喷码机的研究与应用

樊留强　惠延波

摘要：随着科技和经济的迅速发展，喷码技术得到快速发展，国内对喷码机的需求越来越多。本文对喷码机的基本原理与系统进行阐述，介绍了喷码机的种类和相关技术以及喷码机系统在包装、产品、管理方面的应用和发展趋势。

关键词：喷码机；应用；趋势

中图分类号：TP29 文献标识码：B 文章编号：1009-3044（2016）24-0219-02

随着经济的迅速发展，国内对喷码机的需求越来越多，消费者对产品信息的标注和要求越来越高，一些法律法规也有相应的规范和管理。喷码技术作为标识及识别技术的一种，可用于喷印生产日期、批号、条形码及防伪标记、中文字样、商标图案，具有标识清晰、不易磨损、适合高速生产等优点，可应用于食品、饮料、酒类及医药、车辆等行业[1，2]，对生产和管理具有促进和发展的作用，同时也会增加产品的附加值，树立产品形象，提高市场竞争力。国外品牌如美国伟迪捷公司、英国多米诺公司、法国依玛仕公司、日本日立公司等企业生产的喷码机已广泛应用于食品、饮料等行业并占有中国一半以上的喷码机市场。欧洲的喷码机市场在进入20世纪90年代以后便保持着每年15%-50%的年增长率，最近几年也保持着10%左右的高速发展水平，而中国近年来的喷码机市场年增长率也在30%左右[3]。目前国内规模较大的公司有北京科诺华、北京金诺、上海镭德杰等，高校研究和企业自主研发将会为国产喷码技术的发展带来新的机遇。随着中国信息产业发展，中国的标识行业将会继续迅猛发展，喷码机的应用将会会拓展到更多行业。

1 喷码机种类与原理

喷码机按喷字大小可分为大字符喷码机、小字符喷码机、高解析喷码机，按照所用耗材可分类为墨水喷码机和激光喷码机，墨水喷码机按工作原理可分类为连续喷墨技术（CIJ）和按需喷墨技术（DOD），其中按需喷墨技术根据其实现的方式又可分为压电式喷墨技术、电磁阀式喷墨技术和热发泡式喷墨技术（TIJ）[4]。每种喷码机的工作原理大致相同，差别主要是在墨路系统、喷印系统、软件控制、电子系统上实现方式上。

1）墨水喷码机

连续式喷码技术是利用带电的墨水微粒，根据电场偏转原理，不同电量的墨滴偏转不同的角度，最终在物体表面喷印图案文字和数码[5]。加压墨水经过喷嘴喷出形成墨线，在晶振的作用下断裂成滴，经过充电电极时墨滴带上了电荷，墨滴经过高压偏转板后偏转形成文字，不带电的墨滴不偏转向下飞行进入回收管。连续式喷码技术很适合小字符的喷印，如多米诺A系列连续式喷码机可以应用在食品、玻璃、塑料、金属、橡胶等产品。

按需喷墨技术中的压电式喷墨技术利用电信号控制压电晶体的变形，从而控制喷嘴上喷孔的开闭；电磁阀式喷墨系统其喷头由多个高速开关式精密的微型阀，在喷字时，字型相应的电磁阀迅速启闭，墨水依靠内部恒定压力喷出，在运动的物体表面形成字符或图形；热发泡式喷码机利用薄膜电阻器将极小的墨滴加热形成气泡，迫使墨滴从喷嘴喷出。按需式喷墨技术很适合大字符的喷印，如德国瑞尔公司的瑞尔大字符喷码机，可以对墨点进行调节，字高范围5-135mm，可用于钢铁行业的大字符喷码。

2）激光喷码机

激光喷码机使用软件偏转激光束，利用激光的高温直接灼烧需标识的产品表面，形成字体或图案，激光喷码是一个永久性的标记，具有显著的防伪功能[6]。激光喷码机性能稳定，可靠性高，运行成本低，成为近年来研究的热点，如多米诺的DD3型点阵式激光喷码机、伟迪捷的镭射宝编码系统等。

2 喷码系统相关技术

喷码机是集机、电、气、液、光、磁、生为一体的技术密集型产品，涉及机械设计技术、系统技术、自动控制技术、计算机与信息处理技术等多个学科。喷码机主要机械部分和电气部分组成，在不同的应用场景中喷码系统有着各自的特点。

1）机械部分

机械部分是喷码机的一个重要组成部分，喷嘴和供墨系统是喷码机的核心部件，喷嘴的机械设计注重防尘、防堵、适合特定工作环境（如高温）；供墨系统要考虑防堵并保证喷墨稳定性。山东大学的焦锋利设计的防堵大点点阵喷字系统，其防堵喷头和循环供墨系统可以有效提高防堵能力并提高了系统的稳定性与可靠性[4]。沙钢集团的陆洪周对喷号机的关键设备电弧喷枪进行了优化，设计了具有集束功能的电弧喷枪[7]。有的场合需要目标静止、喷头移动时，就需要移动设备带动专用喷码机的喷头实现自动喷码，靳玉涛利用PLC控制机械执行机构完成3轴6向运动，实现了汽车的自动化喷码[8]。

2）电气部分

喷码机的电气部分主要包括主机和用户终端两部分，主机主要由主板和底板电路组成，包括处理器模块、设备驱动模块、控制模块、数据接收处理模块等组成，用户终端是喷码系统的人机交互部分，包括LCD显示器触摸屏等模块，用户通过人机交互系统可以设置喷码机的相关参数、操作选项和任务等。根据应用领域、用户需求、成本、开发周期等选择处理器，搭建硬件平台，并设计基于用户需求和体验的友好交互界面。武汉理工大学张旭研究的基于GUI的喷码机图形用户界面以S3C2440芯片为处理器，搭载Linux操作系统，对以LCD图形用户界面和触摸屏为核心的人机交互方式进行优化设计，设计出符合国人操作习惯的操作界面[9]。

3 喷码技术的应用

喷码技术除了可以标注生产日期外，还可以进行潜在问题的跟踪、防止假冒等。喷码机广泛应用于三方面：一是产品包装行业，即食品、饮料、酒类及医药等行业；二是产品自身，即在产品上标注规格型号，使其作为产品本身的一部分，主要分布在电缆、建筑材料、电子产品和商务印刷等行业；三是规范管理，如汽车、火车等法律规定须喷涂的参数标识等，对于安全管理很重要。

1）包装

随着消费者对产品质量的重视和安全意识的提高，包装的好坏直接影响到消费者对产品的第一印象，良好的包装不仅可以增加产品的附加值还是企业自身实力的体现。包装行业主要利用了包装的防伪功能、标识功能、生产和物流管理等特点，如食品喷码机的主要作用是在食品包装上喷印食品的生产日期，生产场地以及食品保质期等，消费者可以更好地了解食品[10]。在包装行业应用较多的是非接触式喷墨机和激光喷码机，因为在喷码过程中不接触产品表面，适合不规则的物体表面。

2）产品自身需求

有些产品，如管线、电线电缆，如果只从外表区分很难识别不同公司的产品，而喷码作为一种分辨不同产品、辨别图标、品牌的方法而被广泛使用。如塑胶管材行业，与普通的印刷方式如移印、网印相比，喷码机具有非接触式、高速、高效、低成本、喷印内容可随时更改等优点，所以喷码机很适合在线喷码，并可适应某些特定的环境如高温、日照、寒冷、腐蚀等苛刻条件，这对标识的长久性要求较高，也对喷码机和喷印墨水有很高的要求，市场上已有不少喷码设备可以满足这些条件。

3）规范管理

对于有的行业法律上有规定，如某些产品必须在其产品或外包装上标明“生产日期”或“产品批号”，如建材行业、食品饮料业、制药业、汽车喷字等。如汽车行业，根据工信部联产业[2011]632号文件要求，所有货车均应在驾驶室两侧喷涂总质量参数，半挂牵引车喷涂最大允许牵引质量参数[8]等并且对喷印内容和字体大小都有要求；铁道车辆要符合铁道车辆标记一般规则，对车型、喷印内容和字号大小也有要求。由于喷印的字符范围比较大，大字符喷码机很适合这种应用场合。

4 发展展望

喷码技术效率高、成本低等优点为企业的发展和人们生活水平的提高带来很大方便，随着喷码技术的广泛应用和市场需求的不断提高和市场竞争的加剧，给喷码技术的发展既带来机遇也带来了挑战，随着新产品、新技术，当前喷码技术的发展主要有以下趋势：1）操作简单，稳定可靠；2）维护简单，运行成本低；3）新技术、新材料的应用；4）绿色环保。

参考文献：

[1] 佚名.喷码机在食品行业发展迅速[J].中国包装，2015（9）：51-52.

[2] 佚名.喷码机助力食品饮料企业规模化生产[J].中国包装工业，2009（5）：8-9.

[3] 周亮.高解析喷码机在食品行业的应用[J].食品安全导刊，2009，9（1）：70-71.

[4] 焦锋利.防堵大点点阵喷字系统设技[D].济南：山东大学，2013.

[5] 张昌凡.非接触喷码的喷印技术分析[J].包装工程，1998，4（19）：31-33.

[6] 段军义.喷码机的应用与发展[J].农产品加工，2006（1）：46-47.

[7] 陆洪周，鲁清远，罗燕，陈海云，石勇，刘炽强等.喷号机的研制与应用[J].连铸，2008（4）：22-24.

[8] 靳玉涛，冉浩.浅谈汽车自动化喷字工艺[J].涂料工业，2015，45（4）：79-82.

[9] 张旭.基于GUI的喷码机图形用户界面应用研究[D].武汉：武汉理工大学 2009.

[10] 多米诺公司.浅析喷码标识设备在即食和方便食品行业的应用[J].食品安全导刊，2015（25）：46-47.