也不会受到过多的限制。但是，人们必须要记住一点，连续喷墨系统所使用的油墨必须是低黏度的液体，而且不能含有金属或其他元素，否则就会影响高压偏转系统的正常工作。此外，打印头制造技术对喷嘴的最小尺寸和数量也是有一定限制的。
柯达Stream喷墨技术不像传统的连续喷墨技术，它采用了一种基于连续喷射液流的热“pinch-off（压紧）”效应的新型喷墨印刷理念。这种方法是通过对围绕每一个喷嘴小孔的加热器施加一个有规则的脉冲，使油墨被激发而形成细小的墨滴。喷墨时用不到的墨滴会受气流作用偏离承印材料表面，并回流到供墨系统中。墨滴的尺寸和“pinch-off（压紧）”程度可以通过脉冲施加的时间间隔来控制。
Stream打印头是用MEMS技术生产的，并且采用了以硅为原材料的喷嘴。这种喷嘴流孔的直径大约为8微米。即将在德鲁巴上展出的Stream概念印刷机能够印刷分辨率为600 dpi灰度图，但在采用了尺寸更小的墨滴之后，这种印刷机甚至能够达到1200dpi的分辨率。Stream系统的墨滴落点比当前的Versamark技术要更精确一些。
Stream油墨可以使用尺寸在10到60微米之间的颜料颗粒。这些小颗粒可以减轻对硅基喷嘴的磨损，并消除常见的喷嘴堵塞问题。此外，它们的颜色密度也都有了很大的提升，并且具备了与染料油墨类似的色域。
速度
目前有三种方法可以提高喷墨打印机的速度：一是为每个打印头配备更多的喷嘴；二是为每台打印机配备更多的打印头；三是提高墨滴生成的频率。这三种方法都可以用在连续式喷墨印刷中，但按需喷墨技术却不能使用前两种方法。固定打印头阵列是最有前途的一种打印头，因为它只需要让承印物移动就可以完成印刷了。
多页文档
由于数字印刷机在印刷时要受到承印物种类和尺寸的限制，因此它并不适合用来对超过24页的文档进行印刷。以美国的《时代周刊》为例，如果人们想用数字印刷机来对其进行印刷，那么就要付出更高的代价，尽管如此，市场上也出现了一些专为书帖印刷而设计的数字印刷机，它们能让印刷厂以更高的效率对多页文档进行印刷。
总结
传统印刷业是以长版印刷为基础的，每一种产品的印刷数量越多，单位成本就越低。印刷买家深知这一点，有些人甚至为了降低印刷品的单位成本而故意加大自己的印刷数量。但是，随着互联网的兴起，印刷厂的短版印刷压力也变得越来越大——客户们往往只想印刷自己当时所需要的东西。此外，分散式印刷也促进了长短版数量的减少，目前的大多数杂志都是在不同的地点印刷的，而且为了降低成本，很多事务性邮件也都是在离邮寄点比较近的印刷厂完成印刷的。
数字化印刷战正在不断升温。虽然碳粉数字印刷机能够满足一些市场需求，但它仍然存在较大的改善空间。如果新一代喷墨打印机能够履行自己的诺言，那么它们也许就能突破数字印刷技术在生产效率上的瓶颈。喷墨印刷系统的尺寸非常灵活，它既能用在窄小的桌面上，也能用在宽敞的印刷车间里。由于喷墨系统的所有部件都集中在打印头上，所以它的复杂性有了显著的下降，操作人员也不需要从事大量的印前准备工作。
新型数字喷墨打印机必将在大容量事务性印刷市场上留下浓墨重彩的一笔。随着定制化和个性化印刷的日益流行，各种印刷技术在市场上的地位都将受到影响，但碳粉印刷机的主导地位仍然不会动摇。
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