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对我国陶瓷喷墨技术发展现状的十点思考
  文章作者:北京桓珅美缝公司  发布日期:20-02-05 09:31

陶瓷卫浴企业感叹治理污染难 难在哪里

陶瓷卫浴企业面对污染治理大部分呈现出一种感叹难的局面,那么治理陶瓷污染真的这么难吗?那么到底难在什么地方?是难在企业治理污染的决心上还是难在具体的行动上?正所谓:世上无难事,只怕有心人。

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对我国陶瓷喷墨技术发展现状的十点思考

阅读:1477 时间:2013-06-26 09:53 来源:陶城报 作者:匿名 【 我要评论(0)

陶瓷喷墨喷出一翻新天地

陶瓷装饰用喷墨打印技术是将无机色料制成多色墨水,通过喷墨打印的方式将其直接打印到陶瓷材料表面上,经高温烧制后呈色的装饰方法。陶瓷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。笔者在查阅国内外资料和向相关专家请教的基础上,通过分析和探讨陶瓷喷墨技术的十个常见问题,为陶瓷生产企业、色釉料企业、陶瓷喷墨打设备企业等相关企业提供参考。

一、陶瓷喷墨技术在建陶行业的发展现状及未来趋势是怎样的?陶瓷喷墨打印机、陶瓷喷头、陶瓷墨水的市场规模有多大?

从诺贝尔在2009年采购kerajet的喷墨打印机并在当年5月份在杭州投产,到2010年3月广东金牌陶瓷推出广东首片喷墨砖至今,我国在线的陶瓷喷墨打印机数量得到巨大的提升。景德镇陶瓷学院张柏清教授认为,2012年年底国内在线运行的陶瓷喷墨打印机已经达到700—800台,并预测2013年年底国内在线运行的陶瓷喷墨打印机将达到1300—1600台。《全国瓷砖产能报告》显示全国共有各种陶瓷砖生产线3273条,按一半生产线是用来生产瓷片和仿古砖,每条生产线平均配置3台陶瓷喷墨打印机估算,中国陶瓷喷墨打印机的市场需求量应在3000台左右。目前,部分陶瓷企业的瓷片生产线已全部配置陶瓷喷墨打印机,并逐步提升仿古砖生产线上陶瓷喷墨打印机的配置比例;去年上半年已有企业采用喷墨打印技术生产抛光砖,其装饰效果明显优于传统的渗花釉抛光砖,精陶机电今年也在大力推广针对于渗花抛光砖产品的专属喷印机。

按照今年年底国内在线运行的陶瓷喷墨打印机将达1400台、每台喷墨打印机均价约200万估算,陶瓷喷墨机市场约为28亿元。按陶瓷喷头占喷墨打印机价格的60%、使用寿命为4年估算,陶瓷喷头的市场约为16.8亿元,陶瓷喷头今年的折旧大约4.2亿元。中国陶瓷喷墨打印机潜在市场容量在3000台左右,按每台喷墨打印机均价约200万估算,陶瓷喷墨机市场约为60亿元,按陶瓷喷头费用占喷墨打印机价格的60%、使用寿命提升为5年估算,陶瓷喷头的市场约为36亿元,将来每年陶瓷喷头的折旧大约7.2亿元。

目前进口陶瓷墨水的价格为15—18万/吨,国产陶瓷墨水价格为12—15万/吨,按照陶瓷墨水均价15万/吨,今年年底国内在线运行的陶瓷喷墨打印机将达1400台、平均每台喷墨打印机消耗陶瓷墨水8吨/年估算,今年陶瓷墨水的市场规模约为16.8亿元。按照中国陶瓷喷墨打印机潜在市场容量在3000台左右,按照陶瓷墨水均价降至10万/吨,每台喷墨打印机消耗陶瓷喷墨打印墨水12吨/年估算(仿古砖喷墨打印比例的提升会增大陶瓷墨水用量的均值),我国未来陶瓷墨水市场规模约为36亿元。2012年国内瓷砖年产量约为90亿平方米,假设未来产量保持稳定,按其中陶瓷喷墨打印占30%,陶瓷砖墨水用量从10g/m2增加至15g/m2估算,每年陶瓷墨水的使用量约4.05万吨。陶瓷墨水按均价10万/吨估算,国内陶瓷墨水市场的年销售额可达40.5亿元,两种方法估算值的偏差值在±10%左右。

二、喷墨打印技术对建陶行业有什么影响?

1、降低人工成本。在人力综合成本普遍增长的今天,陶瓷喷墨可以降低对版、工艺跟线人员的需求,这对陶瓷生产企业有很大的吸引力。

2、提高产品合格率。陶瓷产品的波动主要来源于原料的波动,陶瓷墨水相当于标准化的色釉料,性能比较稳定;陶瓷喷墨为非接触式的悬空打印,降低了坯体的破损。

3、提升了行业对设计、图稿的重视程度,客观上也缩小了小陶瓷企业和大陶瓷企业在产品花纹图案上的差距。

4、色釉料行业的洗牌。随着陶瓷喷墨技术在瓷片大量使用,在仿古砖上的使用比例也大幅度提升,原来一部分传统的色釉料市场被替代,导致很多色釉料企业出现困境,并在犹豫是否要推陶瓷墨水。

5、建陶产业链利润分配格局的变化。随着陶瓷喷墨的广泛应用,之前喷墨陶瓷砖的价格优势不复存在。在陶瓷企业使用相对高价的喷墨打印机、喷头、墨水,陶瓷墨水企业上马昂贵的墨水检测设备、制备设备、中试设备的同时,市场规模与价格并没有做大,产业链的利润更多地流向了喷头企业、国外墨水企业以及陶瓷喷墨相关设备企业。

三、陶瓷墨水国产化的障碍是什么?

1、陶瓷墨水性能的稳定。如果哪家国产墨水在生产线上用的效果好(不堵塞喷头、不拉线、发色强、色差小等)、价格低,很快就会被行业认可。

2、研发和改进的能力。国内外的陶瓷墨水都是在不断改进,例如福禄公司2004年之前是用可溶性金属有机络合物做陶瓷墨水,发色效果不是很理想,于是改为用无机色料做陶瓷墨水的发色剂;通过对比一些国外陶瓷墨水企业近几年的色卡,可以发现其发色效果也是逐年改进的。

3、技术服务能力。陶瓷墨水在色釉料企业已经试验了半年甚至是一年都没有问题,但是在推广、生产过程中却可能出现各种问题,如拉线、发色较浅、墨滴在坯体上干燥速度慢、色差严重等等问题。这是由于实际生产中机器、坯体、生产环境等方面存在较多的不确定性因素,即使墨水没有问题,也会出现各种新问题。如果不能解决一个又一个新问题,就意味着推广受阻。

例如常见的拉线问题有以下几种:①白色拉线(宽度约为0.1mm),原因:个别喷孔内堵塞,表现为白线一直存在;墨水中有气泡,表现为间断的小白线;个别喷孔斜喷,表现为白线旁边的线条会深些;②较宽的白色拉线(宽度约为2mm—3mm),原因是喷头外挂有墨水、雾滴、灰尘等;③深色或浅色拉线(宽度约为1mm—2mm),原因是两个喷头安装的交接位有重叠,该问题对生产影响最大,会直接降低优等品率。因此拉线的出现与喷头安装、设备调试、维护、生产环境、相关人员的操作等多方面的因素都有关,任何一个环节出问题,都容易被误认为是墨水出现问题。

4、各方关系的协调。包括与喷墨打印机企业、陶瓷生产企业、具体工作人员的关系维护及沟通等等。

5、公司定位与投入的风险。陶瓷墨水的研发、中试到工业化生产投资巨大,墨水制备设备、分析测试设备以及喷墨打印试验机和生产机的价格都不菲,这不仅影响了公司的现金流,而且存在巨大的风险。

四、陶瓷墨水的制备有哪些关键环节?

陶瓷墨水是通过分散法制备,即将无机喷墨色料、有机溶剂、分散剂、悬浮剂、添加剂等原料放入砂磨机,利用高速运动的锆珠来研磨、分散,制成色料分散且相对稳定的悬浮液。陶瓷墨水的制备可分为三个过程:制备喷墨色料、制备墨水半成品、过滤。

1、制备喷墨色料。要求发色强、粒径分布窄、固相反应充分、晶体结构完善。以镨黄色料为例,首先选用纯度较高的氧化锆、石英、氧化镨分别预磨至d50在1μm以下;然后将原料混合均匀,加入矿化剂,经过较长时间的烧制,得到粗料;再经过酸洗、研磨,去除未反应的氧化镨,得到d50在5μm以下镨黄色料(zrsio4含量大于99%)。

2、制备墨水半成品。将d50在5μm以下的喷墨色料加入相当于非极性组分的链状脂肪族烃、相当于极性组分的脂肪酸、相当于分散剂的聚碳酸酯或其他高分子有机物、除泡剂、悬浮剂配成的分散液,以及粘合剂、防腐剂、调节打印性能的添加剂,通过砂磨机研磨和分散至所需的粒度分布、粘度、表面张力、密度。

3、过滤。为了保证d50小于0.5μm、d90小于0.9μm,需要将墨水半成品通过过滤系统过滤而得到粒度小、颗粒分布窄的陶瓷墨水。

五、陶瓷墨水从研发到大规模应用有几个过程?

1、初步研发得到固含量为10%—20%陶瓷墨水,要求陶瓷墨水满足相关密度、粘度、表面张力、粒度分布的要求。

2、通过调整有机溶剂、分散剂、悬浮剂、添加剂等原料配方,调整砂磨工艺得到固含量为30%—40%的陶瓷墨水,要求理化性能与国外墨水接近。

3、将粗制的陶瓷墨水放在墨滴观测仪、喷墨试验机中试样(打印纸条),并不断改进色料配方、有机溶剂、分散剂添加剂等原料的配方。

4、将性能稳定的陶瓷墨水放入喷墨打印生产机中试验(打印砖坯并烧成),进一步改进发色、拉线、墨滴的干燥性能等,此过程至少需要半年,直至烧成的陶瓷砖装饰效果稳定。

5、将商品化的墨水在一些小型企业小范围推广,派研发技术人员驻厂技术服务,发现和解决实际生产中出现的问题,并反馈研发人员以改进配方、制备工艺。

6、大范围推广、应用,并通过反馈不断改进,提高陶瓷墨水打印的流畅性和色料的发色强度。

六、开发和推广陶瓷墨水所需要投入的资金包括哪几个方面?生产成本包括哪些部分?

首先,需要投入的资金包括几个部分:

1、制备色料和墨水的设备投入。球磨机(用于初磨)、砂磨机(用于细磨,磨腔规格有10l、30l、60l等)、烧制色料用的窑炉、过滤系统等。

陶瓷行业3D打印技术发展前景

随着科技的进步,各种各样新式的产品层出不穷。而眼下人们谈论最多的、炒得最火的无疑是3D打印技术。3D打印创造一种全新的制造模式,对制造业的发展是深远的。

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2、检测设备的投入。激光粒度仪、粘度仪器、表面张力仪器、色差仪器、液滴观测仪器等。

3、中试用设备的投入。陶瓷喷墨打印试验机、陶瓷喷墨打印生产机、烧制砖坯的窑炉。

4、耗材的投入。色料原料、墨水有机部分(溶剂、添加剂、消泡剂、改善打印性能的助剂)、锆珠、过滤芯。

5、其他费用。水电、燃料、交通运输、人工费用等。

其次,每吨墨水的成本包括以下几个部分:

1、设备折旧。制备设备、检测设备、中试用设备全套至少六百万元,考虑到设备降价的损失,以折旧周期5年估算,每年折旧120万元。

2、色料为了保证发色强度、晶体完整、粒度均匀、纯度高的特点,需要另外制备或者单独购买。以镨黄喷墨色料为例,假设制备成本大约6万元/吨,墨水固含量为40wt%,镨黄色料成本大约2.4万元/吨。

3、墨水有机部分(溶剂、添加剂、消泡剂、改善打印性能的助剂等)成本。

4、耗材(锆珠磨损、过滤器损耗等等)费用。

5、前期研发、推广、水电、燃料费、人工,以及其他费用等。

七、目前进口墨水的价格为15—18万/吨,国产墨水价格为12—15万/吨,陶瓷墨水的价格是否还会下降?

陶瓷墨水价格的影响因素包括几个方面:生产成本、推广成本、市场竞争、利润空间,现在分析如下:

1、生产成本方面:陶瓷墨水制备技术将日趋成熟,墨水合格率将提升;产量提升,大规模采购色料原料、墨水有机部分、锆珠、过滤芯等原料和耗材,会降低成本;设备折旧的分摊,成本也会下降,并在启动项目的五年后大幅下降。

2、推广成本方面:随着一些国内陶瓷墨水企业的墨水已经取得比较满意的使用效果,很多渠道已经铺好,后期的推广难度和费用会有所降低;喷墨技术的成熟,墨水是标准化的工业品,后期技术服务费用、前期研发成本分摊等也会下降。

3、市场竞争情况:一方面,更多国内外企业生产和推广陶瓷墨水,新产品在没有获得客户认可的情况下,必须通过降价来占领市场;另一方面,随着陶瓷墨水生产技术被普遍掌握,国外墨水企业将真正地在中国制备,可能通过降低生产成本、运输成本和关税,来提高国外品牌墨水的竞争力。

陶瓷激光打印机的简化模型

4、利润空间:一方面,新产品上市必须通过高价获得较高的利润,促进公司的发展;另一方面,由于研发成本、设备投入较高,企业必须通过高额利润来填补。随着市场竞争加剧,利润会逐步降至一个合理的范围。

综上所述,陶瓷墨水有一定的降价空间,但由于墨水企业投入资金较大,需要尽快回收前期的资金投入,不会大幅度降价。

虽然很多业内人士表示3年内陶瓷墨水会大幅度降价,以后墨水是按照颜色来销售,红棕色陶瓷墨水可能降到6万/吨,但是笔者认为,价格只是陶瓷墨水竞争力的一个方面,墨水的价格应该考虑墨水单价、该墨水等效用量、装饰效果、优等品率等因素,关键要提供整体解决方案,即通过陶瓷墨水、技术服务、设计方案的三位一体,来保证陶瓷墨水性能稳定、及时解决陶瓷砖生产中出现的问题、设计的陶瓷砖在市场上容易销售,这样才能给陶瓷生产企业降低综合成本、创造最大化的利益。如果一味要求陶瓷墨水企业降价,不仅不利于墨水质量的稳定,而且影响墨水企业利用多余的资金开发设计方案和一线技术服务人员的积极性。

八、陶瓷喷头的发展趋势如何?喷釉设备对陶瓷墨水企业、陶瓷企业有什么样的影响?

目前陶瓷喷头的喷孔直径大约为几十微米,xaar1001gs12喷头的喷嘴直径大约为25μm,墨水原料颗粒是喷孔直径的1/25—1/20,尽管有多重过滤,陶瓷墨水的d90如果超过1μm,会影响喷墨打印的稳定性。由于砂磨机的大范围应用、墨水有机部分的成熟、过滤系统的应用,很多国内外的陶瓷墨水都达到d50≤0.350μm、d90≤600μm的性能参数。

笔者去年年初就提出是否能进一步扩大喷孔直径,让包裹型硫硒化镉色料制备鲜艳的大红色陶瓷墨水成为可能,甚至可能出现一系列发色更鲜艳、装饰效果更粗犷、立体效果更强烈的新型陶瓷墨水的设想。目前各种喷头的大墨滴打印,主要是通过改变波形方程,将多个基础小墨滴在喷射过程中融合成一个大墨滴,并没有大幅度提升喷头直径和基础墨滴大小。通过查阅一些英文专利和文献,发现压电喷头喷射的初始墨滴容积约为pzt压电陶瓷体积形变的一半。在pzt技术没有突破的情况下,单纯扩大现有pzt压电陶瓷喷头喷孔直径会大幅度降低墨滴喷射速度,可行性不高,需要采用新型的打印机理。

相关媒体报导赛尔今年年底将推出喷釉的陶瓷喷头。一般釉用色料需要过0.043mm筛(325目)筛余量≤0.5箛,釉料中色料颗粒的d99约为43μm,考虑到墨水或釉料中原料颗粒是喷孔直径的1/25—1/20,要达到喷釉效果,喷头直径至少要大于860μm,而当前的pzt压电陶瓷喷头满足不了该要求,应该采用新的打印机理。因此pzt压电陶瓷喷头喷孔扩大的可能性不大,陶瓷墨水依旧需要通过昂贵的砂磨机制备,包裹型硫硒化镉色料用于在喷釉的可能性更大一些,而非当前的陶瓷墨水。

很多专家认为喷釉、喷干粉将是陶瓷喷头的发展趋势。喷釉、喷干粉技术是将釉料、干粉直接通过喷头喷到瓷砖表面,能够呈现出立体感强的装饰效果。萨克米(sacmi) 推出了喷干粉的喷墨机ddd175,西斯特姆(system)推出了应用于喷釉和喷干粉技术的windpowder陶瓷喷墨打印设备,快达平(efi-cretaprint)推出了喷釉功能的c3设备,泰威推出了自主研发的瓷砖彩图数码喷釉机t70(在线机)。

但是笔者认为喷釉设备的影响力可能不如当前的陶瓷喷墨设备,这是由于喷釉的应用范围较窄,主要用于腰线砖、抛晶砖以及部分特殊装饰效果的仿古砖和瓷片中。此外,通过喷墨打印实现凹凸效果,需要消耗大量的釉料,如果是大规模生产其成本高于凹凸模具。

九、什么是陶瓷激光打印技术?它是否会取代喷墨打印技术?

陶瓷激光打印技术就是利用激光扫描,在硒鼓上形成电荷潜影,然后吸附色料,将色料转印到待装饰的陶瓷材料上的技术。现简要说明其打印机理:1、充电:滚轴均匀地在感光鼓上施加一层负电荷;2、成像:一束激光照射在感光鼓面上,中和负电荷形成电荷浅影;3、显影:通过显影滚轴给感光鼓面附着带电荷的色料;4、转印:色料转移到砖坯上;5、加热、加压:使色料固定在砖坯上;6、清除:清除硒鼓上附着的色料。多色激光打印技术是将陶瓷砖坯依次经过多色激光打印成像,合成多色激光打印的效果。为加快打印速度,需要采用多个独立式式色料仓依次打印。(见右图)

市面上已有应用于生产陶瓷花纸的陶瓷激光打印技术,与传统的丝网印刷相比,具有图像精度高、色彩准确、不用制版直接出图、一次印刷成功等特点。尽管目前还没有生产陶瓷砖的陶瓷激光打印机,但佛山市美嘉陶瓷设备有限公司表示在今年将推出用于陶瓷砖的激光打印机。

虽然陶瓷砖的陶瓷激光打印机具有可以直接打印几个微米的色料,相对于喷墨打印,节省了色料制备成本,但是笔者认为陶瓷激光打印难以取代当前的陶瓷喷墨技术,理由有三点:首先,陶瓷激光打印是接触式打印,容易磨损感光鼓面、提高坯体破损率;其次,很多陶瓷生产企业已经新购买了很多喷墨打印设备,在短期内不会更换设备;最后,陶瓷激光打印相对于陶瓷喷墨技术除了目前了解的更快、色料更容易制备等优势外,它相对于喷墨打印的优势,不如喷墨打印相对于传统丝网、辊筒装饰技术的优势。如有要替代或者占据更大的陶瓷喷墨打印技术市场份额,必须有突破性的优势。

十、陶瓷墨水的制备流程是否会出现类似于传统色釉料的专业分工的产业链?传统色釉料企业在陶瓷墨水的冲击下,会不会出现新的模式?

陶瓷墨水的产业链已经初见端倪,专业研磨设备企业、专业锆珠企业、专业过滤材料企业、专业检测设备的企业、专业供应陶瓷墨水有机部分的企业,甚至国外有专业生产喷墨色料的企业。司马化工在去年的陶瓷展上推出了商品化的陶瓷墨水有机溶剂和助剂,耐驰公司的研磨设备部门将进驻今年的陶瓷工业展,都说明了这一趋势。

很多专家认为:陶瓷墨水的关键在于色料的发色,为保证自身陶瓷墨水的优势,陶瓷墨水企业不会出售自己生产的喷墨色料;陶瓷墨水的推广也是一个不断改进喷墨色料的过程,单纯生产喷墨色料的企业很难做好。

笔者认为存在两年后出现喷墨色料市场购买的可能性,原因有五点:1、色料公司受到陶瓷喷墨的冲击。由于投资大、风险大的原因,大部分色料企业不具备做陶瓷墨水的条件。企业为了生存,要么做精现有产品,要么等待新机会。虽然喷墨色料利润率不如陶瓷墨水,喷墨色料的投资和推广难度远低于陶瓷墨水,而且目前国内还没有先河,市场空间比较大,可以通过大量产销喷墨色料获得巨额效益;2、随着喷墨色料的生产技术和工艺将日趋稳定,专业化的喷墨色料公司可以通过工艺环节和成本的精细化管理,保证大规模生产、降低成本、稳定质量;3、陶瓷墨水市场很大,部分新进入的陶瓷墨水公司为了避免产业链过长、降低投资额度、规避风险,有必要将喷墨色料外包;4、当前有很多企业购买砂磨机、激光粒度仪等设备研发陶瓷墨水,可能发现做墨水还不如专注喷墨色料。在前期的巨额投资压力下,专攻喷墨色料或许有更好的发展前期。

从2009年杭州诺贝尔引进入陶瓷喷墨打印机至今,陶瓷喷墨打印技术在中国已经经历了四年的快速发展。陶瓷喷墨打印机从2009年5月份的5台,到2010年年底的12台,到2011年年底的92台,再到2012年底的700—800台,陶瓷喷墨打印机数量有了巨大提升。目前,希望、泰威、精陶、新景泰、美嘉等一批国产品牌陶瓷喷墨机已经占据了陶瓷喷墨打印机绝大部分的国内市场份额,并占据印度市场的90%左右。从2011年博奥科技、明朝科技推出陶瓷墨水,到2012年道氏制釉料推出陶瓷墨水,再到2013年康立泰推出伯陶陶瓷墨水、远泰制釉推出远牧陶瓷墨水,国产陶瓷墨水从2011年的在线装机量几台发展到今天的200—300台。正是由于陶瓷墨水的国产化,导致进口墨水价格从2009年的60—100万/吨降到了今天的15—18万/吨,为我们广大的陶瓷砖生产企业降低了生产成本。笔者相信陶瓷墨水国产化是必然趋势,国内陶瓷墨水企业将占据陶瓷墨水更大的市场份额。由于时间仓促、资料有限、分析过程还不够缜密,本文不当之处请批评指正。(作者系国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心检测工程师)

 

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