一、概述
近年来，随着电子出版、跨媒体出版技术的发展，传统印刷方式的市场受到极大冲击，数字印刷技术发展日新月异。数字印刷目前的市场定位主要是短版印刷、即时印刷、按需印刷和可变数据印刷。通俗地讲，数字印刷是能按照用户的时间要求、地点要求、数量要求、成本要求与某些特定要求等来向用户提供相关服务的一种新型印刷服务方式。
喷墨技术逐渐成为数字印刷主流技术之一。喷墨技术的应用领域日益广泛，从桌面照片打印机到数字打样系统再到数字印刷机，并在每个领域都呈现出增长的势头：在小幅面打印领域，喷墨打印机逐步成为家用、办公用和商用的通用产品，国内市场销售量为数百万台；在中、宽幅面打印领域，喷墨系统将成为数字打样和数字印刷的主流产品。喷墨印刷正在向着几乎所有的印刷领域进军，随着新型耗材的研发以及技术的改进，其印刷质量也越来越好。从DRUPA 2004可以看出，喷墨印刷已经跻身于技术亮点之列，并在刚刚结束的DRUPA 2008上继续成为展会的主题之一。
二、喷墨印刷技术原理
喷墨技术采用的是一种计算机直接控制输出的技术，无印版、无压力、非接触，具有无版数字印刷的共同特征，并可实现按需印刷和可变数据印刷。喷墨技术的原理是，首先将由计算机产生的彩色图文信息或来自印前输入设备的彩色图文信息传递到喷墨设备，再通过特殊的装置，在计算机的控制下，计算出相应通道墨量，喷墨成像装置控制墨滴以一定速度由喷嘴喷射到承印物表面，最后通过油墨与承印物的相互作用，使油墨在承印物上再现出稳定的图文信息。
喷墨技术的形式各异，按墨水喷射是否连续可分为连续喷墨和按需喷墨两大类。工业印刷系统中采用的喷墨技术多是连续喷射型。而比较小型的，则多采用按需喷射型。
连续喷墨的基本原理如图一所示。在设备工作期间，墨水在墨滴发生器的作用下从喷嘴连续不断地喷射出去，被引导进入充电电极之间分裂成细小的墨滴，并同时带上相同符号的电荷；带电墨滴进入偏转电场，依靠其在偏转电场中偏转幅度的不同，或被墨滴收集器捕获进入循环回路最终被送回墨滴发生器供重复使用，或发生偏转避开墨滴发生器最终到达承印物表面，形成图文信息。连续式喷墨系统具有频率响应高，可实现高速打印等优点，但这种打印机的结构比较复杂，需要加压装置、充电电极和偏转电场，终端要有墨滴回收和循环装置，在墨水循环过程中需要设置过滤器以过滤混入的杂质和气体等，因此难以批量生产。
图一 连续喷墨基本原理示意图
连续喷墨打印技术作为一种高速数码印刷设备普遍采用的技术，应用相当广泛，在drupa2008上有多个厂商的多款新设备展出。柯达在这次展会上展出了其最新研发的Stream喷墨打印技术及其概念机。Stream是一种采用“热敏截断（thermal pinch-off）”的全新理念的连续喷墨打印技术，同时墨水中加入了10～60nm的微粒，墨水干燥性能独特，具有更快的速度和更优异的打印质量，虽还无法立即展开工业应用，但代表了柯达喷墨打印产品技术未来趋势。
按需喷墨技术是仅在需要喷墨的图文部分喷出墨滴，而在空白部分则没有墨滴喷出。这种喷射方式无须对墨滴进行带电处理，也就无须充电电极和偏转电场，喷头结构简单，容易实现喷头的多嘴化，输出质量更为精细；通过脉冲控制，数字化容易；分别选用黄品青油墨和喷头即可实现彩色记录，彩色化容易；但一般墨滴喷射速度较低。常见的有热气泡喷墨、压电喷墨和静电喷墨三种类型，当然也有其它类型。
热气泡式喷墨技术的实现原理是：在加热脉冲(记录信号)的作用下，喷头上的加热元件温度积聚上升，使其附近的油墨溶剂汽化生成数量众多的小气泡，在加热时间内气泡体积不断增加，到一定的程度时，所产生的压力将使油墨从喷嘴喷射出去，最终到达承印物表面，再现图文信息。热气泡式喷墨技术基本原理如图二所示。
图二 热气泡喷墨技术基本原理示意图
压电喷墨技术的实现原理是：将许多小的压电陶瓷放置到打印头喷嘴附近，压电晶体在电场作用下会发生变形，到一定的程度时，借助于变形所产生的能量将墨水从墨腔挤出，从喷嘴中喷出，图文数据信号控制压电晶体的变形量，进而控制喷墨量的多少。基本原理如图三所示。
图三 压电喷墨技术基本原理示意图
静电喷墨技术的实现原理是：在喷墨系统和承印物之间的电场，通过图像信号改变喷嘴表面张力的平衡，在静电场吸引力作用下， 使墨滴从喷嘴喷射出去，到达承印物表面形成印迹。静电喷墨的基本原理如图四所示。由静电喷墨技术产生的墨滴尺寸远远比喷嘴的尺寸要小， 因此具有高分辨力的特点，而且容易实现喷头的多嘴化；但需要较高的工作电压。
图四 静电喷墨技术基本原理示意图
按需喷墨技术相对于连续喷墨技术而言，虽然速度较慢，但拥有质量更佳、应用领域更广的优势，同时，随着技术的完善与成熟，喷印速度稳步提升，业内对按需喷墨打印技术的认可度不断提升。在刚结束的drupa2008展会上，FUJIFILM Dimatix展出的新技术包含Shaped Piezo Silicon MEMS技术、采用压电按需喷墨打印头及单纸路喷墨打印设备的原型机。基于 MEMS 技术的打印头产品提供对喷嘴形状更精密的控制，和更精密地控制硅晶片上绝对位置，允许在更远的喷射距离上保持更高的液滴落点精度。坚固耐用的硅结构使操作更加可靠，以及使用寿命更加长久，所有这些都是制造新型打印机和开辟新的应用领域所要求的属性。值得关注的还有，柯达推出其史上第一款高速按需喷墨打印机Versamark VL2000，新型Versamark VL2000在保持与现有Versamark VT3000相同速度的同时，彩色图像品质获得大幅提升。
三、喷墨印刷技术领域的发展趋势
下面单从技术层面上来看一下喷墨技术未来的发展趋势。
1.分色过程中的色彩控制和管理
分色过程中精准的色彩管理技术是影响喷墨印刷品质的关键。基于ICC规范的色彩管理技术原理如图五所示。
图五 基于ICC规范的色彩管理技术实现输入系统RGB模式向喷墨系统CMYK模式的转换
基于ICC规范的色彩管理思想是将CIE 颜色系统作为描述各种设备颜色特性的共同语言和标准。它能兼容其它色彩管理软件或系统，可以在多个工序之间实现色彩的流通和管理；可根据实际需要灵活选择不同的色彩转换方式。这有利于实现整个数字化印前和印刷工艺流程统一的色彩控制和管理。当然，这种色彩管理思想也有一定的缺陷：
①混乱的色域映射方式：对每一种特性文件都有四种不同的映射方式（感观的、饱和度的、相对色度的、绝对色度的），如果利用两个不同的特性文件进行一次颜色转换，将产生4×4＝16种混合选项，这给实际操作带来了困难。
②色彩管理模块不统一：目前市场上有许多具备色彩管理功能的软件，但是各个软件内部使用不同的色彩管理模块，进行颜色转换时最终产生的结果会有偏差。
③黑通道的问题：不同维数的色彩空间的转换过程中，色彩精度损失较大，尤其是K值，完全靠数学运算产生，与印刷样张上的K值有所不同。
④不适用于高端专业的需求：如果用户要求较高，就要不断创建优化的特性文件，并且要手动编辑它们，这个过程比较麻烦。
⑤没有考虑到网点增益。基于ICC的色彩管理技术没有考虑到网点的增益，这就对样张质量有很大的影响，如果样张的网点扩大不能匹配印张，就不能有最优化的模拟样张。
⑥没有将校准和特性化分开进行：打印机校准和特性化没有严格分开。设备、材料和工艺特性等一旦发生变化，必须重新生成特性文件。
⑦不适用于远程操作：由于校准和特性化没有始终分开进行，要求在远程也有非常有经验的员工重新进行特征化，但往往实际条件并不具备，而且这也会增加成本。
这些都成为当前影响输入系统RGB模式向喷墨系统CMYK模式转换精度的因素。完善ICC 色彩管理思想或建立新的色彩控制和管理模型，就显得比较必要。
实际上，随着科学技术的不断发展，人们一直在进行着研究新的色彩管理系统的努力。据资料显示，由微软公司新近推出的Windows Vista操作系统中采用了色彩管理系统WCS（Windows Color System）。WCS基于色貌模型CIECAM02，将提供更逼真的屏幕效果，更全面的色彩展示，以及更逼真的打印技术，通过新工具的利用，能更好的支持数码相机及彩色打印机等相关硬件。WCS被认为是一个动态的色彩管理系统，它采用全新的特性文件结构，特性文件采用可扩展标识语言XML（Extensible Markup Language）编写，简化了特性文件创建、检验和编辑的过程；WCS采用色貌模型CIECAM02作为色域映射的标准颜色空间，可以在一个确定的环境下再现不同视觉条件的颜色属性，与此同时，还支持16位和32位的更加精确的颜色，可以包括更大范围的颜色；在用户进行颜色转换时，可以根据具体要求选择合适的色域映射模型以及源设备和目标设备的视觉模型；WCS具有较好的可扩展性和兼容性。
WCS第一次将色貌模型引入到色彩管理系统中，突破了现有的颜色管理方法，建立了一种全新的色彩管理理念，使用户能够预测不同视觉条件下的颜色效果，解决了这个长期困扰人们的难题。基于色貌模型的色彩管理技术将会对现代色彩管理技术产生很大的冲击，同时也为未来的色彩管理技术的发展指明了方向。
现在人们已经开始尝试将新的色貌模型iCAM应用到色彩管理中，以实现跨媒体、跨平台以及高动态范围颜色复制过程的色彩管理，随着人们研究的不断深入，相信基于iCAM甚至更完美的色貌模型的色彩管理系统将会很快被开发出来，色彩管理技术将会更加完善。新技术的研究与应用和新产品的开发，将让我们拭目以待。
除此之外，高保真分色和加网技术也将进一步促进喷墨技术的色彩管理和控制以及印品质量的提高。高保真印刷技术是相对四色打印和印刷技术而言。在四色印刷中，采用的是C、M、Y、K四色油墨进行印刷。从理论上讲，只要采用C、M、Y三色油墨就已经足够了。但实际上，由于工艺上的种种原因，还需要增加黑墨。同样，两种基本色叠合出来的二次色也不令人满意，还必须增加二次色的专色油墨。如M、Y两种油墨叠合产生的红色不如专门的红色油墨鲜艳。在这种理论前提下产生了高保真印刷，即在四色印刷的基础上增加几种专色印刷，以扩大印刷品的色彩表达能力。常规彩色分色技术将原稿的颜色分为青、品红、黄三种基本色，再加上黑色，组成了印刷品可表示的色谱范围。与天然色相比，这个范围（称为颜色覆盖范围或覆盖伞）小得多。换句话说，自然界丰富的色彩，仅用4种油墨调和是表现不出来的。采用六色、七色、八色高保真彩色来制作印刷品，其目的之一是为了扩大色彩再现范围，更逼真地反映自然。由于采用超过四色进行分色印刷的印刷品，其色彩无法用常规四色分色技术再现，因此这项技术在高附加值印刷品方面具有其特殊的地位。
2.喷墨打印头的设计
喷墨打印头技术非常重要，喷墨技术的巨大发展主要是始于喷墨打印头技术原理的发展。
连续喷墨系统具有频率响应高，可实现高速打印等优点，但这种方式的喷墨打印头结构比较复杂，需要加压装置、充电电极和偏转电场等，难以大批量生产。
按需喷墨系统喷墨打印头结构简单，容易实现喷墨头的多嘴化，数字化和彩色化容易，图像质量较为精细，但一般墨滴喷射速度都较低。
热气泡式喷墨头喷嘴总数可达几百个甚至上千个，喷嘴相当精细，能产生出丰富的调和色及更平滑的网目调。墨盒与喷嘴组成一体化结构，更换墨盒时即同时更新喷墨头，这样就不必再担心喷头堵塞，但却造成耗材浪费，成本相对较高。
由于热气泡喷墨的工作温度都很高， 一般大于300℃， 往往会在加热电极上沉积了不容物（这些沉积物有无机盐类， 主要来自油墨中的无机杂质；也有有机化合物，主要来自油墨的热分解产物），从而使加热电极的汽化作用降低， 会造成墨滴数量少、墨滴体积减小，严重时会造成打印头不能正常工作，对使用寿命造成影响。此外，高温下墨水易发生化学变化，性质不稳定，打印质量也会受到一定程度的影响；另一方面，由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小很不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，也在一定程度上影响了打印质量。
压电式喷墨技术通过控制电压来有效调节墨滴的大小和使用方式。与热气泡喷墨技术相比，压电喷墨技术具有墨滴形状相对规则、墨滴大小和喷射速度可控、没有溅射、定位准确、可以选用更多类型的墨水、喷墨头使用寿命相对较长等优点。压电式喷墨技术还可采用颜料墨水，防止紫外线照射时所引起的变色和褪色现象。用压电式喷墨技术制作的喷墨头成本较高，为降低用户使用成本，一般都将打印喷头和墨盒分离，更换墨水时不必更换打印头。压电喷墨技术的缺点是一旦喷头堵塞，无论疏通或更换费用都较高，且不易操作。
在压电技术的基础上研发出的微压电喷墨头技术对墨滴的控制能力更强，墨滴微粒形状更为规则、定位更加准确，打印分辨率提高，更容易实现高精度打印。基于压电喷墨的打印技术最具发展潜力，能够挑战传统的印刷工艺。
热气泡喷墨技术和压电喷墨技术各有优缺点，目前市场上喷墨设备多立足于这两项技术。采用热气泡喷墨技术的主要为佳能和惠普等公司的产品，采用压电喷墨技术主要为爱普生公司的产品。
尽管按需喷墨技术较之连续喷墨技术在速度方面有所不足，而且每种按需喷墨头技术也都有其自身的缺陷，但是随着技术的改善和新材料的研发，按需喷墨系统的速度已经有非常大的提高，而且各喷墨打印头厂商也都在不断完善自己的产品，使之更能适合市场的需要。
例如世界领先的压电按需喷墨产品供应商FUJIFILM Dimatix 公司，其压电按需喷墨打印头拥有优异的高频喷墨和喷射多种多样液体的能力，这种优异的高频喷墨特性并不以牺牲液滴的落点精度为代价。生产速度下的喷印精度，使得打印头上的每一个喷嘴均可高速喷印操作，不影响液滴落点精度。而且具有高占空比和长寿命特性。
为了提高输出质量，除了改进喷墨头技术外，许多厂商还在墨滴调制上做文章，微小墨滴调整技术、智能墨滴变换技术、精细相片打印技术等技术都被采用到喷墨输出设备当中，大大提高了喷墨系统的输出质量。
3.喷墨印刷用纸
喷墨印刷的特性决定了它的承印物可以多种多样，如纸张、塑料和金属等，要求的基本特性是吸墨速度快，墨滴不扩散。还应具有以下性能：①要有良好的记录性能，吸收能力强，吸收速度快，有较高的分辨率，印出的图像清晰美观，色彩均匀，印刷效果理想；②记录速度快，喷上的墨水能够快速蒸发干燥，避免墨点在承印物表面上扩散。③单就喷墨印刷用纸而言，为防止墨点在纸上扩散，一般采用涂布纸或高光相纸，要求表面光洁并有一定施胶度，既能快速吸收墨水，又能避免光的散射。要求涂层有一定的牢度和强度，不易划伤；④保存性好，耐水、耐光，不易褪色。
目前市场上常用的有三种喷墨打印纸：普通喷墨打印纸、喷墨打印涂布纸和微孔型喷墨打印涂布纸。
普通喷墨打印纸属于低档打印介质，用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机上，价格较低。由于没有经过专门的涂布处理，只适用于单色打印，在要求高质量的彩色打印特别是照片的打印时，极易出现渗透、粘脏等毛病，严重影响喷墨打印质量。
喷墨打印涂布纸的接收层能与着色剂有效作用，增加其粘着性能，获得高印刷色度；不同颜色交界处不会发生相互渗透模糊边界的现象；图文的耐水、耐光性能也有很大的提高。
微孔型喷墨打印涂布纸具有特殊的微孔结构，其涂层吸墨力很强，即使是打印很深色调的部分也能表现很好的层次感；干燥速度很快；其涂层材料很细腻，不但亮度高，而且能够匹配高精度的照片打印；具备很好的耐水、耐光性能。
4.喷墨印刷油墨
墨水是喷墨印刷系统的主要耗材。墨水的类型决定了一个喷墨印刷系统所能使用的承印材料、印刷适性以及印刷速度。喷墨印刷用油墨，是粘度适中的专用墨水，应具有以下性能：①无毒、不堵塞喷嘴、喷射性良好、对喷头的金属构件不腐蚀等；②对于热气泡式喷墨系统，要求热稳定性良好，因为工作温度达到300-400℃，如果墨水不耐高温就会分解或变色；③必须有足够的表面张力，以防止喷出时墨水溅射出去；④具备快干性，以防止墨水在承印物上扩散。
当前可用于喷墨印刷的油墨主要有两种，一种定义为非全固含量油墨；还有一种叫全固含量油墨。
在非全固含量油墨当中，又分为水基墨和溶剂墨。水基墨使用颜料或者染料作为成色剂，其它主要原料就是水。水性油墨通常用于家庭或者小型办公室的喷墨打印机上，依靠其渗透和吸收能力完成整个干燥过程，当然这个过程中也伴随着水分的挥发，但总体来说干燥速度是比较缓慢的。这种墨水自身的性质降低了色密度，同时因为油墨会渗入基材的深层，会降低油墨在纸张上的分辨率。
相对于水性油墨来说，溶剂型油墨干燥速度快，这种油墨的印品相对来说光泽度还可以，油墨干燥后对承印物的附着度高，一般对环境的温、湿度不敏感。但是溶剂型油墨中的有机溶剂会对环境造成污染。环保溶剂型油墨应运而生，用无毒无污染的溶剂来代替普通溶剂。
当在喷墨打印纸或涂布基上打印或印刷时，使用水性和溶剂型油墨，图像的质量和持久性都可以接受，但是当在吸收性较差的承印物（比如金属、玻璃和塑料等上）打印或印刷时，就有可能得不到持久、清晰的图像效果。为了解决这个问题，就引进了全固含量油墨。
全固含量油墨主要有两种，相变化油墨和UV紫外固化油墨。相变化油墨没有需要挥发和渗透的组分，干燥速度非常快。它的组成很简单，主要连接剂就是低熔点高分子。
还有一种就是UV紫外固化油墨，是本世纪初刚刚发展起来的。主要的组成连接剂就是予聚物+单体+引发剂。UV固化油墨印刷适性强，能够满足于多种承印物的需要，用这些油墨印刷出来的图像具有更强的持久性和不褪色的能力，而且打印头的可靠性和稳定性也得到了前所未有的提高。除此之外，UV固化油墨的干燥性能优良，具有良好的环保性能。UV固化油墨结合数字喷墨技术，能够带来较高的经济效益，无论从技术角度还是经济角度考虑，UV固化油墨都有较广阔的应用前景，成为未来喷墨印刷油墨发展的方向。
四、喷墨印刷应用领域的发展趋势
喷墨打印或印刷的应用领域，要归纳起来讲的话，只有一句话，那就是无所不在。大概有以下几个典型的应用领域。
1.大幅面彩色喷墨印刷市场
大幅面彩色喷墨印刷是一种无印版的数字印刷技术，有人将其称为大幅面彩色喷绘等，它是将电子计算机中存储的图文信息输入到喷墨印刷设备，经设备中的微细喷嘴将油墨喷射到承印物表面，通过油墨与承印物的黏着吸附作用，从而完成图文在承印物表面的再现印刷。
大幅面喷墨印刷具有以下几个方面的优势：①数字化的输入和输出方式；②印刷幅面超大；③不受印数限制；④承印材料多样等。随着印刷科技和市场经济的发展，大幅面印刷的市场会更加繁荣，大幅面喷墨印刷技术的应用也会更加的广泛。在大幅面印刷市场上，大幅面喷墨印刷技术会抢占部分原属于丝网印刷甚至大幅面胶印的市场份额，成为一种主流印刷形式。
2.数字彩色打样（包括合同打样）市场
数字打样系统可以分为三个档次，即高档的以热升华技术为基础的网目调数字打样系统、中等质量的喷墨数字打样系统以及以喷墨打印机为打印设备的普及型数字打样系统。出于成本、速度和质量等方面的综合考虑，特别是在喷墨印刷技术不断发展和完善的情况下，喷墨数字彩色打样在打样市场上也将占有越来越大的份额。
3.高速按需和可变数字印刷市场
按需印刷(Print On Demand，简称POD)是按照不同时间、地点、数量、内容的需求，通过数码及超高速打印技术实现出版行业整个流程的全新改造来适应个性化、短版化、高效率的现代市场需求，特别适用于一些定向较窄，专业性强，可变性强，批量较小的印刷。按需印刷是先进的数字、技术和原色(toner-based)印刷技术相结合的新型印刷工艺。
可变数据印刷也称个性化印刷（Variable Data Printing，简称VDP），是数字印刷中的重要部分。可变数据印刷的每个印刷面（打印面）有部分或全部内容（数据）是可变的，即在印刷过程中，所印刷的图像或文字可以按预先设定好的内容及格式不断变化，从而使第一张到最后一张印刷品都具有不同的图像、文字或条码，每张印刷品都可以针对其特定的发放对象而设计并印刷。
随着科学的进步和社会的发展，短版按需印刷市场日益扩大，人们的个性化需求越来越强烈，在这样的形势下，数字印刷技术的市场范围越来越大，将抢占许多原来属于传统印刷的市场。而喷墨数字印刷技术由于成本、速度等方面的优势，以及日益提高的质量水平，也必将把握发展的机遇，在市场中发挥更大的作用。
4.数字彩色照片的输出
现在是银盐感光纸配上激光扫描设备进行冲洗。但是之后发展，数字喷墨将可能成为主流的设备。现在很多厂商，比如说爱普生、惠普都在这个领域拼命地竞争，因为这个市场将来会发生彻底的变更，大家都希望在这个市场领域占领一席之地。
5.家庭/办公室数字彩色输出终端
这个终端有两款可以选择，一款是色粉的，还有一款就是喷墨的。可以说喷墨印刷是主流方式。
6.纺织物喷绘及其它领域
纺织物喷绘领域早有运用，往后应该也会有很大的发展。在其它我们已经想到和还没有想到的领域，也许喷墨也都会发挥越来越大的作用。
五、结束语
喷墨技术在近年来所取得的最大的进步也许就是按需喷墨头和UV紫外固化油墨的推出。较之传统工艺，喷墨技术是一种数字驱动过程，具有数字过程提供的所有优势，如即时打印和可变数据打印，满足个性化印刷需要，能够实现按需印刷。这些优势已经成为各个行业采用喷墨作为未来生产技术的主要理由。
由于喷墨印刷自身具有的优点，以及相关技术的发展和相关材料的研发，喷墨技术在小幅面桌面打印领域展现出巨大的潜力，在数码打样和有成本效益的短版印刷等中幅面以上应用领域也取得了长足的发展。应数码打样和数码印刷幅面要求，宽幅喷墨技术将在未来很长的时间内继续拓宽自己的市场。今后几年，喷墨印刷技术将继续向产品系列化、高速度化、高品质化、低价格化的方向发展。