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1、 摘要

噴墨打印是一種非接觸式沉積技術(shù)，因其液滴控制能力強(qiáng)、定位準(zhǔn)確、易圖案化、材料利用率高和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，在電子印刷、生物醫(yī)療、砂型打印、3D打印等領(lǐng)域具有極大的商業(yè)應(yīng)用前景。

國(guó)內(nèi)噴墨打印作為應(yīng)用端，大部分設(shè)備來(lái)自于國(guó)外，國(guó)產(chǎn)設(shè)備未應(yīng)用，噴墨打印的技術(shù)在行業(yè)應(yīng)用里屬于嘗試階段，未完全投入量產(chǎn)。噴墨打印設(shè)備最核心部分為噴頭與算法。本公司利用在壓電材料開(kāi)發(fā)上的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，攻克了高性能精密壓電陶瓷、微尺度流道制備與封裝等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了PJ100高精度皮升級(jí)打印系統(tǒng)，為客戶提供全流程壓電噴墨打印解決方案。

2、 研究現(xiàn)狀

我國(guó)在噴墨技術(shù)方面的研究起步較晚，使得該領(lǐng)域的大量專利和關(guān)鍵技術(shù)被西方國(guó)家壟斷，國(guó)內(nèi)噴墨印刷裝備的關(guān)鍵部件、核心軟件及高端墨水等主要依賴國(guó)外進(jìn)口，未來(lái)存在著被西方國(guó)家“卡脖子”的潛在風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《印刷業(yè)“十四五”時(shí)期發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》提出，從當(dāng)前急迫需要和長(zhǎng)遠(yuǎn)需求出發(fā)，集中優(yōu)勢(shì)資源突破噴墨數(shù)字印刷噴頭、高端印刷裝備器材等關(guān)鍵核心技術(shù)裝備，實(shí)施關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工程，解決一批“卡脖子”問(wèn)題。2015年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《中國(guó)制造2025》通知中也明確提出攻克增材制造的核心元器件和關(guān)鍵工藝技術(shù)，對(duì)促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，支持我國(guó)高端制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。

壓電噴墨打印頭作為噴墨打印技術(shù)中的核心器件，時(shí)至今日，其依賴國(guó)外進(jìn)口的現(xiàn)狀仍未改變。在傳統(tǒng)噴墨打印、增材制造、砂型打印等領(lǐng)域，多使用陣列式打印頭以提高生產(chǎn)效率，被以HP、Epson、Fujifilm、KYOCERA、Ricoh等為代表的國(guó)外廠商牢牢把握相關(guān)技術(shù)與市場(chǎng)份額，并筑起了專利壁壘，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)如愛(ài)司凱、銳發(fā)、奧潤(rùn)等據(jù)報(bào)道已有相關(guān)產(chǎn)品布局，但推廣難度較大，成熟應(yīng)用案例較少；在生物醫(yī)療、生物點(diǎn)樣等領(lǐng)域，單孔噴頭因其可噴射粘度范圍更廣等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，常見(jiàn)品牌國(guó)外代表廠家有Gesim、Microfab、Biodot等，國(guó)內(nèi)該類型噴頭產(chǎn)品相關(guān)報(bào)道較少。

國(guó)內(nèi)對(duì)打印頭的研究以產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用為主，即采用國(guó)外廠家的打印頭硬件系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)打印頭進(jìn)行外圍控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，使其部分適用于噴繪市場(chǎng)或增材制造等領(lǐng)域的技術(shù)需求。這種關(guān)鍵核心技術(shù)被國(guó)外公司把持、國(guó)內(nèi)企業(yè)作為應(yīng)用端開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀，不但使噴墨打印設(shè)備“空心化”現(xiàn)象明顯，也限制了國(guó)內(nèi)高品質(zhì)噴墨打印技術(shù)應(yīng)用端的創(chuàng)新進(jìn)程。

3、PJ100高精度皮升打印系統(tǒng)

PJ100打印系統(tǒng)由PJ-NL單孔壓電式噴墨打印頭、PC100精密氣壓控制系統(tǒng)和JC100S智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成，適用于粘度20cPs以下不同類型的材料打印，可用于生物醫(yī)療、生物點(diǎn)樣等精細(xì)化噴墨打印場(chǎng)景；

技術(shù)參數(shù)：

• 壓電式單孔噴頭，孔徑20-120um，最高頻率30kHz；

• 電驅(qū)動(dòng)器工作電壓范用(-140V+140V)，電壓波形包括: 單、雙極波、多極波、正弦波；最高工作頻率30kHz；有外部觸發(fā)接口；

• 氣壓控制器調(diào)節(jié)精度為±0.1kPa；表顯精度0.2kPa，配有三狀態(tài)氣壓開(kāi)關(guān)，可對(duì)噴頭做沖洗和倒抽；內(nèi)置壓力發(fā)生器，無(wú)需外接氣源；

• 控制軟件可設(shè)置可種電壓參數(shù)及波形，可軟件控制產(chǎn)生連續(xù)噴射、單點(diǎn)噴射和定量噴射，同時(shí)配備墨滴觀測(cè)功能。

  
  

此外，本系統(tǒng)支持外部加熱功能，最高可達(dá)150℃，可將噴射溶液粘度范圍提升至500cPs，材料適用性更廣，可擴(kuò)展應(yīng)用至3D打印、電子封裝等領(lǐng)域。

4、 應(yīng)用場(chǎng)景

皮升級(jí)壓電打印設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，涵蓋了生物科學(xué)、材料科學(xué)、微電子、醫(yī)療、食品工業(yè)和環(huán)境科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。其高精度、微小液滴產(chǎn)生和墨水兼容性等特性使得它在這些領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力。

生物科學(xué)領(lǐng)域：可用于生物芯片的點(diǎn)樣，微陣列制作，以及單細(xì)胞分析等。此外，該技術(shù)還可以用于DNA、RNA和蛋白質(zhì)等生物分子的微量打印和操控。

材料科學(xué)研究：壓電噴墨打印技術(shù)由于其對(duì)墨水的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)材料的高精度沉積和圖案化，可以用于制備和表征新型材料和納米結(jié)構(gòu)。

微電子和納米制造技術(shù)：在微電子和納米制造領(lǐng)域有重要應(yīng)用，可以用于制造微電子器件、納米傳感器、納米電路等。

醫(yī)療和藥物輸送：可用于藥物輸送系統(tǒng)的制作，如微針、微膠囊等。此外，該技術(shù)還可以用于制造生物相容性材料，如組織工程支架和生物材料。

食品工業(yè)：在食品工業(yè)中，可用于食品成分的微量添加和食品表面的精細(xì)打印，如食品標(biāo)簽、食品裝飾等。

環(huán)境科學(xué)：在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)可用于制備環(huán)境友好型材料和納米結(jié)構(gòu)，以及進(jìn)行環(huán)境污染物的微量分析和檢測(cè)。

光學(xué)和光子學(xué)：這種打印技術(shù)的高分辨率和微小液滴產(chǎn)生能力使其在光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用價(jià)值。它可以用于制造微小光學(xué)元件、光子晶體和光學(xué)傳感器等，為光學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供新的手段。

航空航天：壓電打印技術(shù)可用于制造微小而精確的部件和結(jié)構(gòu)，如微型傳感器、執(zhí)行器和微型機(jī)械系統(tǒng)等。

5、市場(chǎng)展望

皮升級(jí)高精度打印設(shè)備市場(chǎng)具有較大的發(fā)展?jié)摿?，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，市場(chǎng)規(guī)模有望持續(xù)增長(zhǎng)：同時(shí)，該設(shè)備具有較高的專業(yè)性和技術(shù)含量，目前市場(chǎng)現(xiàn)狀呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：

市場(chǎng)需求增長(zhǎng)：隨著科技的不斷進(jìn)步和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，皮升級(jí)高精度打印設(shè)備在生物3D打印、柔性電子制備、顯示面板行業(yè)、生物芯片點(diǎn)樣、太陽(yáng)能電池、藥物微球制備、納米金屬導(dǎo)體、醫(yī)療診斷學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)。

技術(shù)不斷創(chuàng)新：皮升級(jí)高精度打印設(shè)備需要高精度的運(yùn)動(dòng)控制、噴頭控制、液滴觀測(cè)等技術(shù)支持，技術(shù)不斷創(chuàng)新是推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。目前，一些領(lǐng)先的生產(chǎn)公司已經(jīng)在這些方面取得了顯著的進(jìn)展，并推出了具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

競(jìng)爭(zhēng)格局多元化：皮升級(jí)高精度打印設(shè)備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局較為多元化，既有國(guó)際知名的大型企業(yè)，也有國(guó)內(nèi)新興的科技公司。這些企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)了技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)的不斷拓展。

定制化需求增加：由于皮升級(jí)高精度打印設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不同領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的需求也各不相同。因此，定制化需求逐漸增加，生產(chǎn)公司需要根據(jù)客戶的具體需求進(jìn)行產(chǎn)品的定制和開(kāi)發(fā)。