陶瓷装饰用喷墨打印技术是将着色剂制成多色墨水，通过喷墨打印的方式将其直接打印到陶瓷表面上，烧成后呈色的装饰方法。喷墨打印技术与现有的陶瓷装饰手段相比，具有突破性的优势、良好的应用前景和巨大的商业机会。笔者在查阅相关英文资料的基础上，通过剖析当前陶瓷墨水国产化的暂时困境，来探讨陶瓷墨水国产化的出路，以促进陶瓷喷墨技术在中国的发展。
陶瓷墨水国产化的困境
1、墨水性能的提升
陶瓷墨水国产化的关键在于墨水的性能，包括：稳定性、发色情况、成本、墨水与喷头的兼容性、墨水与坯的润湿情况等等。陶瓷墨水在欧洲已经使用了五年左右，很多企业都已经掌握了陶瓷墨水的制备技术，但是不同墨水公司间的技术水平还是存在差别。一些国外墨水还是容易出现拉线的问题;烧成后色彩偏淡的问题;墨水在陶瓷砖上的润湿性不好或者过度扩散的问题。同外国陶瓷墨水企业经过十余年的发展历程相比，国产陶瓷墨水的发展非常迅速，博今科技、道氏制釉、明朝科技等国内陶瓷墨水领军企业已经能推出商品化的陶瓷墨水。据报道博今科技去年就推出了商用化的陶瓷墨水，道氏制釉表示已经研发出陶瓷墨水，明朝科技称其研发的墨水已经在新明珠、蒙娜丽莎等陶瓷企业获得应用。
2、整体解决方案的深入
目前全球工业品的销售逐渐进入了整体解决方案时代，墨水公司不但需要有能力制备发稳定性、发色效果好的陶瓷墨水，而且需要根据墨水在喷头中的打印情况来调整喷头的波形方程，解决陶瓷喷墨打印机使用过程中的问题，通过调整坯釉料的配方、窑炉的温度制度、气氛等手段提升最终产品的发色效果。
3、推广模式的创新
目前，国产墨水在推广已经取得一定的成绩，还需要进一步化解陶瓷生产企业对国产墨水的误解。对于墨水企业，则需要在提升墨水性能的同时，采取一些更强有力的推广模式。
陶瓷墨水国产化的出路
1、墨水的性能
①墨水的拉线问题
墨水的拉线问题是由很多方面的原因所造成的，可能是墨水的原因，也可能是喷墨打印设备、喷头及人员操作等方面的原因。墨水的关键是稳定性，可通过选择结晶度高、中卫粒径小、粒度分布窄的色料，选择合适的分散系统与合适的分散剂，选择耐磨损的砂磨机和砂磨介质等方法来实现。
②发色效果的问题
烧成后装饰图案的色彩明显偏淡，主要的影响因素有：色料的种类、结晶度、在墨水中的固含量;坯、釉的成分;温度制度等等。墨水中色料的选择非常重要，外国蓝色墨水通常是选用钴铁尖晶石色料。制备色料所用的氧化钴和氧化铝的摩尔比接近于1:2.5，其中过量的氧化铝使反应更加充分，也提高了氧化钴的利用效率。为了提高色料的结晶度，可能会添加一定量的氟化锂作为矿化剂。钴铁尖晶石的结晶度直接影响墨水最终的发色效果、粒度分布以及分散的效果。墨水中色料的结晶度越高，可实现的色彩范围越广。为了提高最终产品的装饰效果，希望墨水中钴含量能尽可能地高，而不是通过堆积墨水来实现。然而对于喷头企业来说，为了提高喷头的使用寿命，不希墨水中的钴含量太高。
在其他因素相同的情况下，坯、釉的成份不同，喷墨打印出来的效果可能差别很大。美国专利US6402823B1要求在喷墨打印未烧成的陶瓷素坯(涂覆了透明釉)之前，需要将4.0wt%氧化钛(按标准釉料组合物的重量计)添加到标准的釉料组合物中。欧洲专利EP2008/067836中所述的陶瓷坯体需经二氧化硅和二氧化钛添加剂的处理。笔者认为陶瓷坯体添加剂的作用可能是：使得着色金属离子能进入氧化钛(或氧化锆等物质)的晶格，有助于发色;或者是由于墨水发色较浅，有必要在喷墨打印前添加白色的氧化钛，利用氧化钛(或氧化锆等物质)的乳浊作用，遮盖坯体的底色。釉料组成中含有很多种金属氧化物。氧化锂、氧化硼、氧化锌、氧化镁和氧化锑会影响墨水的发色，应该避免和减少使用。氧化钾对墨水发色的不利影响超过氧化钠。氧化钙和氧化钡不会太多地影响墨水发色，所以可被用来替代氧化锂和氧化硼等物质。氧化锡会促进红色的发色，却会使得物质泛红色。氧化钛能促进红色和黄色的发色，但是会使物质泛黄色，还会减弱黑色的发色。
温度制度对墨水的发色也是至关重要的。品红色可通过金纳米着色剂的振动实现。当热处理温度不超过1100℃时，金纳米着色剂在基体中较为稳定，表现为明亮的品红色;热处理温度在1100℃以上时，金纳米色剂的尺寸会快速增长，导致明度值L*下降，甚至出现颜色参数向黄色的细微转变。黑色墨水的发色可以通过CoFe2O4实现。在烧成过程中，黑色墨水中的Co–O和Fe–O会形成CoFe2O4和FeCo2O4。八面体和四面体状态Co2+的共存，结合Fe3+的多重协调效应，确保了可见光被充分吸收。随着温度的升高，CoFe2O4尖晶石的结构依然非常稳定，但是晶体尺寸会有所增大，使黑色向灰色发生细微转变。
③墨滴与坯体结合的问题
实际生产中存在墨滴在坯体上润湿性不好以及墨滴在坯体上过度扩散的问题。润湿性不好可以通过添加适当的分散剂，使得陶瓷墨水中非极性的有物能够与机极性的陶瓷坯体形成润湿。至于墨水在坯上过度扩散，可能是由于墨水的表面张力过小，可以通过选择合适的分散剂、降低分散剂添加量、提高色料的含量等方法，来提高墨水的表面张力。
2、整体解决方案
①拉线问题
拉线的情况主要有三种，每一种产生的原因都有所不同，可以根据拉线的颜色、宽度、存在状况来判断其原因。第一种是宽度为0.1mm左右白色线条，原因有：个别喷孔内堵塞(白线一直存在)、墨水中有气泡(小白线间断地出现)、个别喷孔斜喷(白线旁边的线条因为墨水叠加颜色较深);第二种是宽度为2～3mm的白色线条，主要是墨水在射出喷头的瞬间与坯体发出的水蒸气、粉尘结合，导致喷头外部附着污染物;第三种是宽度为1～2mm深色或浅色线条，主要是由于两个喷头交接位的重叠，这种问题可通过喷头的自动对位技术来应对。
减少拉线的对策有三条：第一，文章转载于华夏陶瓷网提升墨水的稳定性(选择结晶度高的色料、中位粒径小且粒度分布窄的色料、合适的分散系统及分散剂、耐磨损的砂磨机和研磨介质)，减少色料对喷头的堵塞。第二，优化喷墨打印机的设计，对有墨水循环设计的喷头，要合理设计供墨系统，特别是墨水过滤及排气系统，以避免墨水沉淀及循环过程产生气泡导致堵塞;增加废墨回收系统、防尘、防水汽系统，以降低喷头外堵的可能。第三，对喷墨打印设备定期维护，如：若喷头无墨水循环设计，在不生产时要间断喷墨，减少墨水沉淀引起的堵塞;利用自动清洗系统，定时清洗喷头;如果发现个别喷孔斜喷，需要及时调整。
②图案清晰度不高、发色效果不理想的问题
实际生产中容易出现马赛克、发色不理想的问题，可能涉及墨水、图像处理、喷墨打印机的管理、坯釉料的配方、窑炉等各方面原因。
首先，图稿的像素不足、层次设计地不合理，会导致马赛克的出现;图像色彩与墨水的发色范围不一致，会导致最终产品的色彩和设计图稿差距较大。对于石材、木材等天然材料的图稿设计到生产的流程为：选择合适实物素材→数码采集(扫描或照相，像素尽量高，优选扫描)→图像处理(结合现有墨水的发色特点进行二次设计、修整)→拼接及组合设计→输入喷墨打印机试验→试烧→图像对比及处理→正式生产。可以通过锐化处理和杂点处理解决马赛克的问题。
原图案文件在50-100dpi之间，光栅化处理(RIP)后图像变大6-10倍，可达到300-1000dpi的效果。最佳视觉距离为图案对角线的1-5倍，近距离(5米以内)小于5平方米的画面，效果要求最好，需要不低于600dpi;中距离(5至10米以内)约5至20平方米的画面，效果要求低，不高于300dpi;原距离(5米以外)大于20平方米的画面，效果要求低，不高于150dpi。影响图像前处理的因素有：效果好的原稿使输出效果也大幅提高;RIP的输出精度越高，也使效果提高;色彩校正可使色彩过渡均匀、柔化;尽量选择有ICC的RIP，使原图在不同条件下尽可能一致。图像的前处理包括：灰度表现、渐变色表现、各基色图案表现、相容性表现、不同颜色陶瓷墨水的打印顺序。
其次，喷头的精度(dpi值)如果不能满足设计图稿的要求，会影响产品的清晰度;喷头孔径过大或过小(对应墨滴的大小)，会影响最终产品的颜色深浅。在此要澄清一个误区，陶瓷喷墨打印的dpi值分为两个方向，砖移动方向以及垂直于砖的移动方向。砖移动方向的dpi值与喷头的点火频率和砖移动的速度有关，这个值是可以调整的;垂直于砖移动方向的dpi值与喷头纵向方向的dpi值以及喷头的安装情况有关，这个值一般是固定的。灰度可理解为颜色的深浅，主要与喷头对墨点体积(皮升)的控制有关。喷头的孔径过大，则墨点较大，不能表现出浅色图案的效果;喷头的孔径过小，则墨点较小，不能表达出深色图案的效果。
再次，墨水对产品最终装饰效果的影响也非常重要。墨水中色料的纯度越高，可实现的色彩范围越广，关键在于色料制备过程中原料的选择、混料、烧成工艺、矿化剂的选择及添加量等因素有关。墨水中固含量越高，可表现的层次越丰富，这也会引起墨水表面张力、粘度、稳定性的变化，需要综合考虑。墨水的表面张力越小，流动性越好，喷射越流畅，但是表面张力太低会引起墨滴的飞溅与扩散，降低图案的清晰度和层次感;表面张力过大，容易出现墨滴拖尾的现象。墨水的粘度太小，则墨水内摩擦力小，液滴呈弯月形而产生阻尼振荡，影响喷射速度;粘度过大，墨水流动性差，且不易形成小液滴。墨水中的气泡会引起间断性的拉线，在喷墨打印机中增加墨水排气系统解决此问题。
最后，坯釉料的配方、窑炉的烧成制度对最终产品装饰效果的影响也很大，前面已经有所介绍，在此不做赘述。
3、推广模式
笔者认为今后三年是发展国产墨水的最佳时机，虽然墨水价格可能持续走低，但是需求量增长迅猛，国内外墨水在中国市场的供应格局尚未成形。众所周知，精工等日本企业通过购买、吸收、消化和提升英国赛尔喷头的专利技术，迅速占领了喷绘喷头行业及陶瓷喷墨喷头行业的市场。国内企业可以通过与外国企业合作(掌握陶瓷墨水技术的外国企业很多，只有几家在中国市场取得了成功)，或者购买和消化外国陶瓷墨水技术的模式，缩短陶瓷墨水的研发和调试周期，迅速占领中国市场。
目前已经有多家国内企业同外国墨水企业合作研制墨水，效果不是很理想。原因在于国内企业在市场不明朗的情况下，不会花太大的成本来购买不确定的技术，可能通过合作的方式;外国墨水企业在没有获得预期收益情况下，或者在所合作的国内企业不能够保证其将来墨水的销售额及未来丰厚利润的情况下，不会轻易将整套的技术转让给国内企业。笔者认为国内墨水企业可能尝试和大型陶瓷生产企业合作成立合资墨水公司，以局部市场换取关键技术。通过三位一体的合作，能够在短时间内大幅度拉动国内墨水企业的销售额、降低陶瓷生产企业的成本，也给外国墨水企业赚取了一定的局部利益。其中，这种模式还是需要评估一些风险，例如：所合作的外国墨水企业的技术是否成熟、同那些知名顶级墨水相比是否有优势?外国墨水企业是否会将核心的墨水制备技术交给国内企业?陶瓷生产企业是否会同意与国内色釉料公司合作?合作过程中，是否会出现合作中断、人事变动、陶瓷墨水的价格战等突发情况?
与此同时，陶瓷喷墨打印技术很可能带来相互模仿的问题，产品的差异化、服务的提升和技术壁垒将是一个需要关注的问题。首先，可能很多人知道意大利的Colorobbia公司生产陶瓷喷墨打印墨水，却不知道Colorobbia已经推出了具有高效杀菌、去污、自洁功能的商品化纳米TiO2，甚至有能力推出功能化的陶瓷墨水。可以通过研究国外墨水企业的最新英文专利、分析国外陶瓷展会最新动态等手段，来分析陶瓷墨水在未来几年的发展趋势。其次，陶瓷墨水同质化的时代一旦到来，陶瓷喷墨的整体解决方案将显得无比重要。最后，外国墨水企业还没有制备出大红色的陶瓷墨水，如果国内企业能解决这一技术难题，将迎来巨大的发展机会。
