今日頭條
官方微信
官方抖音
案例頻道 摘要：中國是世界公認的建陶生產大國，建陶產量占全球產量的65%，但由于印花設備和技術的落后，產品僅被定位在中低檔水平，同時高能耗、高污染、高排放的現狀也困擾著中國建陶業的發展。噴墨印花技術具有能耗低、效率高、印刷的產品質量好等優點，該技術的引進和發展，必將為中國向建陶生產強國邁進提供強有力的技術支持。
關鍵詞：建陶 瓷磚 絲網印花 輥筒印花 噴墨印花
Abstract: Tile production in China is much more than 65% all over the world which is considered as the biggest one. Somehow as the production equipment and printing technology is dropped behind, the tiles which made in China are located as the middle or low levels’ products. Meanwhile the current situation such as high energy consumption, high pollution and high emission also frustrated the development of Chinese tile industry. Inkjet printing technology with its advantages in low energy consumption, high efficiency, good quality printing and etc., the introduction and development of this technology will provide the strong technical support to lead Chinese tile manufacturing from quantity to quality.
Keywords: Tile industry Tiles Screen printing Rotary printing Inkjet printing
建陶印花技術的現狀及存在的問題
中國是陶瓷生產大國，墻磚、地磚等建陶產品又是人們生活密不可分的重要組成部分，隨著中國經濟的騰飛，尤其是房地產業的迅速發展，人們對建陶產品的需求不斷提升。近十年來，中國建陶生產的增長速度每年都超過10%，2010年中國建陶產值已占到GDP總量的1.2%，產量占全球的65%，出口占全球產量的25%以上。
瓷磚的主要生產過程為：備料－壓制成型－干燥－施釉及印花－燒成—拋光/打蠟。其中施釉及印花過程（即印刷過程）是窯前彩圖瓷磚生產的關鍵，其工藝方式和過程較大程度地決定了原材料消耗率、正品率、產品檔次、生產成本、能耗、污染、排放等因素。作為陶瓷生產工藝核心的印刷技術已經歷過絲網印花和輥筒印花兩大技術時期。
絲網印刷屬于孔版印刷，它與平印、凸印、凹印合稱為四大印刷方法。其原理是通過一定的壓力使墨水透過孔版的孔眼轉移到承印物上，形成與原稿一樣的圖案或文字。絲網印刷是我國的一大發明，距今已有兩千多年的歷史，曾廣泛應用于紙張、織物、皮革、金屬、塑料等承載物的印刷，成為設計裝飾、藝術、廣告品的主要工藝之一。上世紀70年代，現代建陶工業在我國興起之時，平板絲網印刷就開始廣受關注，但是我國瓷磚施釉線上機械化、自動化的絲網印花設備卻是首先從意大利進口的，直到上世紀80年代這種平板絲網印花機才實現了國產化，美嘉、希望、偉聲等一批自動印花機企業應運而生，平板絲網印花技術也隨之得以全面普及。
絲網印刷具有制版簡易、操作方便、適應性強等特點，但是由于絲網印花的網印是一種平面轉印印刷，在對凹凸磚面的印刷上受到限制，難以實現表面的多元化和立體效果，并且印刷效率也低。
與絲網印花相比，輥筒印花是一種柔性印刷，其突破在于可以實現在一定凹凸面上的印刷，從而使磚的表面層次更加豐富，對自然的仿真度更高。其原理是通過多個涂有不同色彩涂料的輥筒連續轉動來實現瓷磚表面的彩色印花，從而提高了印花工藝的生產效率。輥筒印花技術的出現可以說是瓷磚印花技術的一大進步，據悉是意大利西法爾公司于上世紀中期開始采用了這種技術，并在全球多個國家和地區申請了專利，在中國獲得專利授權的時間是1999年。如今這種輥筒印花設備已被中國眾多企業所采用，從個別到一般的普及過程算起來也不過10年的時間。
可以說現代建筑陶瓷設計是從絲網印花的網印開始的，逐步進步到輥筒印花的輥印。但是，無論網印還是輥印都屬于轉印的范疇，存在很大的局限性：
1.需要事先制版，必須投入時間、金錢和材料，不能隨時印制，印刷數量的多或少也都受到限制。
2.印刷時需要壓在磚坯表面上，容易壓壞磚面，良率低。
3.印刷色彩較為單一，質量不高。
4.印刷效率低，污染和能耗高。
在人們對建筑陶瓷的數量和樣式需求迅速提升的今天，網印和輥印已經不能滿足人們的需求。中國雖然是世界公認的建陶生產大國，但產品一直被定位在中低檔市場，在世界瓷磚市場上賣不上高價，這與采用的印刷技術不夠先進不無直接關系。尤其是印刷效率低、能耗高與追求高效、提倡節能環保的當今社會格格不入，受到了來至各方的壓力。一臺四色版(C/M/Y/K)網印或輥印機加上單色印花釉的色料制備等工序耗電量在8500～12000kW, 是瓷磚生產技術強國意大利和西班牙所采用印刷機耗電量的2000-3000倍！瓷磚生產過程的污水排放和固體廢物產生量分別占我國工業污水排放和工業固體廢物產生量的0.8%和1.0%，這其中印刷階段的排放占有相當比重。摘不掉高能耗、高污染和高排放“三高”帽子的瓷磚建陶業一直是我國能源困局的一員，每年用電高峰時，瓷磚廠總是被排在首輪限電用戶之列。由于能耗高、售價低，我國的陶瓷行業每百萬美元能耗是世界平均水平的3.1倍，是日本的9倍。為此，國家制訂了《建筑衛生陶瓷產品單位能耗限額》、《陶瓷工業污染物排放標準》等一些列國家標準，根據這些標準，將有超過20%的中小陶瓷企業因達不到要求而面臨被淘汰。
由此可見，中國建陶業已經陷入“內憂外困”的境地，如不尋求技術改造和創新，將會陷入“高能耗—低附加值—無市場—無資金改造—高能耗”的惡性循環。業界也在尋求更加先進印花技術的出現。2010年初噴墨印花技術的引進堪稱陶瓷印刷技術的一大革新！
噴墨印花技術
噴墨印花技術是一種無制版、無接觸式壓力的噴墨印刷技術。它將電子圖像直接成像在陶瓷介質表面，省卻了傳統陶瓷印制的多項工藝過程，從而突破了傳統印花技術的局限，可以達到前兩種技術無法印刷出的效果。
噴墨印花技術的工作原理類似于噴墨打印機，將需要的彩色圖案通過電腦傳輸處理后把專用的墨水打印在瓷磚生坯上，整個打印過程只需幾秒鐘，爾后再經過高溫燒制即可成為靚麗炫彩的瓷磚產品。
噴墨印花機的結構主要包括機架支撐系統、導料系統、供墨系統、車頭打印系統、清洗系統、顯示控制系統等。其中最核心的部件是車頭打印系統中的噴墨打印頭，此外，墨水和計算機的傳輸設備也有很高的技術含量。噴墨打印頭屬于微電子機械技術范疇，目前主要用壓電式噴墨打印頭。該打印頭噴孔上部有一腔體，可儲存一定容量的墨水，腔體外側裝有壓電陶瓷，當受到脈沖電壓沖擊時壓電陶瓷可變形產生壓力，從而擠壓噴孔中的墨水，使其噴出，噴射出的墨水落到打印介質上形成墨點，不同顏色噴孔噴射出的墨點就組成了圖案。打印頭上的噴孔和墨管相連，通過可精確控制墨水容量和墨路壓力的供墨系統可為打印頭提供連續工作的墨水，此時再通過打印控制系統控制噴孔上的壓電陶瓷就可獲得需要打印的圖案了。
噴墨印花在產品設計上完全通過高數碼傳輸，能精準地再現天然石紋的每一處細節，真正達到千變萬化的圖紋效果。不僅可以印刷凹凸面、斜面，而且不受限于局部紋理的重復疊印，使得每一片的紋理都可以不同，變化更為豐富，能夠滿足不同客戶的個性化需求。噴墨印花技術出現后，瓷磚生產將由"復印"時代走向"打印"時代。
事實上，噴墨印刷技術幾年前已經在意大利、西班牙等國家的陶瓷行業被廣泛應用，但一直被限制出口到歐洲以外的國家。直到金融危機后的2009年，意大利SERTAM公司才在廣州陶瓷工業展上展出PINK系列噴墨印刷機，這標志著國外對華噴墨技術封鎖首次破冰。杭州諾貝爾瓷磚率先引進意大利Kerajet數碼噴墨印刷系統，并于2010年初推出塞尚數碼系列產品。隨后，昆山冠軍推出與意大利System合作的Rotodigi輥筒印花和噴花印花一體的皇品數碼系列產品，上海斯米克推出采用德國-意大利合作技術INK-CID數碼噴印系統生產的釉拋磚、致臻幻彩系列產品。金牌亞洲采用意大利進口NEWTECH噴墨印花機，推出金牌阿凡達3D噴墨磚等。
現在國內約有十幾臺進口的噴墨印刷機在不同的工廠運行，與此同時，國內的一些設備廠家也在抓緊進行噴墨印刷機的研發。目前，上海泰威技術發展有限公司已經開發出了離線實驗機TeckBlaze1500型、在線生產機TeckVersa700型和在線生產機TeckVersa1000型瓷磚噴墨印花機。在2011年5月結束的廣州陶瓷工業展上，共有12家來自國內、外陶機廠商展示瓷磚噴墨印花機，由此可想，在未來5年內我國瓷磚噴墨印花機的使用情況應當會得到快速發展！
圖1 上海泰威技術發展有限公司開發的TeckVersa 700外觀圖
噴墨印花技術的優勢
與傳統的絲網印刷和輥筒印刷相比較，噴墨印花技術具有明顯的優勢，具體體現在以下幾個方面：
一、產品質量
噴墨印花技術改變了傳統的接觸式壓力印刷，能用于凹凸面、斜面、薄瓷磚的印刷，可實現多角度、高致密性印花，完全呈現瓷磚的立體造面效果。
噴墨印花分辨率提升到360dpi以上，逼真度高，在同一片瓷磚上可表現幾十種顏色，甚至可以表現出顏色的漸變，在色彩和質感上都可重現各種自然質地。相比傳統絲網印刷的四種顏色（特殊的六種），噴墨印花的色彩表現更為豐富炫麗。
二、圖案設計
由于不需要傳統印刷方式的制版，圖案可以是常用的大理石紋理，也可以是街頭隨手拍來的風景照，設計更為自由，能充分發揮設計師的專業能力，為顧客量身打造最適合的產品。
三、操作控制
噴墨印花打破了傳統印刷方式的版數限制，可以靈活地進行小批量生產，一臺中性設備一個人就可完成操作。生產空間也可以更小。
四、生產效率
設計輸出—印版制作—印刷—燒成，傳統的絲網印刷至少需要三天時間，輥筒印刷至少需要兩天時間。而噴墨印花技術，從設計輸出到噴墨印花再到燒成只需要三、四個小時，大大提高了生產效率。
五、降低能耗
噴墨印花技術由于省略了制版、取消了設計和印刷數量上的限制，從而大大降低了產品開發或轉產的成本。成品可隨需印制，實現零庫存。
噴墨印花采用噴灑技術，本身耗費的油料和顏料較少，墨水利用率高，幾乎沒有浪費。此外，效率高、能耗低、良率高、廢料和排放少也是噴墨印花技術在降低能耗方面的主要表現。
下面的對照表，能夠比較清楚地說明情況：
表1：噴墨印刷與傳統印刷技術的流程對比
表2：噴墨印刷與傳統印刷技術的綜合性能比較
噴墨印花技術的前景展望
在中國，建陶噴墨印花是一項新興的技術，也是瓷磚制造行業的新趨勢，與歐洲國家相比還處在起步的階段。意大利和西班牙是瓷磚生產技術的強國，兩國瓷磚的產量和占全球22.5%。雖然數量不如中國多，但由于普遍采用數碼噴印技術，其售價是中國出口產品平均價格的3-12倍。兩國建筑衛生陶瓷企業的綜合能耗指標(≤300khce/t)、綜合電耗(≤360kWh/t)，比中國企業的綜合能耗指標(≤350khce/t)、綜合電耗指標(≤400kWh/t)分別減少了14%和10%以上。噴墨印花技術的優勢表明，發展噴墨印花技術必將會降低能源和生產成本、提升售價、獲得更多的利潤，同時也必將會得到政府的支持，所以噴墨印花技術在中國快速發展是一個必然的趨勢。
噴墨印花技術的發展也必將推動噴墨印花設備的國產化。噴墨印花技術的核心是噴墨打印頭、墨水和計算機的傳輸設備，在其實現國產化之前，采購價格昂貴、維護成本高，這直接制約著噴墨印花在國內的發展。中國現有4200-4500條瓷磚窯生產線（不含小窯），每條生產線需要1-2臺印花設備，以每年平均5%的裝機率計算，市場可發展的空間是每年200臺以上。按每臺設備平均售價350萬元（進口設備約550萬元/臺）和毛利率50%計算，其利潤是相當可觀的，這還不包括未來生產線的增長和設備的更新。該利潤和商機的存在必將驅動一些有實力的公司投入研發和生產。未來幾年我國瓷磚噴墨印花機的市場格局可能是三分之一完全進口，三分之一噴頭、軟件、板卡等進口，三分之一只有噴頭進口，其它部件國產化。在這方面，上海泰威技術發展有限公司已經走在了使瓷磚噴墨印花設備向最大程度國產化進軍的前列。
目前歐洲已有超過85%的建陶生產線運用了噴墨印花技術，設備數量達到了300多臺。歐洲建陶印花技術的現狀將是近幾年中國建陶業印花發展的方向。中國必將由現在的建陶生產大國變為未來的建陶技術強國！
作者簡介：
黃風格，1997年畢業于河南大學化學工程專業，現就職于上海泰威技術發展有限公司，主要負責瓷磚噴墨打印機的開發和生產項目
參考資料：
1> 關于開展單位產品能耗限額標準執行情況和高耗能落后機電設備（產品）淘汰情況專項督查的通知，中華人民共和國工業和信息化部節能與綜合利用司， http://jns.miit.gov.cn/n11293472/n11295091/n11299314/13310547.html，2010年07月20日
2> 2008年建材工業經濟運行情況分析，中華人民共和國工業和信息化部原材料工業司，http://www.miit.gov.cn/n11293472/n11295125/n11299425/12164560.html，2009年03月11日
3> 中華人民共和國國家發展和改革委員會產業結構調整指導目錄2011年本，
http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbl/2011ling/t20110426_408008.htm，2011年03月27日
4> 噴墨和全拋釉技術助推瓷磚制造走進新時代，中國陶瓷網，2010年12月22日
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號