Kỹ thuật in phun được biết đến rộng rãi hiện nay, được sử dụng trong hơn 95% các loại máy in SOHO trên toàn thế giới. Công nghệ in đặc biệt này sử dụng nhiều nguyên tắc để phun ra các hạt nhỏ chất lỏng trên giấy nhằm đạt được sự truyền ảnh như yêu cầu. Các hạt mực rất nhỏ này được phun ra từ các vòi phun nhỏ được chế tạo thông qua một hệ thống phức tạp nhằm quản lý các thông số đa dạng để điều chỉnh vị trí chính xác của mực in trên giấy.
Sau gần 30 năm phát triển bền vững, kỹ thuật in phun đã đạt đến một chất lượng mà cho phép thực hiện việc in chụp ảnh.Trong cùng thời gian này, ở cấp độ công nghiệp, kỹ thuật in phun từng bước được quan tâm nhằm thực hiện việc in các chi tiết rất nhỏ trong các tài liệu đặc biệt. Một số hãng chế tạo đầu in hiện nay cũng đã phát triển ngành công nghệ in phun đặc biệt này như Xaar, Spectra, Seiko, Tektronic…. Hiện nay, thị trường đã bắt đầu phát triển đa dạng các máy in phun với chất lượng tối thiểu tương đương với công nghệ in offset
Từ giữa những năm 90, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thấy rằng kỹ thuật in phun là một công cụ lý thú để chuyển các lượng nhỏ chất lỏng mà không cần tiếp xúc. Đặc biệt hơn là trong lĩnh vực sinh học và vi lượng, công nghệ này đã thu hút rất nhiều sự chú ý. Từ đó đến nay, công nghệ này đã phát triển không ngừng, thể hiện qua sơ đồ hình 1.10.
0 20 40 60 80 100 120 140 198819891990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008
Hình 1.10. Số lượng công trình công bố về công nghệ in phun trong 20 năm qua (trích từ ISI).
Các thông tin thống kê này chỉ ra rằng lãnh vực nghiên cứu công nghệ in phun còn tương đối mới mẻ và còn nhiều cơ hội để nghiên cứu khám phá, kể cả về nghiên cứu cơ bản cũng như nghiên cứu ứng dụng.
Ý tưởng về việc sử dụng kỹ thuật in phun cho các ứng dụng đồ họa được phát triển rộng rãi và thể hiện rõ thông qua kỹ thuật in ấn bằng mực in kim loại [21], polymer [22] và dung môi [23],…Điều này đồng thời đã dẫn đến những quan tâm về ứng dụng hệ thống in phun nhằm cung cấp các giải pháp chung cho SOHO và công nghệ in công nghiệp. Đó là sự kết hợp các ưu điểm của cả hai bên: chất lượng cao của đầu in vi chế tạo SOHO và sự linh hoạt của mực in phun công nghiệp và nền in.
Có hai kỹ thuật in phun cơ bản là phương pháp đẩy (in) chất lỏng liên tục, và phương pháp đẩy (in) từng giọt chất lỏng theo yêu cầu (drop-on- demand inkjet - DOD). “DOD” là kỹ thuật đẩy các giọt chất lỏng lần lượt mỗi lần in. Kỹ thuật này chính là linh hồn để chế tạo ra các máy in mà chúng ta hiện sử dụng hàng ngày trong các văn phòng và gia đình. Trong kỹ thuật này, các giọt chất lỏng được đẩy ra một cách chính xác với độ kiểm soát cao với thể tích nhỏ nhất cỡ 10 pico lít (tương đương thể tích của giọt chất lỏng có kích thước mỗi chiều là 10 µm). Kỹ thuật này có thể áp dụng cho nhiều công đoạn của công nghệ micro, dùng chế tạo các vi linh kiện hoặc vi hệ thống.
Kỹ thuật DOD sử dụng hai nguyên lý vật lý cơ bản để đẩy (in) chất lỏng đó là: kỹ thuật in nhiệt và kỹ thuật in sử dụng tính chất áp điện (piezoelectric) của vật liệu. Trong kỹ thuật in nhiệt, một điện trở được chế tạo gần đầu của đầu mũi phun kim (nozzle), và được đốt nóng bằng một dòng xung điện cường độ cao chạy qua nó, tạo nên các bong bóng, và các bong bóng này phát triển, tạo ra áp suất trong kênh dẫn mực in. Khi áp suất đẩy do bong bóng tạo ra trong kênh dẫn mực lớn hơn năng lượng bề mặt của các hạt mực bám quanh đầu phun, sẽ đẩy mực in trong các kênh dẫn ra ngoài. Các lọai mực in sử dụng thường là các dung dịch của nước với các hóa chất khác nhau. Nguyên lý làm việc của quá trình đẩy (injection) các hạt chất lỏng (mực
Hình 1.11. Nguyên lý đẩy (in) chất lỏng bằng phương pháp nhiệt.
Một kỹ thuật DOD khác lại dựa trên nguyên lý in áp điện: các kênh dẫn mực (được chế tạo bằng vật liệu áp điện) bị biến dạng dưới tác động của thay đổi điện thế, tạo ra các áp suất trong kênh dẫn, đẩy chất lỏng ra khỏi đầu mũi phun. Trong trường hợp này, một điện thế xung được áp trực tiếp vào thành của kênh dẫn mực, và tùy vào tín hiệu xung (âm, hay dương) sẽ đẩy mực in ra ngoài, sau đó lại hút trở lại các thể tích mực chưa bị đẩy hết ra ngoài, cho phép kiểm soát quá trình in theo ý muốn. Một số cấu trúc hoạt động của kỹ thuật đẩy cơ học được minh họa trên hình 1.12.
Phương pháp đẩy (in) từng giọt chất lỏng theo nguyên lý nhiệt là phương pháp chủ yếu được sử dụng cho các máy in văn phòng vì tính năng làm việc ổn định và dễ dàng chế tạo các đầu in. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ thực sự phù hợp với việc sử dụng các chất lỏng (mực in) bền nhiệt. Trong khi đó phương pháp in áp điện lại được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp in ấn bởi vì nó cho phép sử dụng nhiều loại mực in khác nhau.
Hình 1.12. Một số nguyên lý in phun dựa trên nguyên lý đẩy cơ học của vật liệu áp điện.