淺談噴墨打印技術(shù)及增材制造應(yīng)用發(fā)展趨勢

哪些領(lǐng)域在推動(dòng)噴墨打印技術(shù)應(yīng)用？

如今，一張紙和一塊平板電視，都能放在一起來談制造：它們都可以采用噴墨打印頭（Inkjet Printheads）來“打印”。噴墨打印機(jī)最早是由IBM在上個(gè)世紀(jì)70年代為替代點(diǎn)陣打印機(jī)而發(fā)明的。不過，那時(shí)IBM的研究人員肯定沒有想到，他們的發(fā)明有朝一日會(huì)成為電視、電子元件以及太陽能電池制造中的關(guān)鍵要素。大約十年前，為了滿足快速、低成本地制造印刷電路，以及高效的在太陽能電池上沉積超薄導(dǎo)線，噴墨打印機(jī)開始逐步用于支持上述三種應(yīng)用。

按需噴墨的壓電打印頭，最適合用于按時(shí)、按位置、高頻地沉積皮升（picoliter）量級(jí)的油墨。相比大量用于消費(fèi)類和辦公打印的熱噴墨打印，壓電打印頭憑借在惡劣環(huán)境中更好的適應(yīng)性和更長久的壽命，而廣泛應(yīng)用于工業(yè)打印領(lǐng)域。此外，壓電打印頭可支持的油墨選擇更多，例如水性、溶劑型和紫外固化型等。

噴墨打印作為一種制造技術(shù)，經(jīng)過長期地研究和開發(fā)后，在顯示屏（智能手機(jī)、電視等）OLED薄膜封裝領(lǐng)域，獲得了首次大規(guī)模制造應(yīng)用。OLED技術(shù)正驅(qū)動(dòng)顯示屏市場發(fā)展，它不僅為噴墨打印帶來了市場機(jī)遇，還正在推動(dòng)噴墨打印技術(shù)成為一種大眾化的電子和微電子制造新工藝。Kateeva是一家致力于為OLED顯示制造噴墨打印機(jī)的美國公司，是噴墨打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)先廠商之一。在成為首家實(shí)現(xiàn)OLED薄膜封裝規(guī)模量產(chǎn)的企業(yè)之后，Kateeva現(xiàn)在正努力利用噴墨打印為電視顯示屏制造實(shí)現(xiàn)RGB OLED材料沉積。LG目前正在應(yīng)用Kateeva的打印機(jī)進(jìn)行試生產(chǎn)。

噴墨打印制造發(fā)展路線圖

可穿戴市場的興起，日益要求微型化、接近人類皮膚的器件，這為柔性印刷電子帶來了市場機(jī)遇。噴墨打印技術(shù)或?qū)⑻娲醚谀ぜ夹g(shù)的昂貴光刻工藝，實(shí)現(xiàn)按需沉積導(dǎo)電線路。噴墨打印技術(shù)在沉積精度、高分辨率打印和墨滴控制方面，展現(xiàn)出了穩(wěn)定的性能改善。噴墨打印頭是噴墨打印機(jī)的關(guān)鍵組件之一，它們正變得越來越復(fù)雜，要求深厚的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)積累。

為了提升打印速度，噴墨打印機(jī)一般并行集成多個(gè)的噴墨頭。值得注意的是，噴墨頭定位和噴墨控制，對(duì)于目標(biāo)應(yīng)用和打印機(jī)制造商來說非常關(guān)鍵。噴墨打印頭的品質(zhì)通過利用MEMS技術(shù)以及薄膜PZT（鋯鈦酸鉛）材料獲得了改善，幫助它們達(dá)到電子產(chǎn)品的應(yīng)用需求。

本報(bào)告介紹了噴墨打印為了滿足功能制造、增材打印需求而提出的技術(shù)要求及改進(jìn)。

利用噴墨打印技術(shù)，能制造出一款完整的電子器件嗎？答案是肯定的，但是僅限于原型打印應(yīng)用?，F(xiàn)在利用一臺(tái)噴墨打印機(jī)，采用3D噴墨打印能夠制造幾乎所有類型的PCB板。3D打印設(shè)備解決方案開發(fā)商N(yùn)ano-Dimension，在2017年末推出了Dragongfly 2020，這款產(chǎn)品采用了Konica Minolta（柯尼卡美能達(dá)）的噴墨打印頭。在大規(guī)模應(yīng)用中，噴墨打印仍是制造過程中的關(guān)鍵工藝之一。

2023年噴墨打印頭市場規(guī)模將超過3100萬美元

利用噴墨打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的功能打印，為噴墨打印頭制造商帶來了新的市場機(jī)遇。隨著“工業(yè)4.0”數(shù)字革命的不斷推進(jìn)，工業(yè)打印設(shè)備中集成的噴墨打印頭預(yù)計(jì)到2023年將增長至3100萬美元以上，2017~2023年期間的復(fù)合年增長率高達(dá)30.3%。這個(gè)領(lǐng)域的主要廠商包括Konica Minolta、Fujifilm Dimatix、Océ-Canon以及Xaar。市場前景看好，其它壓電噴墨打印頭廠商現(xiàn)在也非?；钴S，這也意味著對(duì)市場份額地爭奪將日趨激烈。

本報(bào)告包含了噴墨打印頭市場份額情況，功能打印和增材打印應(yīng)用的噴墨打印頭市場預(yù)測，以及按應(yīng)用細(xì)分的噴墨打印機(jī)出貨量預(yù)測。

當(dāng)前，研發(fā)應(yīng)用仍然占據(jù)了噴墨打印機(jī)采購量的主要份額，大約占總出貨量的93%。而噴墨打印的大規(guī)模制造應(yīng)用， OLED薄膜封裝作為開端，才剛剛興起。不過，現(xiàn)在市場反應(yīng)樂觀，產(chǎn)業(yè)對(duì)RGB沉積、PCB和柔性電子制造的噴墨打印應(yīng)用，展現(xiàn)出了很高的興趣。

2017~2023年壓電噴墨打印頭市場規(guī)模預(yù)測

油墨：噴墨打印工藝的另一關(guān)鍵因素

噴墨打印工藝中的關(guān)鍵“黃金三角”包括：噴墨打印頭、油墨以及基板。噴墨打印可用的油墨材料多種多樣，例如導(dǎo)電油墨、金屬油墨、保護(hù)層油墨以及OLED材料油墨等，因此，功能油墨的配方是制造應(yīng)用面臨的重要挑戰(zhàn)。本報(bào)告估測了功能制造和增材制造領(lǐng)域，噴墨打印應(yīng)用的油墨需求量。噴墨打印頭對(duì)于油墨的粘度和表明張力寬容度有限，僅能針對(duì)某些類型的噴墨打印頭進(jìn)行優(yōu)化。

本報(bào)告提供了油墨配方面臨的相關(guān)挑戰(zhàn)，以及壓電噴墨打印頭適用的油墨性質(zhì)。本報(bào)告還提供了油墨供應(yīng)商的協(xié)作狀況，介紹了哪些油墨廠商正有意開拓功能印刷市場。

按主要應(yīng)用提供的功能油墨廠商概覽