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摘 要：本文阐述了喷印机器中的核心供墨系统的技术特点，提出了设计供墨系统时所要考虑的几点重要因素，提出了几种可实现的循环式供墨方法。
关键词：喷墨印刷机;供墨系统;循环式供墨系统
喷墨打印行业一直以来都是一个高利润、高收益的行业。近年来，随着出版客户需求增加，数字喷墨印刷机以其生产速度快，生产成本低、产品质量好，即时可变的快捷数据传送方法，在印刷市场占有重要的地位。数字喷墨印刷是结合了机械制造、软件工程、通信工程、化学工艺、过程控制等多学科的高新技术，从书刊出版印刷、个性相册制作、精美标签制作、包装印刷，数字喷码印刷在幾乎所有的印刷领域都呈现增长势头[1]。
喷墨系统是数字喷墨印刷机的核心技术，喷墨系统包括了喷头技术和供墨技术，喷头结构精密，加工困难，所以现在国内还不能自主开发，基本依赖于进口，主要有日本的京瓷、精工、理光、富士、柯尼卡美能达等厂家，价格比较昂贵。供墨系统相较于喷头，技术难度较低，但是要做好也存在一定的困难。能够为喷头持续、稳定的供墨，是喷头能够良好工作的基础，尤其的在高速工作状态下，稳定是关键，不稳定的供墨状态可能在生产中产生少墨、滴墨、卫星点飞溅、白线等缺陷，提高废品率，更严重的可能会出现漏墨或堵塞喷头的后果。
在设计供墨系统时，要考虑到以下几个方面[2]：
1）承载供墨系统的框架需要稳定，避免因剧烈晃动而引起墨盒内的负压产生急剧变化，产生滴墨的情况。
2）供墨系统的负压需要稳定，避免管路、阀、接头等地方漏墨漏气。
3）喷墨印刷使用的UV墨水具有一定腐蚀性，所以供墨系统中的所有与墨水接触的器件，在选用时必须测试与墨水是否发生反应。一般可选用尼龙、特氟龙、铝、EPDM等材料。
4）精密喷头都对墨水颗粒有严格要求，一般都小于0.6微米，所以供墨系统中应有颗粒过滤装置。
5）喷墨所用的UV墨水是典型的牛顿流体，在常温25℃呈有一定粘度的油性，粘度25cP，如要喷头能正常喷印，需加热墨水到50℃左右，粘度11cP，但加热温度过高（比如60℃），墨水中的一些化学物质会发生反应。所以在设计供墨系统时要考虑到加热和温度控制的因素。
1.简单的供墨系统介绍
一般印刷的承印物是水平放置的，因此喷印的喷头与承印物平行，是垂直向下的，喷头上有序的排列着上千个细小的喷孔，喷头上连接二级墨盒，二级墨盒通过墨泵从主墨桶抽取墨水并连续供给给喷头，在通常状态下，喷头上的喷孔是与大气接通的，因此墨水会在重力作用下自由滴落，供墨系统提供负压来抵消墨水滴落的重力，使墨水稳定维持在将要滴落的临界状态。
提供负压的方式有两种，第一种是简单的虹吸效应负压法，将二级墨盒至于喷头水平位置以下的高度h，则喷头与二级墨盒间产生压力差ρgh，可抵消墨水自身重力，这种方法易于实现设备简单，但精度低稳定性差，易受环境影响;第二种方法是利用负压泵抽取二级墨盒中的空气，人为的制造负压环境，抵消墨水自身重力，这种方法控制负压的精度高，但实现起来具有一定的难度。
2.循环式供墨方式
随着近些年喷头技术水平的不断提高，对供墨系统的要求也在不断升级，传统的静态供给墨水已不能满足某些高精度喷头的要求，动态的循环供墨技术越来越多的应用到了生产中。
循环式供墨系统的优势在于，墨水在循环的过程中一直是流动的，不会出现墨水长时间静止在喷头处的情况，有效的防止了墨水的结晶和沉淀，起到保护喷头的作用;二级墨盒一直加热流动的墨水，有效的控制墨水的粘度;系统中的除气装置可将墨水中的气泡排除，提高印刷质量。[3]
目前循环式供墨的技术实现主要有以下几种方法：
①利用负压和墨泵共同调节
这是一种典型的较稳定的循环式供墨系统。开始上墨时先由主墨桶通过主墨泵将墨水过滤后输送给二级墨盒中的回墨盒，再由循环泵墨泵抽取回墨盒中的墨水，经除气处理后输送给二级墨盒的进墨盒，除气模块内设置了单向的过滤膜，可将气体与墨水液体分离，分离后的气体经气泵排出。
二级墨盒的进墨盒和回墨盒分别链接了独立的负压系统，负压差成为墨水流过喷头的动力。二级墨盒中插入加热器和热电偶，保持s墨盒中墨水的温度恒定在45℃，使墨水一直在最佳的工作状态。二级墨盒中插有液位开关，可实时检测墨盒中的液位情况，如进墨盒液位低，则开启循环泵墨泵由回墨盒向进墨盒供墨;如回墨盒的液位也低，则开启墨泵1由主墨桶向二级墨盒内供墨。为实时检测流经喷头内墨水的流速和压力稳定，我们在喷头的进墨口和出墨口分别安装了液压传感器，并在系统中串联流量计，传感器的信号接入工控机中。由于负压系统可动态调节，所以二级墨盒的负压基本没有波动，墨盒为喷头稳定供墨。
由此完成的整个供墨系统可对单个喷头或者多个喷头同时供墨，在生产实践中，通过此种方式供墨的喷头能够喷印出品质更佳的印刷品，并且有利于提高喷头的使用寿命。
②利用串流的重力原理
这种方法以静态供墨中的虹吸效应为基础，与利用负压和墨泵共同调节的方法类似，将二级墨盒分解为进墨盒和回墨盒，其中进墨盒的高度高于喷头高度为H1，回墨盒高度低于喷头高度H2，工作时墨水在重力的作用下由进墨盒流经喷头再流到回墨盒中，又由回墨墨泵抽取流回到进墨盒中，以实现墨水循环。同样的，这种方法易于实现，但缺点是精度不高不稳定。
③利用墨泵实现循环
这种方法同样是将二级墨盒分为进墨盒和回墨盒，将两个墨盒放置在同一水平面上，用墨泵从进墨盒中抽取墨水经喷头流向回墨盒，再由回墨盒抽取墨水流回进墨盒，这种方法看似简单，但是要实现起来比较困难，其受制于墨泵的工作原理，墨泵在抽取液体时产生脉冲，可能会影响系统中的流速和液压，尤其在开启和停止两个点，波动较为剧烈，很可能发生滴墨的问题，因此单纯用墨泵来控制墨水循环可能发生不稳定的现象。
④利用文丘里效应实现循环
文丘里效应是指，受限流体在通过缩小的过流断面时，流体的流速增大的现象，其流速反比于断面面积，而通过伯努利方程P+1/2ρv2+ρgh=C得知，流速v增大，则压力P降低[5]。在系统中设置一循环泵带动墨水不停流动，墨管大小为恒定值，而喷头的管道很窄，即为缩小的过流断面，此处液体的速度因为通过横截面的面积减小而变大，因而压力也就减小，喷头下的喷孔链接大气，则减小的压力就会为喷头内的墨水提供一个外在的吸力，使墨水克服自身重力稳定存在喷头中。
这种方法的困难点在于控制能够使墨水处于滴落临界状态时，系统所需的稳定流速。在实际生产中这种方法实现的墨水循环供给也是精确且稳定的。
结论：优良的供墨系统对印刷机的正常运转，降低生产的废品率起到至关重要的作用，复杂的循环式供墨更能提高印刷品品相，本文提出的几种典型的供墨系统，都可生产中得到应用。
参考文献：
[1]陈锦新.喷墨印刷技术原理与发展趋势.广东印刷，2009（2）：42-46.
[2]劳同牧，张亚运，欧元贤.高速喷墨数字印刷机恒温恒压供墨系统设计.机床与液压，2018，46（13）：98-100.
[3]谭中原. SG1024工业喷墨打印机负压循环供墨控制系统优化设计[D].兰州理工大学，2016.
[4]孙文策， 刘宏升. 工程流体力学[M]. 大连： 大连理工大学出版社， 2012.
作者简介：
赵刚（1991.04）男，汉族，籍贯：天津市，天津长荣数码科技有限公司，硕士学位，专业：材料工程。
关键词：喷墨印刷机;供墨系统;循环式供墨系统
喷墨打印行业一直以来都是一个高利润、高收益的行业。近年来，随着出版客户需求增加，数字喷墨印刷机以其生产速度快，生产成本低、产品质量好，即时可变的快捷数据传送方法，在印刷市场占有重要的地位。数字喷墨印刷是结合了机械制造、软件工程、通信工程、化学工艺、过程控制等多学科的高新技术，从书刊出版印刷、个性相册制作、精美标签制作、包装印刷，数字喷码印刷在幾乎所有的印刷领域都呈现增长势头[1]。
喷墨系统是数字喷墨印刷机的核心技术，喷墨系统包括了喷头技术和供墨技术，喷头结构精密，加工困难，所以现在国内还不能自主开发，基本依赖于进口，主要有日本的京瓷、精工、理光、富士、柯尼卡美能达等厂家，价格比较昂贵。供墨系统相较于喷头，技术难度较低，但是要做好也存在一定的困难。能够为喷头持续、稳定的供墨，是喷头能够良好工作的基础，尤其的在高速工作状态下，稳定是关键，不稳定的供墨状态可能在生产中产生少墨、滴墨、卫星点飞溅、白线等缺陷，提高废品率，更严重的可能会出现漏墨或堵塞喷头的后果。
在设计供墨系统时，要考虑到以下几个方面[2]：
1）承载供墨系统的框架需要稳定，避免因剧烈晃动而引起墨盒内的负压产生急剧变化，产生滴墨的情况。
2）供墨系统的负压需要稳定，避免管路、阀、接头等地方漏墨漏气。
3）喷墨印刷使用的UV墨水具有一定腐蚀性，所以供墨系统中的所有与墨水接触的器件，在选用时必须测试与墨水是否发生反应。一般可选用尼龙、特氟龙、铝、EPDM等材料。
4）精密喷头都对墨水颗粒有严格要求，一般都小于0.6微米，所以供墨系统中应有颗粒过滤装置。
5）喷墨所用的UV墨水是典型的牛顿流体，在常温25℃呈有一定粘度的油性，粘度25cP，如要喷头能正常喷印，需加热墨水到50℃左右，粘度11cP，但加热温度过高（比如60℃），墨水中的一些化学物质会发生反应。所以在设计供墨系统时要考虑到加热和温度控制的因素。
1.简单的供墨系统介绍
一般印刷的承印物是水平放置的，因此喷印的喷头与承印物平行，是垂直向下的，喷头上有序的排列着上千个细小的喷孔，喷头上连接二级墨盒，二级墨盒通过墨泵从主墨桶抽取墨水并连续供给给喷头，在通常状态下，喷头上的喷孔是与大气接通的，因此墨水会在重力作用下自由滴落，供墨系统提供负压来抵消墨水滴落的重力，使墨水稳定维持在将要滴落的临界状态。
提供负压的方式有两种，第一种是简单的虹吸效应负压法，将二级墨盒至于喷头水平位置以下的高度h，则喷头与二级墨盒间产生压力差ρgh，可抵消墨水自身重力，这种方法易于实现设备简单，但精度低稳定性差，易受环境影响;第二种方法是利用负压泵抽取二级墨盒中的空气，人为的制造负压环境，抵消墨水自身重力，这种方法控制负压的精度高，但实现起来具有一定的难度。
2.循环式供墨方式
随着近些年喷头技术水平的不断提高，对供墨系统的要求也在不断升级，传统的静态供给墨水已不能满足某些高精度喷头的要求，动态的循环供墨技术越来越多的应用到了生产中。
循环式供墨系统的优势在于，墨水在循环的过程中一直是流动的，不会出现墨水长时间静止在喷头处的情况，有效的防止了墨水的结晶和沉淀，起到保护喷头的作用;二级墨盒一直加热流动的墨水，有效的控制墨水的粘度;系统中的除气装置可将墨水中的气泡排除，提高印刷质量。[3]
目前循环式供墨的技术实现主要有以下几种方法：
①利用负压和墨泵共同调节
这是一种典型的较稳定的循环式供墨系统。开始上墨时先由主墨桶通过主墨泵将墨水过滤后输送给二级墨盒中的回墨盒，再由循环泵墨泵抽取回墨盒中的墨水，经除气处理后输送给二级墨盒的进墨盒，除气模块内设置了单向的过滤膜，可将气体与墨水液体分离，分离后的气体经气泵排出。
二级墨盒的进墨盒和回墨盒分别链接了独立的负压系统，负压差成为墨水流过喷头的动力。二级墨盒中插入加热器和热电偶，保持s墨盒中墨水的温度恒定在45℃，使墨水一直在最佳的工作状态。二级墨盒中插有液位开关，可实时检测墨盒中的液位情况，如进墨盒液位低，则开启循环泵墨泵由回墨盒向进墨盒供墨;如回墨盒的液位也低，则开启墨泵1由主墨桶向二级墨盒内供墨。为实时检测流经喷头内墨水的流速和压力稳定，我们在喷头的进墨口和出墨口分别安装了液压传感器，并在系统中串联流量计，传感器的信号接入工控机中。由于负压系统可动态调节，所以二级墨盒的负压基本没有波动，墨盒为喷头稳定供墨。
由此完成的整个供墨系统可对单个喷头或者多个喷头同时供墨，在生产实践中，通过此种方式供墨的喷头能够喷印出品质更佳的印刷品，并且有利于提高喷头的使用寿命。
②利用串流的重力原理
这种方法以静态供墨中的虹吸效应为基础，与利用负压和墨泵共同调节的方法类似，将二级墨盒分解为进墨盒和回墨盒，其中进墨盒的高度高于喷头高度为H1，回墨盒高度低于喷头高度H2，工作时墨水在重力的作用下由进墨盒流经喷头再流到回墨盒中，又由回墨墨泵抽取流回到进墨盒中，以实现墨水循环。同样的，这种方法易于实现，但缺点是精度不高不稳定。
③利用墨泵实现循环
这种方法同样是将二级墨盒分为进墨盒和回墨盒，将两个墨盒放置在同一水平面上，用墨泵从进墨盒中抽取墨水经喷头流向回墨盒，再由回墨盒抽取墨水流回进墨盒，这种方法看似简单，但是要实现起来比较困难，其受制于墨泵的工作原理，墨泵在抽取液体时产生脉冲，可能会影响系统中的流速和液压，尤其在开启和停止两个点，波动较为剧烈，很可能发生滴墨的问题，因此单纯用墨泵来控制墨水循环可能发生不稳定的现象。
④利用文丘里效应实现循环
文丘里效应是指，受限流体在通过缩小的过流断面时，流体的流速增大的现象，其流速反比于断面面积，而通过伯努利方程P+1/2ρv2+ρgh=C得知，流速v增大，则压力P降低[5]。在系统中设置一循环泵带动墨水不停流动，墨管大小为恒定值，而喷头的管道很窄，即为缩小的过流断面，此处液体的速度因为通过横截面的面积减小而变大，因而压力也就减小，喷头下的喷孔链接大气，则减小的压力就会为喷头内的墨水提供一个外在的吸力，使墨水克服自身重力稳定存在喷头中。
这种方法的困难点在于控制能够使墨水处于滴落临界状态时，系统所需的稳定流速。在实际生产中这种方法实现的墨水循环供给也是精确且稳定的。
结论：优良的供墨系统对印刷机的正常运转，降低生产的废品率起到至关重要的作用，复杂的循环式供墨更能提高印刷品品相，本文提出的几种典型的供墨系统，都可生产中得到应用。
参考文献：
[1]陈锦新.喷墨印刷技术原理与发展趋势.广东印刷，2009（2）：42-46.
[2]劳同牧，张亚运，欧元贤.高速喷墨数字印刷机恒温恒压供墨系统设计.机床与液压，2018，46（13）：98-100.
[3]谭中原. SG1024工业喷墨打印机负压循环供墨控制系统优化设计[D].兰州理工大学，2016.
[4]孙文策， 刘宏升. 工程流体力学[M]. 大连： 大连理工大学出版社， 2012.
作者简介：
赵刚（1991.04）男，汉族，籍贯：天津市，天津长荣数码科技有限公司，硕士学位，专业：材料工程。