噴墨列印–科技與藝術的完美結合
92/06/10
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張棋榕｜
工業技術研究院化學工業研究所
想像力是人類文明中藝術與科學的原動力，人類不是唯一有想像力的生物，卻是唯一可以把自己的想像用語言、文字、繪畫表達出來的生物。我們用筆將想像的情景繪聲繪影地記錄下來，便成為流傳後世的故事和傳說；假如我們是將想像的事物畫出來，則有可能成為流傳後世的藝術畫作。
早在距今約兩萬年前，也就是舊石器時代的晚期，就出現了已知最早的繪畫藝術。在人類袓先居住過的洞穴岩壁上，已有生動的動物圖像出現。該圖顯示鹿和馬以生動的姿態奔馳在草原上，一旁的獵人手持弓箭進行狩獵圍捕。此圖只是用黑色的線條勾描出圖像，另有一些圖像已配合色彩鮮艷的泥土進行著色。這些壁畫都生氣淋漓、栩栩如生，洋溢著旺盛的生命力。
隨著文明的演進，陸續有各式各樣的美術創作出現，如西方的油畫和中國的水墨畫，透過畫筆和畫家的巧思，為人類文明留下許多不朽的藝術經典作品。
西方藝術家喬治（Georges Seurat）在一八八四年以點畫方式畫出一幅很特別的畫作〈A Sunday on LaGrande Jatte〉。以往熟知的畫，包括油墨和水墨畫，都是用畫筆把顏色塗布混合成想要的線條和圖案，圖形是透過色料大面積的混合而產生。而喬治則是利用完全不同的概念進行繪畫創作，將眾多單一顏色的點畫在油畫布上組合成彩色圖像，由墨點組成畫面上的點、線、面。顏色的產生則是用距離很近的兩個色點，因為人眼的視覺混合效果產生第三種色點效果，所以有些畫評家將其稱為模糊藝術。
觀察此圖，我們很難辨別出單一的色點，觀賞者見到的是一幅生動的彩色圖像，這種點畫創造可視為今日噴墨印表機彩色列印技術的鼻祖。目前以噴墨印表機印出的彩色圖形，也是由黃、洋紅、藍、黑四色墨點以與點畫類似的原理組合而成的。
早期喬治的畫作是利用人工逐點點繪而成，要完成一幅畫作，須點上數以萬計的彩點組合成各種構思的圖像，繪圖所需的時間相當長。而透過彩色噴墨技術，可有效縮短繪圖所需的時間，並提高列印影像的解析度與色階數。
早期的繪畫畫作須透過畫家的巧手完成，要臨摹一幅畫作也需要相當長的時間。現今在影像掃描輸入、影像處理、影像儲存、噴墨列印等技術的配合下，可以在短時間內完成大量且品質精良的圖形列印。
噴墨的列印方式可分為連續式及非連續式兩種，而非連續式的列印方式又可依墨水噴出動力機構的不同，分為熱氣泡式及壓電式兩種。
將熱氣泡式噴墨頭微結構放大，可發現墨水底下有一熱電阻，在幾微秒內即可迅速加熱達攝氏350～450度，而使水氣化產生微氣泡，因體積膨脹而將原來空間中的墨水擠出於噴孔外。此時加熱片又迅速冷卻使氣泡破裂，原擠出於噴孔外的墨水受到氣泡破裂力量的牽引而形成墨滴，當墨滴噴出飛行至基材上時，便在基材上形成墨點。而墨水則透過連通噴墨區與儲墨區的流道持續流入補充，每噴出一個墨滴都是上述流程協同運作的結果。
這種機構的噴墨速率每秒可達三千至八千滴，目前甚至可達一萬兩千滴，表示每秒鐘可完成數千至數萬次加熱、噴墨、供墨的循環動作。以此與喬治點畫的繪畫方式相較，噴墨列印方式可以在短時間內完成大量且品質精良的圖形列印。
壓電噴墨技術則以EPSON自行研發的微針點壓電噴墨技術為代表，這種技術的關鍵在於晶體，晶體具有壓電特性，當晶體通電時會產生膨脹的現象。EPSON便利用晶體本身的特性，以多層壓電波穩定控制施於晶體上的電壓，晶體產生膨脹將墨水噴出，當通電停止時便將墨水拉回。正因為可精準控制電壓，所以墨點本身的產生速率、大小都可以精準地控制。
影響噴墨列印品質的因素包括墨點大小、解析度高低、色階數多寡、噴墨電控技術和色彩轉換技術等，但以墨點大小、解析度高低及色彩數目最重要。列印品質的最重要關鍵因素之一是在墨點，墨點越小，排列越細密，能呈現的影像越清晰，當然提升列印解析度，色彩的層次表現也會更真實。
墨點與傳統網版印刷的網點類似，網點越大，列印的解析度便相對降低，所能呈現的色相也就越差。以目前的彩色噴墨印表機而言，EPSON推出的Stylus Photo 750的墨點僅僅是6 pL，每1 pL 表示 10－12公升。而Stylus Color 900則將墨點縮小至3 pL，更可有效提升列印的品質。
對於使用者而言，單純的黑白文件列印往往感受不到墨點大小的影響。但若要列印彩色的圖形，就可以發覺如髮絲、樹蔭等細微處，細微的墨點表現便舉足輕重。
隨著電腦的數位影像系統逐漸成熟，用噴墨印表機列印相片已經不再是夢想，但是正因為噴墨印表機都有網點，所以必須用非常細小的墨點搭配高解析度。噴墨印表機噴出的墨點越細小，點與點之間的距離相對減少，則可以呈現出的品質會越好。從噴墨印表機的觀點來說，墨點的大小決定了印表機的解析度，相同地，它也決定了印表機的色階程度。
噴墨印表機的所有色彩都是以墨點交錯堆砌而成，也就是說，墨水在經由噴嘴噴出後，會以覆蓋的方式混合出使用者需要的顏色。在相同的區間內，墨點越小，則連續性越高。透過這種方式，列印的解析度也就相對提高許多。
對於這種必須調製的色彩而言，墨點大小的影響就相當顯著。對於墨點大的印表機，觀察到的顏色飽和度不高、層次感也不足。色階噴墨技術，就是HP為了提升印表機的顏色飽和度和層次感所研發的一種技術。使用這種技術的印表機，每一色噴頭可以有多階的層次變化，而且可以相互混色在同一墨點上，透過每個顏色彼此的層次加以組合後，可以產生的顏色變化比傳統噴墨印表機多上好幾倍。
目前比較高階的機種，採用的多色階噴墨技術，將色階技術的真諦發揮到淋漓盡致。藍、洋紅、黃三色墨水各可以有從不噴到噴16滴總共17種的變化，相互組合後可以達到4,913的超高色階數，這表示在單一墨點上可以有4,913種顏色變化。而且不需使用高解析度技術，即可表現相片的連續色調。為了達到多色階噴墨技術的要求，墨水與噴頭必須配合以具有調整控制墨滴的能力，才能夠控制顏色的層次與混合。
列印品質最基本的要求，包括控制列印墨點、線寬、列印混色、毛邊、色域、色強度、墨乾速率、耐水性及耐磨性等。另外必須考慮墨水與墨匣的化學相容性，墨水必須不溶出墨匣以免造成噴墨不穩，不腐蝕墨匣以使不漏墨，且不影響噴墨機制。因此由技術觀點來看，墨水與墨匣的共同開發也是研製優良噴墨產品的最佳途徑。
我國在相關方面的研究亦有投入，如工研院光電所已移轉HP相容墨匣技術予業界，現正輔導合作廠商研發全新的Canon、Epson相容墨匣。工研院化工所有多年研製噴墨墨水與噴墨用紙的經驗，同時與工研院光電所間有密切的合作關係。
透過墨水與墨匣間上下游合作關係所建立的完整研發團隊，若針對墨匣材質、墨匣內墨水流道設計、墨水特性量測與配方調整等進行研發，發揮墨水與墨匣的最佳特性，應可以大幅提升產品開發成功的機率。
