喷墨打印技术发展及陶瓷彩喷墨水概念及研究成果论文.doc

1 综述 1.1 喷墨打印技术的发展及陶瓷彩喷墨水的概念及研究成果 随着信息技术和计算机技术和自动化技术的迅速发展,采用计算机辅助的，用于制造各种形状复杂的形状的产品的技术也得到的跨越式发展。喷墨打印技术就是在这样的技术背景下产生的。喷墨打印成型技术是从三维打印成型技术发展而来的，同时结合了用于文字输出的喷墨打印机的原理。Airey等人认为喷墨打印拥有以下几点优势[1]： ⑴ 这是一种无接触的印制办法。打印设备并不与基片相接触，只有墨水被投射到基片上。图案可以打印到平坦或不平坦及其他复杂的表面上。这种技术已被用于印制食品上的复杂图案上，比如蛋糕，鸡蛋等。 ⑵ 可以在电脑上进行图案的设计，整个打印过程也由计算机控制，这意味着设计的图案可以快速的更改。这样就可以大大减少产品生产的时间。 ⑶高速。通常速度可以达到0.25-6m/s。 ⑷多彩。理论上可以产生任何色彩。现在的计算机已足够强大到同时控制100个喷口，每秒可产生六百万滴墨水。 ⑸可靠性。喷墨打印机没有运动机件。目前，打印机一周可连续工作100小时。 喷墨打印实现的关键是要有高质量的墨水，传统墨水都是将有机染料分散到有机介质[1],这种墨水有一个缺陷，就是打印后，经过光照或热会很容易褪色。现在市场上需要一种永久保存的印制效果的技术，尤其在玻璃和陶瓷上印制图案就更需要这种技术，以实现快速和个性化装饰的需要。 由于无机物的物化特性的稳定，人们想到了无机染料。由无机染料制成的墨水与有机染料所制墨水最大区别在于[1]，对于其他墨水，当图案被印制后，整个印制过程就结束了。然而对于无机染料墨水，还需要一个高温烧结。在烧结过程中，所有有机物和介质都会被烧掉。这样就制成了可以永久保存的图案。在三维打印成型技术中，所打印的介质为结合剂，而陶瓷粉体本身则以松散状态置于打印台上，显然，这种方法只制备多孔陶瓷。喷墨打印是用打印机把墨水一滴一滴沉积在由计算机控制的某一空间位置，进而完成陶瓷成型[2]。喷墨打印技术在陶瓷上的应用关键在于陶瓷墨水的制备。所谓陶瓷墨水就是含有某种陶瓷坯料、陶瓷色料或陶瓷着色剂的墨水。陶瓷墨水的组成和性能与打印机的工作原理和墨水有关。陶瓷墨水通常由陶瓷粉料、溶剂、分散剂、结合剂、表面活性剂及其他辅料构成。陶瓷粉料式墨水的核心物质，要求其颗粒粒度小于1μｍ，颗粒尺寸分布要窄，颗粒之间不能有强团聚，并具有良好的稳定性，受溶剂等其它物质的影响小，溶剂是把陶瓷粉料输送到受体的，同时有控制着干燥时间，使墨水粘度、表面张力等不易随温度变化而改变。溶剂一般采用水溶性有机溶剂，如：醇，多元醇，多元醇醚和多糖等；分散剂是帮助陶瓷粉料（色料）均匀的分布在溶剂中，并保证在喷印前粉料不发生团聚。分散主要是一些水溶性和油溶性高分子类、苯甲酸及其衍生物、聚丙烯酸及其共聚物等；结合剂是保障打印的陶瓷坯体和色料具有一定的强度，便于生产操作，同时可以调节墨水的流动性能。通常树脂能起到结合剂和分散剂的双重作用；表面活性剂式控制墨水的表面张力在适合的范围内；其它辅助材料主要有pH值调节剂、催干剂、防腐剂等[3]。 在国内，大连理工大学的甘志宏等人以纳米α-Al2O3为原料，用乳化分散法制备了稳定性，分散性良好的Al2O3陶瓷墨水[4]，且墨水能够满足喷墨打印的要求。陕西科技大学大学的江红涛等人用反相微乳液法制备了Span80-Tween60/正己醇/环己烷/FeCl3体系的陶瓷墨水[5]，可由于固含量和电导率太低，无法实现实际的应用。同时，天津大学郭瑞松等人也用反相微乳液法制备了水/Span80-Tween60/环己烷/ZrO2体系的陶瓷墨水[6]。西安交通大学的施建章等人通过研究一种多功能有机试剂SokalanPM70的添加量和Bi2O3-ZnO-Ni2O5固含量对墨水稳定性和粘度的影响，获得了具有较高固含量和较高稳定性的喷墨打印用的陶瓷墨水[7]。研究表明当Sokalan PM70的添加量约为3.2wt％时，墨水的稳定性很好，其固含量达到48.8 wt％，此体系墨水在驱动电压为10V，输出脉冲宽度为1.5，脉冲周期为800μ 左右时可获得较好的打印效果。天津大学的丁湘等人用分散法制备了BaTiO3陶瓷墨水，并发现BaTiO3陶瓷墨水的分散稳定性随PAA的加入量的增大而增大[8]。以上文献集中在适用于微型制造和快速原型制造的陶瓷墨水的制备上，且都很难用于大规模生产。虽有报道称东鹏陶瓷已经制备出适合喷墨打印的蓝色和黄色墨水以及打印样版，但距离投产还有一段距离。 世界上第一台工业使用的陶瓷装饰喷墨打印机是由美国Ferro公司研发成功的KERAjet系统，它使用20个赛尔XJ500工业打印头，能在陶瓷片上以180dpi的分辨率进行100％的从边缘到边缘的打印，实现有光泽或无光泽的装饰打印，它使用Ferro公司和赛尔公