【中关村在线原创】现在在各种商业网点旁边，都可以看到免费的微信打印照片设备。它们的核心是一台喷墨打印机。作为喷墨打印设备最核心的零件，当然要数打印头了。有些人或许不以为然，但是如果你仔细想想，喷墨打印机，有你知道的国产品牌吗？是不是都集中在惠普、佳能、爱普生以及兄弟这四个牌子下？这就是科技含量。今天我们就来集中讲讲喷墨打印头。
从针头到喷墨打印头
喷墨打印这个想法如果追溯起源，甚至能够追溯到上上个世纪，但是与今天的打印无关。事实上，喷墨打印最早的专利，是西门子在1951年申请的，不过此后很长时间，都没有实现商品化。 西门子的第一款商用化的喷墨打印产品，名为PT80i，一共有12个喷嘴，喷出的墨滴直径为0.07毫米，每秒可以打印270个字符，这款产品诞生于1977年，在技术上，属于压电产品。
西门子的老古董-PT88打印机
IBM的初代压电打印机需要的磁卡
差不多相同的时期，佳能日本东京都的一个研究员，无意中把电烙铁放在了注射器上，看到了里面液体的喷出，诞生了用加热墨水沸腾实现喷墨打印的想法。与此同时，惠普、IBM等企业也都同时展开了喷墨打印相关的研究工作，并取得了专利。IBM还推出了世界第一款喷墨打印机6640，不过那款产品的实用价值不高。
热发泡打印的诞生
前面说了，当时的微压电很不靠谱，差不多是倾泻式的。所以亟需按需打印，即有的放矢，所谓按需喷墨打印（Drop on Demand），是企业看到了在当时压电技术的不足，进而都研发热发泡打印技术。差不多相同的时间，IBM、佳能以及惠普都在研发热发泡打印技术，并且努力将喷墨打印机商品化。
针头 电烙铁，诞生了热发泡喷墨打印
当时佳能开发新技术的时候是多种方案都尝试了，针头事故是有定论的官方说法。在1977年，佳能申请到了热发泡喷墨打印技术的核心专利，这奠定了佳能的在喷墨打印领域的一代霸主。比较有趣的是，惠普和佳能都差不多同时发布技术，但是佳能抢到了Bubble Jet（气泡喷墨）的名字，惠普不得不给技术命名为thermal jet。不过佳能和惠普交叉进行了专利、技术方面的合作，这也打拉开了两个企业从那时起到今天，这两个企业都保持着既是伙伴、又是竞争对手的合作关系。
惠普的初代喷墨打印机ThinkJet
佳能的BubbleJet
大家可以注意看，当时佳能和惠普最早的喷墨打印技术产品，都是横向喷墨在有齿孔的纸上，并非我们今天向下喷墨。到1990年的时候，佳能才推出BJ-10v这种小型化的产品，第一次实现把打印头和墨盒做到一起。到1996年，佳能推出BJC-600，是第一个能在普通纸上打印全彩的佳能喷墨打印产品。
爱普生发明微压电打印
在喷墨打印发明的早期，爱普生也曾经想去参与到热发泡打印，但是佳能已经有了合作伙伴惠普，所以爱普生不得不去自力更生。压电打印如何做到很小才是难题。这在当时被看作是不可能完成的任务。
爱普生发明微压电打印时候的研发人员碓井稔今天已是社长
当时参与到微压电技术研发的正式今天爱普生的社长，碓井稔先生。当时研究的困难在于对压电材料（玻璃）施加100V电压，材料形变产生的能量也不足以把墨水喷出。所以必须要改变压电体才行，这是材料科学。
压电材料很多，但是适合打印设备用能小型化就不多了
新的材料（某种陶瓷）让压电体能够在30V电压下移动1微米，对比之前的材料则需要100V电压，但只能移动0.1微米，这意味着可以产生足够的功率来准确的喷射墨水，这是巨大的进步，而且更低的电压可以将单个喷嘴做到足够小，这也解决了喷墨打印所需的多喷嘴难题。
Epson Stylus 800，爱普生第一个商品化的微压电打印机
相比热发泡打印，微压电打印的优势是压电体喷嘴让墨滴可控，并且不存在加热这个过程，这对于墨水材料的选择也更宽泛，因为有的有机材料会加热变性。
两个阵营各自的进化
热发泡打印技术要解决打印照片的问题，就要喷嘴够小，否则不细腻没法看。这种办法佳能称之为FINE打印头，FINE是英文Full-photolithography Inkjet Nozzle Engineering的缩写，意思叫做全光刻喷墨打印喷嘴工艺。
佳能的FINE打印头
这要说道的就是佳能的另外一门技术了——光刻机。这类产品普通用户无缘接触，但是在半导体工业，佳能科室名声响当当，是为数不多的几个能做光刻机的公司。所谓光刻机就是先在材料表面刷一一层材料，然后光刻机进行针对性的曝光，其它的材料就可以洗掉，然后形成图案的材料使用酸蚀之类的技术，暴露的材料会被腐蚀出沟槽，填充了金属就是导电材料，制造处理器这些，但是在喷嘴工艺上，只要刻蚀出喷嘴就好。
佳能用半导体曝光装置来光刻喷墨打印喷头
随着半导体工艺的不断演进，佳能、惠普的打印头喷嘴也越来越小。根据应用领域的不同，需要的喷嘴孔径大小也不一样，目前普遍在10微米左右。这样可以纵向排列很多个喷嘴，让打印头单次移动扫过的面积更大，提升打印速度。
可以喷出大小不一样的墨滴的VSDT技术
爱普生这边首先研发的方向叫做可变墨滴技术，缩写VSDT。这个技术有前面的介绍就不难理解了，应该是对压电材料施加不同的电压，让压电材料产生不一样的形变，这就控制了墨滴的大小。当图案需要连续的图像的时候，连续喷出大墨滴就很有用处。
Precision Core技术
喷嘴圆形的PrecisionCore
爱普生微压电打印头最新的进化被称之为Precision Core。微压电的喷嘴直径不是优势，所以一旦堵头了，那么就要依靠供墨泵的力量来冲洗打印头，效果很差且非常浪费，因为清洗就要洗所有的。Precision Core则是在压电元件后面加传感器来解决这个问题。
商用喷墨打印-全新的方向
喷墨打印这种方式过去一直是家用为主，商用不多。但是从十多年前，惠普开始推出OfficeJet系列来让喷墨商用化。因为相比激光打印，喷墨的成本要低得多，十多年过去了还是这样，于是有了大量的商用喷墨产品面世。
惠普的Indigo喷墨印刷机
商用的奥义是要耐用。面对小型商业，比如商用喷墨一体机、打印机这种小设备来说，打印企业经验丰富处理起来得心应手自然不是问题。问题在于大型设备，典型的应用是商用印刷设备。惠普就有很多商用喷墨印刷机，他们的打印头与家用的不同。
惠普印刷机上的HDNA喷头模块，可以组成多个模块形成更大的页宽喷墨印刷
惠普商用打印设备的页宽打印头，现在已经有两种，分别对应A4及A3幅面
惠普管这种印刷机上的喷头叫做HDNA，即High Definition Nozzle Architectur，高清晰度喷嘴架构。这种架下，每英寸的喷嘴数量达到了2400个，而我们知道，每英寸300个其实就够用了，比如大家知道的手机视网膜屏，就是以300像素每英寸为分水岭，更细的人眼也看不清。惠普的HDNA一来可以单喷嘴双色支持，而来由于有8倍的冗余，既可以实现高速度，也可以做到长寿命。这种架构的产品技术下放，诞生了今天惠普商用的页宽式打印机、一体机复印机，速度快成本低，是惠普在2017年给企业级市场扔下的重磅炸弹。
Epson交错排列的PrecisonCore进行页面等宽打印
爱普生则是把Precision Core同样的交错排列起来，做同样的One Pass复印机，同样也是速度快，定位比较高端。当然微压电的企业比如柯尼卡美能达等企业也有涉猎，不过它们的应用普遍是ToB的商用印染等领域。
关于喷墨打印头的介绍就到这里了，我们有机会再介绍其它打印科技的来龙去脉。喷墨打印是融合了高精度的电子与机械的产品，对精度的要求以微米计，对设备可靠性要求高、应该算科技感不强的高科技产品。
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