喷墨印刷技术在我国陶瓷领域中的应用现状

时间：2020-03-18 05:21:13 来源：千叶帆本文已影响人

摘要：喷墨印刷技术正在我国的瓷砖领域中快速发展，预测不久的将来，我国陶瓷行业将有1000台以上的喷墨印刷设备投入使用，瓷砖的装饰技术正在发生一场历史性的“革命”。标准化的墨水将拥有75～160亿元/年的大市场，喷墨印刷设备也将拥有30～60亿元/年的市场。喷墨印刷技术正在改变传统的“对版对色”的研发模式与生产方式，这项全新的技术将给我国陶瓷行业增加40～640亿元的附加值。

关键词：喷墨印刷技术与设备；陶瓷墨水；陶瓷砖；市场与前景

1引言

自2009年我国第一台喷墨印刷机（Kerajet K-700）在杭州诺贝尔公司用于瓷砖生产以来，在随后的3～4年的时间里，我国拥有了多个国产喷墨机生产企业，陶瓷墨水的研发与生产更是发展迅速，喷墨技术与设备在我国陶瓷行业开始大量使用。本文简单地介绍了喷墨机、墨水，以及它们的应用现状与前景分析。

2喷墨印刷技术概况

喷墨印刷技术(Ink-jet Printing Technology)与设备最早在广告业上得到应用，陶瓷砖行业应用该技术大约是在1998年的西班牙。我国陶瓷砖行业从2009年开始使用该技术，比发达国家晚10年左右。喷墨印刷技术及相关内容见图1、图2和图3所示。

2.1 喷墨打印发展历程

喷墨印刷的发展历程如表1所示。

2.2 国内外主要喷墨印刷机的相关情况

据初步统计，国外喷墨印刷设备（陶瓷砖用）生产地主要集中在西班牙和意大利，并且西班牙早于意大利，国外的主要陶瓷喷墨设备见图4。目前，大约有10个企业生产陶瓷喷墨印刷机，国内大约有10个企业生产，规模最大的是西班牙Kerajet公司，国内最大的是希望(Hope)公司，国产主要生产陶瓷喷墨设备的企业见图5。全球公认品质最好的设备是德国Durst。具体详见表2和表3。

我国瓷砖生产用的喷墨印刷设备外观与Kerajet、Cretaprint和Drust相似，其内部结构为：一种是各种喷头集中在一个柜中；另一种是将每一色独立一个柜。国外的设备开始以生产小规格产品为主，为了满足中国市场需求，近几年也研发大规格喷墨机，而我国一开始就直接进行大机器生产。因此，我国陶瓷砖的喷墨印刷速度也取得了巨大的进步，从20～30m/s，发展到75～90m/s，这个产量是惊人的！进口陶瓷喷墨机与国产喷墨机的比较详情见表4。各类陶瓷喷墨打印机的主要性能见表5。我国与意大利、西班牙陶瓷喷墨印刷技术对照见表6。陶瓷喷墨打印机喷头主要生产企业见表7。赛尔（XAAR）喷头与北极星（Spectra）喷头的比较见表8。日本精工510/80pl喷头和508GS灰度级喷头的比较见表9。

各种喷头都有优缺点，不同的机器选用不同的喷头，不同的机器适合不同的产品。对于喷头内外循环系统问题，国内争论了两年，目前对此问题有了更清楚的认识。喷头的核心技术构成与喷头的发展，以及最新技术分别见图6、图7、图8。我国喷头打印的市场情况见表10。

由表10可知，我国瓷砖行业喷头市场非常巨大。

2.3 国内外陶瓷墨水的发展现状

国外陶瓷墨水生产厂家详情见表11。我国目前正在研发生产陶瓷墨水的机构与进展见表12。陶瓷墨水主要性能、国内外墨水性能比较以及墨水的需求量分别见表13、14和15。国外墨水的粒径分析见图9。陶瓷墨水的最新技术进展见图10。

国外大约有14家公司可供生产用陶瓷墨水（3～6个色），已研发品种13个左右。

由表15可知，按80亿m2瓷砖的年产量计算，其中30%使用喷墨技术，墨水用量以20g/m2计算，陶瓷墨水使用量约为4.8万吨。如果陶瓷墨水按均价320元/kg估算，国内陶瓷墨水市场销售额可达150～160亿元人民币。因此，陶瓷墨水市场前景广阔，其潜在的经济效益巨大。

2.4 喷墨面釉、保护釉及防扩散剂

喷墨墨水对面釉的组成与烧成温度有一定的选择性。在我国，陶瓷釉面内墙砖从一开始就是自主生产，但是部分生产瓷质有釉砖的企业则开始使用国外釉料公司供应的面釉。2011～2012年面釉（1200℃）已大部分实现国产化，国产化后的面釉成本大幅度地降低。

由于喷墨生产仿古砖用于地面，所以表面必须施一层保护釉，而内墙砖用于墙面，所以不必施保护釉。2011～2012年国产化的保护釉已成熟，并进入工业化生产。

由于陶瓷墨水有机溶剂成分较多，所以在喷完墨水之后，喷一次“亲水-亲油基”溶剂，对防止图案扩散有益，这方面国外釉料公司正在我国市场上推广。陶瓷墨水标准化程度相对比较高，所以要求面釉、保护釉稳定性好，这样才能使产品色号相对稳定。

2.5 图案、模具设计

我国的喷墨设备刚上市时（2009～2010年），图案设计一般从意大利、西班牙购买，或由进口釉料公司提供。一年以后，我国自主设计的产品可以提供给企业使用（2011～2012年），意大利喷墨设计图案价格高，图案设计技术目前我国已掌握。并且许多喷墨产品设计与模具设计相结合，凹凸模具的应用比较多。

随着墨水发色力提高、纯度提升，烧成以后，打印图案，呈色越来越好。佛山现有多个设计和釉料公司可以提供喷墨设计图案，多个大中企业的产品设计也可能独立完成。图案以石纹、玉石、木纹为主，其规格为1m×2m、1m×4m、1m×8m、1m×15m等。陶瓷喷墨印刷技术在新产品开发中的应用如图11所示。

3喷墨技术在陶瓷砖生产中的应用

陶瓷喷墨印刷技术在陶瓷砖中的应用情况如图12所示。

3.1 陶瓷喷墨印刷技术应用概况

从2009年第一台Kerajet设备进入我国陶瓷企业后的3～4年间，由于这种技术与设备的优点，所以喷墨技术的普及程度迅速提高。应该来说喷墨技术生产釉面内墙砖、全抛釉瓷质砖、微晶石取得了很大的成功，陶瓷艺术画也取得了快速发展，而生产陶瓷配件由于设备等多方面原因，没能取得良好的效果。我国瓷砖业应用喷墨技术与设备的现状见表16。

在我国，喷墨技术与设备在内墙砖生产中，经过2年的实践，其综合成本比胶辊印刷还便宜，印刷效果也好，所以使用量最多，如新明珠、金牌亚洲等企业。

用4～5色喷墨机生产凹凸效果的外墙砖（也可用于内墙）有明显的优势，如内蒙某厂。而且使用喷墨技术生产木纹砖（凹凸面）在多个企业取得了良好的业绩，如广东金意陶。

喷墨技术生产仿古砖已有多个企业进行了研发，但是未能生产出满意的产品，由于仿古砖色深、用墨量大，因此成本较高，并且其质感与丝网、胶辊印刷还有一定的差距，如金意陶、马可波罗企业。

喷墨技术生产哑光石纹砖发展良好，结合干粒、半抛，这类产品具有良好的发展空间，如金意陶企业。

用5～6色喷墨机生产微晶石，图案层次好、变化大、色彩鲜艳，所以使用喷墨技术生产微晶石将会迅速上升，如，广东新中源陶瓷。

经过近2～3年的生产实践，笔者对喷头、墨水品种的选择得出如下结论，如表17所示。不同墨水组合产生的效果见表18。陶瓷墨水在不同产品上的耗用量见表19。

从表19我们可以看出，内墙砖生产耗墨水相对较少一些，而仿古砖和一些深色木纹砖的墨水耗量相对高一些。

主要的陶瓷砖企业使用喷墨技术与设备的情况见表20。国内外喷墨印刷技术的应用比例详情见表21。

由表21可知，相比于意大利和西班牙，中国瓷砖行业使用喷墨技术生产瓷砖的比例还较低，这主要的原因为：一是中国瓷砖企业多，产量大；二是中国起步较晚；第三说明中国仍有很大的发展潜力。

我国2011年陶瓷砖生产用喷墨印刷设备市场容量分析见表22。

由表22可知，仿古砖和内墙砖生产线使用喷墨设备的成长空间大，如果这两类产品每条线都用1台喷墨机，则需1060台。说明我国喷墨印刷技术与设备在陶瓷砖行业的发展空间巨大。

陶瓷喷墨打印机在我国市场销售状况见表23。

到目前为止，我国陶瓷企业大约已使用250～260台喷墨打印设备，主要以国产设备为主，国产设备成熟度上升。国外设备由于种种原因，在我国市场上销量增长有限。国内的希望公司(Hope)由于起步较早，有明显的市场优势。

3.2 喷墨技术生产陶瓷砖优势

喷墨技术生产陶瓷砖的优势见表24。

由表24可知，尽管喷墨技术比传统胶辊和平板丝网印刷具有更多的优势，但是在颜色的表现力和质感方面，喷墨印刷仍不具备优势。所以喷墨技术不可能全部取代胶辊印刷和丝网印刷。

在我国，科技人员、企业家都已形成共识，不断推广喷墨印刷技术在陶瓷砖生产中的应用。喷墨机生产数量与企业使用数量都在不断增长，喷墨印刷所产生的瓷砖比例在不断上升，受到市场与用户的普遍欢迎。喷墨技术带给瓷砖产品增加的附加值分析见表25。

由表25可知，喷墨印刷技术装饰瓷砖产品的附加值增加，其原因有以下几方面：一是图案清晰化；二是图案变化自然；三是色彩变化自然；四是在凹凸面（高度差3～5mm或更大）实现装饰，肌理感明显。因此，使瓷砖的美学价值上升，常给人们审美的享受。当然如果喷墨印刷技术的色彩还原性与逼真性进一步提高，则产品的附加值保值程度会上升。

3.3 应用过程存在问题与分析

3.3.1设备问题

（1）单机价格高，安装使用复杂，使用环境要求高；

（2）一些喷墨机较宽，使用时又是单边，内部喷头不好清洁；

（3）较宽的喷墨系统在使用过程中，远程压力不足，易造成缺墨；

（4）一些喷墨机内存（电脑）有限，载图较少；

（5）一些喷墨机由于设计问题，新载图试验时，需较长时间，造成停产；

（6）一些喷墨机由于只有单通道进出砖，当不生产喷墨产品时，使喷墨机成为过砖平台；

（7）一些喷墨机没有中文操作平台，使用人员不方便；

（8）一些喷墨机在生产精细的图案时，用墨量大的产品，易产生“拉线”问题；

（9）一些喷墨机喷头清洗时间较长，影响生产；研究与探讨

（10）喷头价格昂贵（2～4万元/个），更换成本高；

（11）喷头使用寿命偏短，使用成本高，部分喷头使用寿命及价格见表26。

3.3.2墨水问题

（1）墨水在瓷片（1060～1120℃）面釉上发色较好，在仿古砖（1190～1210℃）面釉上发色减弱；

（2）红色墨水对面釉选择性较大，对温度敏感，发色不稳定；

（3）一些墨水在使用过程中有沉淀现象；

（4）镨黄墨水发色力不够，影响整砖色彩效果；

（5）墨水缺少行业或国家标准，企业使用无法检验和验收；

（6）仿古砖生产缺少红色墨水，产品缺少传统的‘Cotto’砖红色，缺少经典感觉；

（7）喷墨印刷生产仿古砖，表面质感欠佳，没有厚重感，必须与其他装饰材料和技术相结合；

（8）墨水的品种相对传统胶辊、丝网印刷还太少，表现力不够丰富，偏色；

（9）墨水价格偏高，特别是进口墨水，订货、交付须较长时间，近几年陶瓷墨水价格情况见表27。

由表27可知，总体上墨水的价格呈下降趋势，特别是国产墨水的出现，促使进口墨水不断调低价格。

3.3.3产品问题

（1）易出现“滴墨”、“拉线”等表面缺陷，不明显的可以算优等品，严重的则降级；

（2）生产全抛釉产品时，工艺控制不合理时，用墨量多的地方容易产生针孔、熔洞等缺陷；

（3）生产仿古砖时，由于喷墨层很薄，所以必须加一道喷保护釉工艺，否则产品耐磨性欠佳；

（4）全抛釉、微晶石、熔块的组成在一定程度上会影响墨水的发色，有些增强，有些减弱；

（5）生产哑光类产品时，如果用墨量过大，会产生墨水与面釉之间剥离的缺陷；

（6）有些喷墨图案变化过大时，我国市场接受程度不高；

（7）有些喷墨产品定价过高，使市场销量减少。

3.3.4滴墨、拉线产生的原因分析

目前国内许多工厂使用喷墨打印生产瓷砖，生产过程中经常出现“滴墨”和“拉线”的缺陷，分析其原因是由于喷头堵塞引起的。

（1）内因

墨水污染，墨水中混有机器零件清洗时残留杂质；墨水沉淀，墨水悬浮性欠佳；过滤器设计选择不合理，过滤太细，易导致过滤器堵塞，过粗易导致喷头堵塞。

（2）外因

图案过于精细，用墨量大；喷墨机使用环境欠佳，粉尘超标；停机时间过长，未及时通孔；砖坯带入过多的水汽，附着喷头；进入喷墨机房的空气除尘过滤不够；喷墨机房出现负压，车间不干净空气进入；过滤器没有定期更换。

在实际生产中很难彻底克服“滴墨”、“拉线”问题，但制定合理的分级标准是切实可行的方法。

4结论与展望

（1）喷墨印刷技术与设备是一种先进的技术，从2008年起至今，意大利、西班牙生产瓷砖用喷墨机的数量大幅度增长，在我国陶瓷行业中的使用将会不断增长，过去为广告业生产喷绘机的企业转而为陶瓷厂研发生产喷墨机。国产喷墨设备的产量逐年增加，价格有下降的趋势。

（2）我国陶瓷砖企业对喷墨印刷设备的市场需求量很大，预测到2013年，我国瓷砖行业将有500台喷墨印刷设备投入使用，未来将超过1000台。如果喷墨印刷设备出厂价格为300～600万元/台，未来喷墨印刷机市场销售额将过30～60亿元。

（3）我国生产喷墨印刷设备的水平在不断提升，与意大利、西班牙的设备差距已明显缩小。但是软件技术等还需加强研发，设备稳定性还需提升。

（4）我国自主研发的陶瓷墨水在2011～2012年已进入工业化生产，其品质与国外进口墨水相当，色料的纳米化技术与分散技术仍需改善。稳定性还需提高，墨水的成本与价格在不断下降，研发生产企业在增加，对陶瓷砖企业使用喷墨印刷技术十分有益。如果按年产80亿m2各类陶瓷砖，30%使用喷墨技术生产，墨水年用量将达2.4～4.8万吨，墨水市场销售价值将达75～160亿元。国产墨水生产企业在未来2～3年将迅速增加，墨水的价格将会迅速下降。

（5）使用喷墨印刷生产陶瓷砖有许多优点，但不可能完全取代传统的丝网、胶辊印刷，这三种印刷技术与设备会在相当长的时间内共存于陶瓷砖企业的生产过程中，但是喷墨设备与技术的使用量将超过传统的丝网和胶辊印刷。

（6）不是所有的陶瓷砖产品生产采用喷墨印刷技术都最好，具有一定的选择性。当喷墨技术与其他工艺和材料相结合时，能制造出具有美感好、色感好、质感好的瓷砖。

（7）瓷砖生产企业应该积极创造条件使用国产喷墨设备与墨水，支持民族产业的发展。

（8）尽快建立墨水的检验方法与验收标准，对陶瓷墨水行业的健康发展十分有必要，对瓷砖企业产品质量控制与提升十分有益。同时，瓷砖企业必须尽快培养设计人才，以适应生产与研发的需要，喷墨印刷设备厂还需加强对瓷砖企业的技术支持服务。

（9）喷墨印刷设备的关键部件是喷头，目前只有少数发达国家才能制造，我国目前全部采用进口方式，喷头的使用寿命短、价格高、供货紧，喷头占整机成本60%～70%左右。陶瓷砖企业在3～4年以后，将大批量更换喷头，使用成本上升，成为瓷砖企业的隐患，因此呼吁政府重视并组织国内相关研发机构、大学与企业合作，迅速研发生产有我国知识产权的喷头。

（10）喷墨印刷技术给瓷砖生产带来了革命性的进步，新产品开发速度加快，可以实现为客户单个订单生产，附加值明显提高。但是制造的速度与仿真度也快速上升，呼吁瓷砖行业减少相互之间的仿制，更多研发差异化的产品，否则市场也将出现混乱。

（11）初步测算，喷墨印刷技术将带给瓷砖产品40～640亿元人民币的附加值，使用喷墨技术生产瓷砖的比例在不断增长，这充分说明喷墨印刷技术与设备、陶瓷墨水、喷墨印刷瓷砖产品在中国瓷砖行业发展前景是乐观的。

参考文献

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