建筑陶瓷激光印刷技术初探(一)

　　改革开放以来，特别是近二十年以来，我国建筑卫生陶瓷得到迅速发展，建筑卫生陶瓷的装饰技术也经历了丝网印刷、胶辊印刷和喷墨印刷。喷墨印刷目前已成为陶瓷墙地砖装饰技术的主流，但喷墨印刷也存在一定的缺陷：如喷头数量多、磨损大、价格贵和喷头堵塞的问题。同时墨水的不稳定性、沉淀和保质期过短等也是喷墨印刷的一个痛点。对于无机非金属材料的陶瓷产品来说，笔者个人认为喷墨印刷技术只是一个过渡，我们可以观察，丝网印刷和胶辊印刷用的耗材是印油(油墨)，这种产品的粘度大，无机非金属材料不易沉淀，相对来说在生产中容易控制。而喷墨印刷不同，用的是墨水，既是水，液体性成分多固体性成分少是必然的，而液固比重差异又较大，沉淀也就必然产生。要想不沉淀，一定要很好的大分子有机化合物做“框架”把无机材料“架”起来，那一定会对喷墨印刷后在瓷砖表面的渗透性和渗透深度产生影响，同时要做到不沉淀成本一定很高。也有用溶胶—凝胶方法生产陶瓷喷墨颜料和墨水的方法，目前国内大生产实际上很难实现，原因主要是生产成本贵陶瓷厂很难接受，同时部分技术还不成熟，当然这样制作的墨水也会沉淀，而且时间要比用烧结法颜料生产出的墨水长很多。鉴于以上原因，很多研究人员在思考有没有一种印刷技术来代替喷墨印刷，答案是有的，只是目前还有一些技术难点需要解决，那就是激光印刷技术。

1、 从印刷技术的发展看激光印刷

　　印刷术是中国古代的四大发明之一，它开始于隋朝的雕版印刷，经宋仁宗时的毕升发展、完善，产生了活字印刷，并由蒙古人传至了欧洲，所以后人称毕升为印刷术的始祖。中国的印刷术是人类近代文明的先导，为知识的广泛传播、交流创造了条件，为人类的进步作出了杰出贡献。印刷术是活字版印刷，实际上就是一种拓印方法的延续。从拓印开始到雕版印刷再到丝网印刷，人类走过了二千多年的历史。

　　上世纪70年代的中国还处于铅字排版阶段，图像制版当时还处于照相分色阶段，电子分色机刚开始引进，那时还没有出现整页拼版系统。从印刷来讲，胶印发展较快，胶印机是当时一些展会上的主流产品。真正意义上的数字印刷出现在上世纪90年代中期，当时我国引进了第一台数码印刷机。

　　陶瓷的装饰技术首先是由陶瓷花纸和工艺美术陶瓷开始，逐步扩展到日用陶瓷，进一步发展到建筑卫生陶瓷的。建筑陶瓷印刷由于起步较晚，因而直接开始应用的技术就是丝网印刷，这是同建筑陶瓷的平面结构密不可分的，后来发展到滚筒印刷，现在又出现喷墨印刷。整个印刷技术和国内的纸张印刷技术基本相同。纸张印刷技术本世纪初还应用点针式打印机打印和复印两种方式结合来完成，点针式打印机使用约3年基本上就完成了历史使命，从而进展到喷墨打印，纸张的喷墨打印使用时间也不长，粗略估计在3-5年就被激光打印取代。现在纸张印刷几乎全部是激光打印机与激光复印机结合的方式了。

　　激光印刷的工具就是激光印刷机和激光需要打印的内容转换成数据序列形式的原始图像，将这些原始图像转换成光电信号用数据传送给打印机。打印机中的微处理器将这些数据破译成点阵的图样，破译后的点阵图样被送到激光发生器，激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的旋转鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉，而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷，通过带电电荷吸附的碳粉转印在纸张上从而完成印刷。

2、 激光印刷陶瓷产品的可能性

　　从平面纸张印刷技术的发展来看，胶辊印刷的历史不算很长，大约存在了70年左右，后起的计算机辅助的点针式打印机存在时间更短，前前后后大约不到5年的历史，再后来的喷墨打印持续的时间也较短，很快就被激光印刷取代。由于激光打印快、清晰、墨粉用量少等特点，激光打印机的出现一举摧毁了喷墨方法和技术，从而成为纸张印刷行业的主流。

　　激光(Laser)又称镭射，是20世纪以来继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。其理论基础是爱因斯坦的光子学说，这一理论可解释为：在组成物质的原子中，有不同数量的粒子(电子)分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到(跃迁)低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称“激光”。光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。

　　激光用于陶瓷首先是利用激光的能量，上世纪七十年代美国已经开始利用CO2高功率激光切割陶瓷制品。现在，高技术结构陶瓷、特种陶瓷、工业陶瓷、日用陶瓷等普遍应用激光技术，这些激光技术主要用在切割、雕印、喷印等方面，其中激光切割是应用激光的能量对陶瓷材料进行“外科手术”，而喷印和雕印利用激光的光电性能对陶瓷材料进行印刷装饰。雕印是利用激光的高能量将计算机设定的信号雕刻在陶瓷产品上，如商标、条形码、二维码等。喷印是将彩色墨粉按计算机传输的信号喷到陶瓷花纸上通过不同温度的烧或烤将图像转印到陶瓷的表面。在2014上海国际工业陶瓷展会期间，笔者通过咨询，该行业一般将激光雕印称为激光打印，将所使用的机器成为激光打印机，把喷印归为一类，称为激光印刷，相应的机器称为激光印刷机。网络上一般将前者称为激光打标机、激光打码机等，将后者称为激光印刷机。

　　可以看到，激光印刷技术在结构陶瓷、特种陶瓷、工业陶瓷和日用陶瓷等领域已经很成熟也很普遍。建筑卫生陶瓷特别是建筑陶瓷需要应用的激光印刷技术实际上和上述的激光印刷方法类似，不同的是：建筑陶瓷的激光印刷要求墨粉的耐温性能要更高一些，印刷机速度要更快一些，最重要的是承印材料是陶瓷产品，这三者解决好，激光印刷就可以成功用于建筑陶瓷的印刷。

作者系江苏脒诺甫纳米材料有限公司、江苏拜富科技有限公司副总经理 郝小勇

这是陶城报微信第244期

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