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前言

喷墨打印技术，是指将墨水喷射在纸张、布料、沙砾等物质上形成2D文字图像或者3D构型的技术。相比传统印刷技术，喷墨打印具有显著的优势：无版、速度快、批次灵活、可变数据、兼具效率和精度。喷墨打印是一种平台型技术，具备广泛的下游应用场景，已经广泛应用于广告喷绘、数码照片打印、装饰建材、陶瓷、服装纺织染色及印花、标签等传统市场，并且在逐渐进入半导体、光伏、显示、商业印刷、UV喷绘、精密加工、3D打印、生物医药等新型市场。

正    文

01  喷墨打印技术历史沿革  

■喷墨打印技术海外发展历史

在20世纪六十年代，斯坦福大学教授发明连续喷墨技术，利用电场分离墨滴，使带电的液滴分离并回收而不带电的液滴下落形成图案；1976年IBM推出第一款喷墨打印机IBM 4640，用来打印磁带这类硬存储外围设备的文字内容，但打印效果并不好。

1977年，西门子推出了按需喷墨DoD技术的打印机PT-80，大大提升了打印质量，但随之而来的还有很容易堵头的弊端。1979年佳能发明了气泡喷射打印技术（BubbleJet），利用加热产生的气泡挤出墨滴喷射，与此同时，惠普也发明了类似的打印技术，并命名为热发泡喷墨打印（Thermal InkJet）。

1984年，惠普推出了ThinkJet桌面喷墨打印机，1985年佳能推出了BJ-80桌面喷墨打印机。并不像现在普遍的喷墨就是彩色打印的情况，当时的喷墨打印机只有黑白喷墨技术，直到1991年惠普推出彩色墨盒的DeskJet 500C，彩色喷墨打印才逐渐普及了起来。

早在20世纪70年代，爱普生就开始了压电技术的研究，直到20多年后的1994年，爱普生才将它商业化，发明出微压电打印技术（MicroPiezo）。不同于热发泡，爱普生微压电不加热而是利用压电陶瓷的电压敏感原理，电压变化时压电陶瓷发生微小形变，挤压墨滴喷出。目前，爱普生已经在工业多个领域商业化了压电喷墨打印头。

■喷墨打印技术国内发展历史

2006年前后，宏华数科核心技术团队承担“工业级压电喷头的开发和制造” 863计划。

2011年，十二五规划出台，工信部将“喷墨数字印刷机压电 式喷墨打印头制造技术”列为我国需要集中突破的产业关键共性技术。

2013年，为了突破印刷业“卡脖子”技术，中科院立项战略性先导科技专项（A类）项目，“纳米绿色印刷与器件制造技术”。同年谢永林博士回国并创立了苏州锐发，并就职于中科院苏州纳米所承担先导项目中包括“喷墨3D打印”等十多项子课题。

2017年，北京奥润与西安交通大学、中科院、西安电子科技大学共同承担国家科技部增材制造重大专项“高效宽幅阵列式喷墨头”的研发，并于2018年发布工业级压电喷头M5系列。

2018年，历经5年研发，苏州锐发申请了多项热发泡和压电喷头专利，并且开发出多款喷头，做产业化生产和销售。同年锐发发布SUREjet-T7680 工业级热发泡喷墨打印头。2017年，上海安诺其增资锐发建设国内首条喷头产线，预计到2020年年产10w个。

2018年，爱司凯发布风暴S800压电喷墨打印头，用于砂型3D打印；测试2年后直到2020年才开始进入生产，目前小批量用于自制设备。

目前为止，国内在热发泡喷墨打印头技术路线上只有傲睿取得了千万级别的营收，而压电技术路线目前还未出现有规模销售的玩家。

02  喷墨打印头主流技术路线  

主流的喷墨打印头技术有三种，分别是热发泡、压电和连续喷墨，前两种技术称为按需喷墨技术，和连续喷墨有一定区别。

■热发泡打印技术

热发泡喷墨芯片原理图&热发泡打印头实物图

热发泡打印头技术（Thermal Ink-Jet）是一种通过局部加热墨水生成气泡实现墨滴喷射的打印方式。其核心原理是：打印头内置微型加热元件（电阻），通电后瞬间升温至300℃以上，使周围墨水汽化形成气泡；气泡膨胀产生的压力将墨滴从喷嘴高速挤出，随后气泡冷却收缩，墨水仓重新补充液体，循环往复完成打印。热发泡技术的优势是①结构简单，成本低，无需复杂机械部件，易于大规模生产，惠普、佳能等厂商广泛应用。②高打印速度：喷嘴可密集排列，支持多墨滴同时喷射，适合高速打印场景（如办公文档）。③色彩鲜艳：高温喷射促进墨水快速附着，色彩表现力强，尤其适用于照片打印。热发泡技术的劣势是①喷头寿命受限，长期高温工作易导致加热元件老化，喷头堵塞风险较高，需频繁维护或更换。②墨水兼容性要求严苛，墨水需耐高温且化学稳定性强，普通第三方墨水易引发故障。③能耗与热扩散：发热过程能耗较高，且可能因热量扩散影响打印精度。

■压电打印技术

压电式喷墨打印头是根据压电材料的逆压电效应而设计；由许多精细的被牢固分割的流道组成，精微墨滴受挤压后经流道从喷嘴处喷射到打印基材上。逆压电效应是指对压电材料施加电场作用时，会引起内部正负电荷的相对位移从而使得材料宏观上发生膨胀或者收缩的现象。根据供墨腔以及压电晶体对供墨腔的作用方式，压电式喷墨打印头分为挤压式、弯曲式、推式和剪切式四种。

压电喷墨芯片原理图&压电打印头实物图

压电式喷墨打印头因仅对墨水产生力学作用的影响，可适用的墨水类型多、可选范围广，已经应用在新型显示屏制造等制造业领域，相比较而言具有更广的下游应用场景。

热发泡和压电喷墨打印头对比：

技术原理不同，热发泡是把墨水喷出去的，压电是把墨水挤出去的；

热发泡需要加热墨水，一般只能适配水性墨水，另外高温的工作环境也会导致寿命问题，而压电喷头对不同性质的墨水有良好的兼容性，水性油性墨水均可，寿命一般也更长；

热发泡的工艺成熟，价格非常低，喷头价格一般在百元以内，压电需要采用压电陶瓷片，BOM成本更高，销售单价从大几千元到几万元不等。

■连续喷墨技术

CIJ是连续喷墨（Continuous Inkjet）的缩写，是一种常用于工业领域的喷墨打印技术。CIJ技术通过一个喷墨喷头，将墨水以高速喷射成微小的墨滴，形成打印图像或文字。墨水通过高频振动分解成大量墨滴，带电的墨滴在穿过偏转板时会偏转一定角度，然后喷射至产品上形成所需打印的信息。未带电的墨滴则直接回到墨水系统进行回收和再利用。

连续喷墨技术的优势是①超高速打印：墨滴连续生成（频率可达10万滴/秒），适用于工业级高速场景（如包装流水线喷码）。②长距离喷射：支持非接触式打印（射程可达数厘米），适配曲面、不规则材质（如金属罐、塑料瓶）。③环境适应性强：耐粉尘、高温环境，且墨水干燥速度快，适合食品、药品等特殊行业标识。连续喷墨技术的劣势是①系统复杂度高：需配备墨水循环、电荷控制及回收装置，设备体积大、维护成本高。②墨水限制：需使用导电性专用墨水，颜料选择受限，难以实现高精度彩色打印。③能耗与浪费：持续供墨导致部分未使用墨滴被回收，长期运行存在墨水挥发损耗。

综合对比来看，热发泡技术凭借低成本、高分辨率的优势在消费领域占据了绝对优势地位，而压电喷头的特性则更适合应用在更加复杂、环境严苛的工业制造领域，是工业喷墨打印的最佳选择。

03  压电喷墨打印头产业链  

压电喷头的核心原材料是压电陶瓷，BOM成本占比约10%。其他辅材包括不锈钢、管路、驱动软板等。压电陶瓷的获取有两种渠道，一种是采购压电陶瓷晶圆，然后减薄到目标厚度，还有一种方式是直接在硅晶圆上利用PVD等技术成膜。压电陶瓷不存在垄断供应情况，海外供应商包括丹麦Noliac公司、美国摩根等，国产供应商有攀特电陶、昇澜半导体等，国产压电陶瓷在均匀性和一致性上与进口产品存在一定差距。

除了压电陶瓷，压电喷头的组成部分还有精密加工的墨水流道、喷口、驱动电路板和保护壳等，国内都有比较成熟的供应商。

压电喷头的设计涉及物理、化学、声学、电子、流体力学、机械、材料等多学科，加工制造对于精度的要求也非常高，兼具半导体工艺和精密机械加工工艺。

生产流程方面，压电喷墨打印头的制造以精密微机电系统（MEMS）技术为核心，主要流程如下：

①基底材料加工：选用硅晶圆或特种陶瓷作为基底，通过光刻和蚀刻工艺形成微流道结构及墨水腔室，确保纳米级尺寸精度。

②压电薄膜沉积或者晶圆减薄：在腔室顶部溅射或化学气相沉积（CVD）压电材料（如PZT锆钛酸铅），通过离子刻蚀形成独立驱动单元，厚度控制在微米级以实现快速形变响应。

③电极与电路集成：在压电层上下表面镀制金属电极（如铂、金），连接驱动电路，通过光刻工艺实现微型电路布线，确保电信号精准控制。

④喷孔阵列成型：采用激光微加工或反应离子刻蚀（RIE）在喷嘴板（通常为聚酰亚胺或不锈钢）上形成均匀微孔（直径10-50μm），并通过键合工艺与压电层精密对准封装。

⑤功能测试与校准：在真空环境下进行墨滴喷射测试，利用高速摄像机和激光干涉仪检测墨滴体积（可低至1.5皮升）、飞行轨迹及频率稳定性，通过算法调整驱动波形优化性能。

⑥封装与防护处理：喷涂疏水涂层防止墨水残留，集成密封胶圈和防腐蚀镀层，确保长期使用可靠性。

该工艺融合半导体制造与精密机械加工技术，需在超净环境中完成，核心难点在于微结构一致性控制与压电材料性能稳定性优化，直接决定打印头的分辨率和寿命。

压电喷墨打印头的下游主要是数字印刷和3D打印喷墨的设备厂家。国产喷墨打印设备已经非常成熟，市场充分竞争，广泛应用于数字印刷、3D打印等多种领域。

数字印刷喷墨设备厂商：宏华数科、深圳汉弘、彩神FLORA（润天智）。

3D打印喷墨设备厂商：宁夏共享、武汉易制、爱斯凯、北京隆源（三帝科技）、峰华卓立、珠海赛纳（纳思达）等。

04  压电打印头的常见应用场景 

 ■陶瓷喷釉

陶瓷建材行业中，喷墨打印技术已经广泛用于图案印刷，通常使用UV型墨水，固化处理后在陶瓷或其他建材表面形成经久耐磨的花纹图案。不断替代传统的辊筒印刷和丝网印刷工艺。

使用喷墨技术打印陶瓷釉面去了辊筒雕刻、制版和试版等工序，避免与喷印基材接触而造成的破损和缺陷，具有喷印精度高、喷印颜色无限制、生产周期短、生产成本低、环保节能等优势，并且还能顺应陶瓷建材市场由大批量生产模式向个性化、小批量化转变的发展趋势，对促进陶瓷建材行业结构调整和产业升级具有重要意义。

数据显示，2023年我国建筑陶瓷市场规模约为1950亿元，并预计在未来几年内将继续保持增长态势。从产量来看，中国建筑陶瓷产量在全球占据领先地位，2023年全国陶瓷砖产量为67.3亿平方米，占据全球总产量的45%以上。

根据中国陶瓷网数据，截至 2013 年底，国内陶瓷用喷墨打印机市场保有量约为 2,000 台左右，高端市场需求约为 3,000 台左右。据2017年“陶业长征IV”的调研数据显示，全国在线陶瓷喷墨设备数量达到3990台。

 ■陶瓷喷釉

纺织品印花方式主要包括直接印花、转移印花和数码喷墨印花。其中，数码喷墨印花集绿色制造、柔性制造和智能制造于一体，具有高创意性、高协同性、高价值性等特征，是印染行业向创新发展、绿色发展、智能发展模式转型的代表性技术，已成为推动行业高质量发展的重要力量。

直接印花是利用丝网、滚筒直接将着色剂（染料或颜料）印制到白色或浅色织物上，形成花纹图案，再经过相应的固色、水洗等工序。传统转移印花是利用辊筒将含有分散染料的色浆，预先印制在转印纸上形成印花图案，再通过高温和压力使染料升华转印到织物上，印花后无需固色和水洗即为成品。数码喷墨印花是将所需图案通过数字形式输入计算机，经过图像软件处理后，在计算机控制下通过喷头将印花墨水喷射到织物上，形成花型图案，是一种无版、非接触式印花方式。

目前，直接印花是最主要的印花方式，占印花总量的71.9%；其次是数码喷墨印花，包括数码直喷印花和数码转移印花，占印花总量的18.2%；转移印花占印花总量的9.9%，如下表所示。从近几年印花行业的发展趋势来看，数码喷墨印花呈现持续增长态势，市场规模不断扩大，而直接印花、转移印花等常规印花规模呈现出一定程度的下降。

近年来，消费者对个性化、多元化产品和服务的需求日益增长，同时对交货速度和质量的要求也在不断提高。此外，全球化带来的供应链复杂性以及地缘政治、自然灾害等不可预测因素，都对供应链的稳定性和敏捷性提出了更高的要求。在全球供应链竞争日益激烈的背景下，打造“按需生产”柔性敏捷供应链日益重要。数码喷墨印花生产周期短、批量灵活，契合当下纺织服装行业小单快返的柔性生产模式，对构建“小批量、多品种、高质量、快交货”的快速反应机制与柔性供应链发挥了重要作用。当前，数码喷墨印花企业持续加强产品研发和应用拓展，通过提高柔性供应链数字化装备水平、优化技术解决方案，不断提升快反柔性供应链全套核心装备的制造能力。依托数码喷印技术，行业快反柔性供应链加快建立,形成上下游协同紧密、供应链集约高效的全链条产业生态，促进供给侧与需求侧的精准匹配与价值统合。

截止2023年，中国纺织品数码喷墨印花设备保有量约5万台，其中转移印花设备约45000台，直喷印花设备约5000台 。

2023年直喷数码喷墨印花机装机量为750台，同比增加21%，但较2021年有所减少，新增设备多以高速机为主。近两年，数码喷墨印花成为印染企业投资热点，推动数码直喷印花设备增长。中国数码直喷印花设备主要供应商为杭州宏华、浙江博印、杭州熠盛、深圳全印、深圳弘美、广东希望高科数字技术有限公司等。

2023年数码转移印花设备装机量较2021年减少近一半，其原因一方面由于设备向大型化、高速化发展，3个或4个喷头的经济型设备需求量不断减少，市场占有率已不足10%，且淘汰率不断加快。另一方面，由于直喷印花方式能够有效避免面料沾污和墨水升华问题，推动了高温分散直喷印花设备装机量增加。与直喷印花相比，数码转移印花具有工艺简单、流程短、场地要求不高、投资较少等优势，目前仍是涤纶数码喷墨印花的主要设备。中国数码转印设备主要供应商为杭州宏华、深圳弘美、郑州新世纪、武汉亿力、广东宝采智能科技有限公司、深圳市润天智等。

■广告和印刷

广告和印刷是压电喷墨打印头的传统成熟应用，主要场景是商业印刷场所的宽幅打印和包装行业的标签窄幅印刷。

根据调查数据，至2023年，中国印刷行业总规模将达到9.95万亿元，年均增速约为3.1%，其中出版印刷产业的规模将达到3.37万亿元，包装印刷产业的规模将达到3.70万亿元；而商用印刷产业的规模将达到3.88万亿元。

根据往年经验性数据，数字印刷在整体印刷行业市场份额中占比大约为12-15%，下游市场空间大约为1.2万亿元。

■粘结剂喷射3D打印

粘结剂喷射增材制造（Binder Jetting Additive Manufacturing，简称BJAM）技术基于粉末床工艺，通过喷墨打印头逐层喷射粘结剂选区沉积在粉末床上，粘结打印三维实体零件初坯，随后将打印的初坯置于均匀的热环境中进行脱脂和烧结，使其致密化并获得机械性能良好的零件；目前主流的粉末材料包括石英砂、金属、陶瓷等，对应多种水性及溶剂型粘合剂。粘结剂喷射技术由于可以实现产品的个性化，以及相比其他3D打印技术速度更快成本更低，备受市场关注和期待。

目前市场流行的3D打印技术，受限于打印效率较低、成本较高及材料选择范围较窄，大多从高值复杂产品切入，优势在于可以实现复杂或中空部件的高精度制造，主要应用于航空航天、军工、或人造骨骼/齿科等领域。粘结剂喷射3D打印则相反，最大优势在于大批量快速生产，材料适用广泛，率先在传统人力重、效率低的砂型铸造行业应用。

在传统的砂型铸造工艺中，每个砂型模具完成一次浇注后，必须得将砂型敲碎获得铸件，铸造第二件的时候就得重新造型制作模具，因此生产效率较低；另外复杂铸件要求的砂型更加复杂，模具和芯盒需要长时间制作，通常需要2-10天不等，砂型精度和灵活性不高，有些模具需要老师傅手工制作。

BJA技术允许制造更复杂的砂型和砂芯、显著缩短生产周期提高效率、能制造尺寸精确的铸件、大幅降低了设备和人员成本、能够满足小批量或定制化需求，但是由于使用的粘结剂是呋喃树脂，具有腐蚀性，对喷头的选材有严格要求。

■其他可能的应用场景——染布、显示、钙钛矿、生物医药

传统染布对水和能量消耗非常高，喷墨打印可以代替浸染，把刚好需要的染液量喷在布上，且材料不需要水洗和固色，节省好几道烘干、水洗的过程，能大大减少能量的消耗，该应用还处于早期，下游相关方正在验证方案阶段。

除了上述应用之外，压电喷墨打印头在显示行业正在尝试部分替代蒸镀工艺，在钙钛矿行业也在与狭缝挤出工艺进行量产对比验证，在生物医药行业，下游客户也在与上游喷头、控制系统等供应商共同开发自动移液体和单细胞观察等新型应用。

预计未来压电打印头的下游应用空间还会进一步得到拓展。

05  压电喷墨打印头的市场空间  

根据QYResearch报告“全球压电电子喷墨头市场报告2024-2030”显示，压电喷墨打印头2024年全球市场规模13.66亿美元，约98亿人民币，预计2030年全球压电电子喷墨头市场规模将达到25.4亿美元，未来五年年复合增长率CAGR为11.5%。

06  压电喷墨打印头竞争格局  

压电喷墨头的玩家主要是日本和英国厂家，目前国内尚无厂家实现商业化出货，而日本厂家经过多年的竞争博弈，在不同的细分赛道找到了具备比较优势的应用，形成当前格局的主要原因在于不同的应用场景所使用的墨水种类、打印速度、打印基材等因素各不相同，因此需要喷墨打印头厂家具备一定的兼容调整能力。

07  研究结论  

1、压电喷墨打印头相较于热发泡打印头场景兼容性更高，可以适配更宽广的墨水体系，单价更高，未来应用可延展性相对更优；

2、市场目前缺乏国产压电喷墨打印头厂家，进口厂家技术迭代慢，很难匹配中国市场客户的研发节奏，国产厂家有替代补位的历史机遇，但是压电喷墨头产品技术壁垒很高，动态来看，预测竞争格局不会在中短期内恶化，短期内中美贸易战会加快压电喷墨打印头的国产替代进程（日本富士Ditimax产线位于美国），国内目前已经有成熟产品的团队有足够的发展窗口期；

3、市场力学分析角度，压电喷墨打印头所处的商业生态更加开放，新玩家可以首先从客户痛点显著的新兴下游赛道切入，逐步打磨产品性能和稳定性，然后再向进口厂家的优势赛道渗透。总体而言，压电喷墨打印头创业商业层面阻力小，新场景用户有拉力，新进入玩家有机会；

4、虽然压电喷头商业层面对初创公司相对开发友好，但是压电喷头在技术层面面临着理论研究、工程问题解决、产业化等多重难题，理论研究维度要求创业团队对流道结构设计、腔体结构设计、压电控制技术、谐振波形仿真等底层理论具有深刻的认知。在解决了理论问题之后，工程化团队还需要解决流道和底座的材料选择、压电工艺流程设计和优化、封装胶水开发、封装胶路规划等具体的工程问题。最终，在解决理论研究和工程化问题之后，团队可以开启产业化进程，通过大量的应用案例打造品牌口碑，然后进入更加广阔的下游。