Принципы работы струйных принтеров. Как работает струйный принтер Применение струйного принтера
В струйных принтерах в основном используются следующие методы нанесения чернил: пьезоэлектрический, метод газовых пузырей и метод «Drop-on-Demand».
Пьезоэлектрический метод основан на управлении соплом с использованием обратного пьезоэффекта, который, как известно, заключается в деформации пьезокристалла под действием электрического поля.
Рис. 5.3. Принцип действия струйного принтера с пьезоэлементами
Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой, как показано на рис. 5.3. При печати находящийся в сопле пьезоэлемент, разжимая (см. рис. 5.3, а) и сжимая (см. рис. 5.3, б) сопло, наполняет его чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые вышли из сопла в виде капли, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства в основном выпускают компании Epson, Brother.
Хотя струйный принцип печати известен уже давно, устройства с его использованием не нашли бы столь широкого применения, если бы не изобретение, ставшее основой для распространения струйной технологии. Первый и основной патент на нее принадлежит компании Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области, она создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии ThinkJet в 1985 г. Путем обмена лицензиями эти две компании получили подавляющее преимущество над конкурентами - сейчас им принадлежит 90 % европейского рынка струйных принтеров.
Метод газовых пузырей является термическим и называется методом инжектируемых пузырьков (Bubble-Jet), или пузырьковой технологией печати, которая проиллюстрирована на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Принцип нанесения чернил с использованием пузырьково! (Bubble-Jet) технологии печати
Каждое сопло печатающей головки принтера оборудовано нагревательным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропускании через него тока за 7-10 микросекунд нагревается до высокой температуры. Температура, необходимая для испарения чернил, например, фирмы Hewlett-Packard, достигает примерно 330 "С. Возникающий при резком нагревании чернильный паровой пузырь (Bubble) стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле, куда и поступает новая порция чернил.
Последовательность нанесения чернил с использованием пузырьковой технологии печати показана на рис. 5.4, а - д. Эту технологию использует фирма Canon. Поскольку в механизмах печати принтеров, реализующих метод газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, чем в тех, что используют пьезоэлектрическую технологию, такие принтеры обладают большей надежностью и ресурсом. Кроме того, использование пузырьковой технологии позволяет добиться более высокой разрешающей способности печати. Однако, обеспечивая высокое качество при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при печати областей сплошного заполнения, поскольку они получаются несколько расплывчатыми. Применение струйных принтеров, механизм печати которых основан на методе газовых пузырей, целесообразно при необходимости распечатки графиков, гистограмм и других видов графической информации без полутоновых графических изображений. Для получения более качественной печати следует выбирать струйные принтеры, реализующие метод Drop-on-Demand.
Метод Drop-on-Demand, разработанный фирмой Hewlett-Packard, использует, так же как и метод газовых пузырей, нагревательный элемент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако в методе Drop-on-Demand для подачи чернил дополнительно применен специальный механизм, в то время как в методе газовых пузырей данная функция возложена исключительно на нагревательный элемент. Специальный механизм реализован на базе следующих физических явлений (Рис. 5.5).
Как правило, в частицах жидкой фазы действует поверхностное натяжение, поддерживающее сферичность. У заряженных частиц чернил поверхностное натяжение снижается, что приводит к делению частицы на более мелкие. Свойство частиц расщепляться используется для получения туманообразных частиц чернил, которые поступают к выходным отверстиям сопел, управляемых электрическими сигналами.
Рис 5.5. Метод drop-on-demand
Технология Drop-on-Demand обеспечивает наиболее быстрое нанесение чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Цветное представление изображения в этом случае более контрастно. В данной технологии управление частицами чернил производится при постоянном отклоняющем поле путем регулирования их электрического заряда. Поэтому вылетающая из сопла каждая частица получает «свою» информацию в виде разной величины электрического заряда, что обеспечивает высокую скорость и качество печати.
Сегодня мы поговорим про струйную печать , как наиболее распространенную в мире, а именно про устройство и принцип действия струйных принтеров .
Что бы ни говорили о превосходстве электронных носителей информации над бумажными, похоже, век бумаги и печатного текста пройдет еще не скоро. Давно известно, что напечатанный текст воспринимается совершенно иначе, чем его «электронная» копия на экране монитора. И до того светлого дня, когда безбумажный стандарт информации восторжествует и нам больше не придется переводить на бумагу весело шумящие леса. А пока нам нужно печатать . Печатать как дома так и на работе. Печатать монохромный текст, цветные картинки да и фотографии хочется распечатывать не в фотосалоне, а дома.
По принципу работы струйные принтеры напоминают матричные , только вместо иголок ударяющих по красящей ленте, краска в струйных принтерах наносится непосредственно на бумагу каплями краски через очень малые отверстия называемые дюзами . Каждая капля краски имеет объем порядка нескольких пиколитра с диаметром порядка от нескольких до десятых микрон (для сравнения толщина человеческого волоса порядка 100 - 130 микрон). В одном кубическом миле метре помешается приблизительно десять тысяч таких капель. Если распечатанное на струйном принтере изображение рассмотреть под микроскопом (Рис.1), то мы увидим что изображение состоит из миниатюрных точек-капелек.
Рис.1 - Вид капелек краски на бумаге под микроскопом
Главным узлом струйного принтера является печатающая головка (около 80% от стоимости принтера), которая собственно и наносит капельки краски на бумагу. Краска наносится через маленькие отверстия называемые дюзами. Полный диаметр одной дюзы составляет порядка от трех (при разрешении 4800 dpi ) до нескольких десятков микрон. Увеличенный вид дюзы представлен на рисунке два.
Рис. 2 - Увеличенное изображение дюзы струйного принтера
Под отверстия расположены миниатюрные полости, куда чернила поступают из основного резервуара картриджа. Сами чернила через дюзы вылиться не могут так отверстие очень маленькое и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То есть краску нужно выдавить принудительно. Есть два основных способа выдавливания краски: Пьезоэлектрический и термический.
Пьезоэлектрический (Piezoelectric Ink Jet) - над дюзой расположен пьезокристалл. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток, он (в зависимости от типа печатающей головы) изгибается, удлиняется или тянет диафрагму вследствие чего создаётся локальную область повышенного давления возле дюзы - формируется капля, которая впоследствии выталкивается на материал. В некоторых головках технология позволяет изменять размер капли
Рис. 3 -
Термический (Thermal Ink Jet) (также называемый BubbleJet, разработан компанией Canon, в конце 1970-х годов) - в дюзе расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры в несколько сотен градусов, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. bubbles - отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.
Рис. 4 -
Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не свободен и от недостатков. Пьезоэлектрическая технология наиболее дешевая, отличается более высокой надежностью (т. к. не используется высокая температура). Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.
Рис. 5 -
Термоэлектрическая технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел.
Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение - тип, количество и расположение печатающих голов на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того чем меньше голов, тем проще и эффективнее система их калибровки и сведения.
Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем (Рис.6) и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно (Рис. 7) - при этом заменяется только картридж.
Рис. 6 - Печатающая головка с интегрированным картриджем (обведена кругом). Стрелкой показана установленная система СНПЧ
Рис. 7- Принтер с раздельными картриджами
Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы, что чернильная емкость без печатающей головки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации с печатающей головкой . На деле этого не происходит и заметного удешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головки не наблюдается. В то же время, легко сменная печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных с засыханием чернил в ее каналах. Следует помнить, что если чернила засохнут в головке, то ее, как правило, следует менять, если своевременно не будут приняты соответствующие меры. Для того, чтобы уменьшить риск засыхания чернил в каналах головки, предусматривается специальное положение парковки. В большинстве принтеров предусмотрена функция очистки сопел . Тем не менее, все это не дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головку не придется менять.
Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке (рис. 8), которая по специальной направляющей совершает возвратно-поступательное движение поперек листа бумаги.
Рис. 8- Направляющая каретки струйного принтера
Хотя способ объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивно наиболее прост и в силу этого получил самое широкое распространение, он не является оптимальным. Дело в том, что каретка должна достаточно быстро двигаться, а также достаточно быстро изменять направление движения, ибо скоростью ее движения определяется скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть мало инерционной, т. е. иметь возможно меньшую массу. С этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому, предпочтительнее оказывается размещение емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернил к печатающим головкам осуществлять с помощью специальных трубопроводов.
Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить емкости для чернил, однако система трубопроводов конструктивно столь сложна, что такая конструкция используется очень редко.
Взаимодействие чернил с бумагой
Краеугольный камень технологий получения качественного отпечатка всех производителей принтеров. Этот процесс во многом зависит от типа применяемых чернил, которые можно разделить на водорастворимые и пигментные. Водорастворимые чернила легко растворяются в воде, их используют обычно для цветных красителей, так как они дают широкий цветовой охват. При падении на бумагу чернильный раствор впитывается в волокна, окрашивая их. Таким образом, вся поверхность рисунка закрашивается практически непрерывным слоем. Кроме того, они дают достаточное количество оттенков, чтобы обеспечить плавную цветопередачу. К водорастворимым относятся сольвентные чернила - самый распространённый тип чернил. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью, зернистостью и используемой фракцией сольвента. Пигментные чернила - используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фото печати.
В большинстве моделей струйных принтеров используется четыре основных цвета , так называемая модель цветности CMYK , где: Cyan - годубой, Magenta - розовый, Yellow - желтый, Key color - или черный. Мы не будем усугубляться в подробности получения цветов, но стоит знать, что все цвета получаются из трех основных цветов, красного, зелёного и синего, однако это справедливо лишь когда мы посредственно воспринимаем цвет, например с экрана компьютера, где формирования цвета как раз и происходит за счет этих трех цветов (так называемая модель цвета RGB ). Но в на печатаном изображении мы воспринимает отраженный цвет, и его восприятие глазом человека происходит немного по другому.
Несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции пурпурного, голубого и жёлтого красителей, по ряду причин такой подход обычно неудовлетворителен.На практике в силу неидеальности красителей и погрешностей в пропорциях компонентов смешение реальных пурпурного, голубого и жёлтого цветов даёт скорее грязно-коричневый или грязно-серый цвет. Добавление черного цвета отдельно дает существенную экономию чернил, так как в большинстве случаев расходуется именно черный цвет и гораздо выгоднее использовать его отдельно.
Рис. 9 - Реальное наложение красок в модели CMYK, видно, что при смешивании трех цветов «черный» цвет не получается
Современные принтеры используют в основном эти четыре цвета, то есть являются четырехцветными. Удивительно но за последние три года большинство производителей идет по пути уменьшения палитры красок в домашних и офисных принтерах. Во многом это связано с отсутствием спроса на полноцветную печать в домашних условиях и небольших офисах. Естественно что для получения качественных фото снимков этих четвырех цветов недостаточно, поэтому в струйных принтерах к четырем основным цветам добавлено еще несколько ярких оттенков цветов, например для шестицветных принтеров применяют палитру CMYKLcLm (где (Lc - светлый Cyan, Lm - светлая Magenta). Цветопередача и насыщенность при использовании расширенной палитры гораздо лучше, поэтому фотопринтера должны иметь расширенную цветовую палитру.
В офисных принтерах, для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил (СНПЧ) , представляющая некое подобие системы подачи краски «самотёком». Элементами СНПЧ являются емкости с чернилами (обычные пластиковые бутылочки или специальные «сосуды Мариотта»), пластиковые или силиконовые трубочки, соединяющие емкости с картриджами или капсулами, установленными на входные патрубки печатающей головки принтера, автоматически обнуляемые микрочипы, аналогичные установленным на оригинальных картриджах устанавливаются на отдельной планке или на картриджах. Общий вид картриджной СНПЧ представлен на рисунке 10.
Рис. 10- Общий вид картриджной СНПЧ
Принцип работы СНПЧ основан на работе мембран пъезоэлементов печатающей головки струйного принтера, в капсуле или картридже СНПЧ создается разрежение. В капсулу или картридж, через верхнюю их часть, начинают по капле поступать чернила из внешних емкостей. Герметичность системы непрерывной подачи чернил позволяет поддерживать постоянный уровень чернил в капсуле/картридже.
СНПЧ помогает существенно сократить расходы на покупку картриджей, но особенно она актуальна когда приходится печатать большие объемы, в этом случаи себестоимость одного отпечатка сравнима со стоимостью печати на лазерном принтере, а при печати в цвете суммарные расходы на круг с учетом стоимости бумаги даже меньше по сравнению с цветным «лазерником».
Основное отличие между системами непрерывной подачи чернил заключается в использовании картриджной или капсульной системы подачи. В картриджной СНПЧ вместо оригинальных картриджей используются постоянные картриджи, внешне похожие на оригинал со встроенным авточипом, самостоятельно обнуляющимся по мере необходимости. Преимущество данного типа СНПЧ в простоте установки. В капсульной системе вместо картриджей применяются капсулы, устанавливаемые непосредственно на входные «иглы» печатающей головки. Капсульная СНПЧ (рисунок 11) является предпочтительной по причине более простого обслуживания, т. к. капсулы прозрачные и в любой момент можно проконтролировать уровень чернил в капсуле.
Рис. 11 - Общий вид капсульной СНПЧ
Установка СНПЧ обычно не вызывает проблем даже у неподготовленного пользователя. В комплект поставки входят все необходимые материалы, инструменты и подробная схема-алгоритм с картинками. Картриджи/капсулы СНПЧ устанавливаются вместо оригиналов, капиллярный шлейф прокладывается в принтере согласно инструкции, с помощью входящих в комплект зажимов и наклеек. Емкости и капсулы заправляются чернилами, производится несколько прочисток головки, и система готова к работе. Обслуживание СНПЧ заключается в добавлении чернил в емкостях по мере расхода, и контроле герметичности системы проверкой уровня чернил в капсулах.
Вот в вкратце мы и рассмотрели принцип работы струйного принтера . В дальнейшем мы поговорим о правильности выбора принтера исходя из своих потребностей.
Вконтакте
Одноклассники
Струйные принтеры занимают промежуточные позиции между матричными и лазерными принтерами по цене, скорости и качеству печати. Чаще всего их используют для печати цветных фотографий и изображений.
Основными конструктивными элементами струйного принтера являются печатающая головка , картриджи, СНПЧ, механизм подачи бумаги, моторы, датчики, панель управления, интерфейсные разъёмы и корпус.
Печатающая головка
Важную роль в работе струйного принтера играет печатающая головка, которая через микроскопические отверстия (сопла) распыляет на поверхность носителя крошечные капельки чернил. Самые первые струйные принтеры имели по 12 сопел, в последних ультрасовременных печатающих устройствах количество сопел достигает нескольких десятков тысяч, причём диаметр таких сопел значительно меньше диаметра иглы или даже человеческого волоса.
Дюза струйного принтера под микроскопом
Производители струйных принтеров самостоятельно определяют количество сопел в печатающей головке, их размер и расположение. Например, компания Lexmark использует шахматный принцип расстановки малых и больших сопел, компания Canon предпочитает оснащать свои принтеры множеством сопел с малым диаметром.
Печатающая головка может быть встроена в картридж, а может располагаться автономно от резервуара с чернилами. Для повышения быстродействия струйных принтеров современные производители модернизируют печатающие головки, объединяя их в модули. Это позволяет добиться существенного увеличения скорости печати.
На следующем рисунке представлена печатающая головка, изготовленная компанией HP по технологии HP Edgeline.
Печатающая головка HP, изготовленная по технологии HP Edgeline
Во время печати такая головка остаётся неподвижной, а бумага скользит мимо неё, принимая на свою поверхность чернила. В корпусе головки расположено пять групп сопел (по 2112 в каждой), каждая головка наносит на бумагу чернила двух цветов. На каждый цвет приходится по 5280 сопел.
Методы выбрасывания чернильных капель
В струйных принтерах используются два метода выбрасывания чернильных капель: пьезоэлектрический и термоструйный.
В каждое сопло принтера с пьезоэлектрической технологией печати встроена плоская пьезокристаллическая мембрана, которая под действием электрического импульса выгибается, выталкивая из сопла чернильную каплю. После этого электрический импульс исчезает, и в сопло из картриджа поступает новая порция чернил.
В каждом сопле принтера с технологией газовых пузырьков имеется микроскопический нагреватель, который очень быстро нагревает чернила до температуры кипения. Образующийся при этом пар выдавливает из сопла каплю чернил. После этого нагреватель отключается, чернила остывают, и в сопло из картриджа поступает новая порция чернил.
Чернила
Чернила являются расходным материалом для струйных принтеров. По своей природе они представляют собой красящую жидкость, которая распыляется на поверхность бумаги во время печати. В состав чернил входят вода, красители, растворители, смачиватели, регуляторы, стабилизаторы и прочие химические вещества, обеспечивающие стабильность их фракции. В одном кубическом миллиметре помещается приблизительно 10000 чернильных капель, вылетающих из сопла струйного принтера.
Чернила
Современные струйные принтеры формируют изображения из миллионов микроскопических капелек, поэтому они получаются очень качественными. Если рассмотреть такое изображение под микроскопом, то на поверхности бумаги можно увидеть крошечные выпуклые чернильные точки.
Капли чернил на бумаге под микроскопом
Стоит упомянуть, что чернила могут быть водорастворимыми и пигментированными. Первые проникают в глубинные слои бумаги, а вторые закрепляются на её поверхности. Пигментированные чернила обеспечивают более высокое качество печати, но уступают по долговечности готовых документов.
В большинстве струйных принтеров используется четырёхцветная раскладка CMYK, в которую входят пурпурные, голубые, жёлтые и чёрные чернила. В стремлении сделать фотопечать более реалистичной, разработчики постоянно дополняют раскладку CMYK новыми цветами. В некоторых принтерах можно встретить бледно-голубые, бледно-розовые, бледно-серые чернила, а также оранжевые и зелёные чернила.
Картридж
Картридж – это один из важнейших конструктивных элементов струйного принтера, который состоит из резервуара для чернил, контактной пластины и в некоторых случаях – печатающей головки и чипа.
Картриджи для струйных принтеров могут быть комбинированными или раздельными. В раздельных картриджах используются чернила только одного цвета, комбинированные картриджи разделены на три отсека для пурпурных, голубых и жёлтых чернил. Система раздельных картриджей используется в принтерах старшего поколения с многоцветной раскладкой, система комбинированных картриджей чаще встречается в принтерах младшего поколения, предназначенных для небольших объёмов печати.
Система печати с совмещёнными картриджами
Система печати с раздельными картриджами
При использовании комбинированных картриджей после окончания какого-либо одного цвета чернил приходится выбрасывать весь картридж, даже если в остальных резервуарах имеется достаточное количество красящей жидкости. Поэтому в последнее время в струйных принтерах всё чаще используются системы раздельных картриджей.
Система непрерывной подачи чернил
В некоторых офисных принтерах и принтерах для коммерческой печати для уменьшения стоимости отпечатков используются системы непрерывной подачи чернил или сокращённо СНПЧ, состоящие из ёмкостей с чернилами и гибких трубок, по которым чернила поступают к печатающей головке.
Система непрерывной подачи чернил
Установка на принтер системы непрерывной подачи чернил, как правило, не вызывает проблем даже у неподготовленных пользователей. В комплект поставки СНПЧ входят все необходимые материалы и инструменты, а также подробная схема с картинками. Капсулы или картриджи СНПЧ устанавливаются вместо оригинальных печатающих кассет, капиллярный шлейф прокладывается внутри принтера с помощью входящих в комплект наклеек и зажимов. Капсулы и ёмкости заправляются чернилами, запускается несколько циклов прочистки головки, и устройство готово к работе.
Принтер с СНПЧ
СНПЧ позволяет существенно сократить затраты на приобретение картриджей, но особенно такие системы актуальны при больших объёмах цветной печати. В этом случае себестоимость одного отпечатка сопоставима с себестоимостью отпечатка, сделанного на лазерном принтере.
Механизм подачи бумаги
Бумага может загружаться в принтер вертикальным или горизонтальным способом. Вертикальная загрузка производится из открытых лотков, расположенных в верхней части принтера, при этом ориентация листа при загрузке может быть как книжной, так и альбомной. Горизонтальная загрузка производится из лотков, доступ к которым обеспечивается с передней панели устройства.
После получения задания принтер захватывает верхний лист бумаги и подаёт его в печатный тракт. Лист бумаги перемещается по печатному тракту благодаря специальному механизму, основу которого составляет валик с прорезиненной поверхности, приводимый в движение шаговым мотором. Бумага прижимается к валику дополнительными роликами с прорезиненной поверхностью.
В некоторых принтерах используются устройства дуплексной печати, которые позволяют печатать в автоматическом режиме сразу на двух сторонах листа.
Мотор
Важную роль в струйных принтерах играют четыре небольших мотора. Первый мотор приводит в движение ролик, захватывающий бумагу и проталкивающий её в печатающий механизм, другой – автоподатчик бумаги, третий заставляет печатающую головку двигаться вдоль носителя, а четвёртый отвечает за выталкивание чернил из сопел. Благодаря этим четырём моторам конструктивные детали принтера работают как единое целое.
Датчики
Принтер имеет «органы чувств», роль которых выполняют механические и оптические датчики. Оптопара (светодиод и фотодиод) определяют момент, когда лист бумаги поступает в печатающий тракт. Энкодерные датчики сигнализируют принтеру о положении печатающей головки по отношению к листу бумаги. PW-сенсор определяет формат поступившей в принтер бумаги. Сенсор в цепи питания принтера сигнализирует о том, что в зону движения каретки попал посторонний предмет, например застрявший лист.
Интерфейсные разъёмы
Для подключения принтера к персональному компьютеру или ноутбуку используются интерфейсные разъёмы LPT, USB и Ethernet. Параллельный порт LTP используется в старых моделях ПК, на смену ему сегодня пришли интерфейсы USB и Ethernet. Для пользователей доступны адаптеры, которые позволяют подключать принтеры с LPT интерфейсом к слотам USB.
Общие сведения
Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Картриджи с красителями бывают со встроенной печатающей головкой - в основном такой подход используется компаниями Hewlett-Packard , Lexmark . Фирмы, в которых печатающая матрица является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплах печатающей головки. Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. Но также возможно провести принудительную очистку сопел из соответствующего раздела настройки драйвера принтера. При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson, Canon. Если штатными средствами принтера не удалось очистить сопла печатающей головки, то дальнейшая очистка и/или замена печатающей головки проводится в ремонтных мастерских. Замена картриджа, содержащего печатающую матрицу, на новый проблем не вызывает.
Для уменьшения стоимости печати и улучшения других характеристик принтера применяют систему непрерывной подачи чернил .
Печатающие головки струйных принтеров создаются с использованием следующих типов подачи красителя:
- Непрерывная подача (Continuous Ink Jet) - подача красителя во время печати происходит непрерывно, факт попадания красителя на запечатываемую поверхность определяется модулятором потока красителя. Утверждается, что патент на данный способ печати выдан Вильяму Томпсону (William Thomson) в 1867 году.
Конструкция
СП, обычно, делится на следующие подсистемы:
- Система подачи бумаги
- Печатающая головка с механикой для позиционирования
- Система очистки от чернил сопла печатающей головки
- Несмотря на характерную для струйных принтеров невысокую скорость печати, самый быстрый струйный принтер из ныне представленных на мировом рынке (состоянием на конец 2011 года) - Lomond EvoJet Office - способен печатать до 60 страниц формата А4/Legal в минуту.
Примечания
Ссылки
- Разбираем картридж струйного принтера (термическая струйная печать) . Архивировано
- Описание принципа струйной печати . Архивировано из первоисточника 4 декабря 2012.
- . Архивировано из первоисточника 4 декабря 2012.
| Принтер и сканер | ||
|---|---|---|
| Принтер | ||
| Виды | ||
| Расходные материалы | ||
| Программное и аппаратное обеспечение |
| |
Пока компьютеры оперировали одними цифрами и буквами, для вывода обработанной ими информации в принципе хватало ударной технологии печати. Но только в принципе, поскольку никого не устраивал шум, производимый такими устройствами, сильный износ их головок и невысокая скорость работы, когда надо было получить хорошее качество текста.
Чтобы избавиться от шума и износа, были предприняты попытки создать бесконтактную технологию печати, когда краска попадает на бумагу без посторонней помощи. Скажем, в виде струи, состоящей из микроскопических капелек. Единственным расходным материалом при этом стали бы сами чернила.
Так и случилось. Сегодняшняя струйная печать - процесс получения изображения, точки которого формируются вылетающими из сопла печатающей головки капельками. Их скорость достаточна для преодоления зазора между соплом и поверхностью носителя - бумаги или пленки.
Основное преимущество современной струйной печати состоит в ее высоком качестве при минимальных затратах. Обеспечивая четкость текста и графики, сравнимую с результатами работы лазерных принтеров, струйные отличаются гораздо более простой конструкцией, близкой по сложности и цене к примененной в матричных принтерах. При этом качество печати, то есть разрешение, в основном зависит от того, насколько удачна печатающая головка.
Чтобы получить такой же отчетливый текст и ровную графику, как у лазерных принтеров, необходимо добиться столь же высокого разрешения, а сделать это можно только путем уменьшения размера капелек и, соответственно, диаметра сопел. Причем требуется обеспечить высочайшую точность их формы и расположения. Неодинаковые по диаметру сопла выстреливают капельки разного размера и с разной скоростью, что на бумаге проявляется в виде заметных на глаз полосок. Сильнее всего от них страдают светло-серые участки распечатываемых фотографий.
Другая беда, преследующая струйные печатающие головки, - образование капелек-спутников, случайно отклонившихся от траектории и попавших на бумаге не на свое место. Впрочем, подобный эффект наблюдается не только у струйных, но и у лазерных принтеров, однако по другим причинам.
Главная же проблема струйной технологии не в этом. Ее самый существенный недостаток в том, что чернила жидкие, а уж от этого никак не избавишься. Жидкие чернила склонны расплываться на бумаге плохого качества, из-за чего контуры букв получаются размытыми. Пористая бумага слишком сильно впитывает краску, поэтому фотографии теряют контрастность и становятся бледнее. Для получения высокого качества приходится использовать дорогую бумагу, а оптимальные результаты гарантируют только те носители, которые предлагаются к конкретной модели струйного принтера его изготовителем.
Зато есть и неоспоримые преимущества. Печатающие головки у струйных принтеров легче, чем у матричных, поэтому для их перемещения нужны менее мощные приводы. Отсюда меньшее потребление энергии, меньший шум, меньшие габариты.
Второй плюс струйной технологии - исключительная простота реализации цветной печати. При сохранении простоты конструкции принтера и невысокой стоимости чернил цветная струйная технология позволяет получить изображения, практически не уступающие по качеству распечаткам на куда более сложных и дорогих цветных лазерных принтерах и даже фотографиям. Благодаря именно ей цвет стал привычным явлением в деловых бумагах, а у малых фирм появилась возможность самостоятельно производить красочные материалы для презентаций и рекламы.
Непрерывная струйная печать
В первых струйных печатающих устройствах применялся непрерывный способ подачи чернил, когда капельки постоянно выстреливаются из сопла головки.
Чернила подаются в печатающую головку с помощью насоса. Возникающая под создаваемым им давлением струя разбивается на капельки за счет вибрации, вызываемой, например, пьезоэлектрическим элементом. Разумеется, до бумаги должны долететь не все, а только часть капелек, иначе никакого изображения не получится - бумага просто будет равномерно залита чернилами.
Вот как это организовано. Вылетая из сопла, капельки проскакивают через заряжающий электрод. Получив электрический заряд, они попадают в поле отклоняющего электрода, на который подается высокое напряжение. Изменяя напряжение на отклоняющем электроде, можно заставить капельки поменять траекторию полета. Если состоящая из заряженных капелек струя не отклоняется в сторону, она попадает в уловитель, из которого неиспользованные чернила стекают в накопитель, проходят стадию удаления воздушных пузырьков (дегазации) и снова сливаются в основной резервуар с краской.
Сменившие направление полета под действием электрического поля отклоняющего электрода капельки попадают на бумагу, формируя на ней изображение. Угол отклонения траектории зависит от того, насколько сильно изменяется напряжение.
Системы непрерывной струйной печати отличаются тем, что в них применяется дорогая электропроводная краска, способная получить заряд. Так как между соплом и бумагой необходимо разместить два электрода, увеличивается дальность полета капелек и, следовательно, им необходимо придать большую начальную скорость. Очень высока и производительность сопел печатающей головки - из них в секунду вылетает от 50 до 150 тысяч капелек. Однако сам процесс печати не назовешь очень быстрым.
Чтобы непрерывная печать не привела к разорению пользователей вследствие неимоверно большого расхода дорогих чернил, конструкторы - разработчики основанных на этом принципе устройств вынуждены искать пути возвращения в резервуар неиспользованных капелек. Система рециркуляции весьма сложна, что сказывается на общей стоимости струйных принтеров этого типа.
Плюсом непрерывной струйной печати можно считать высокое качество получаемых с ее помощью цветных изображений, на которых практически неразличимы точки. Однако высока и расплата - медленная печать, серьезные эксплуатационные расходы, обусловленные дороговизной чернил и сложностью обслуживания таких принтеров, и, конечно, немалая цена самого оборудования.
Разумеется, инженеры работали над усовершенствованием непрерывной технологии и одновременно искали другие варианты, которые были бы свободны от ее недостатков. Были изобретены импульсные способы струйной печати, и достигнутый в этой области прогресс привел как к упрощению конструкции, удешевлению самих принтеров, так и к снижению эксплуатационных затрат. Именно импульсные технологии способствовали широкому распространению струйных принтеров и позволили им практически вытеснить с рынка матричные печатающие устройства, а также успешно конкурировать с лазерными принтерами по качеству и скорости печати.
Импульсная струйная печать
Пьезоэлектрические головки для струйных принтеров появились в семидесятых годах. Капельки из сопел такой головки вылетают под воздействием создаваемого на очень короткое время избыточного давления в камере с чернилами.
Для образования в камере избыточного давления применяется диск из пьезоэлектрика. Когда к нему подводится напряжение, он деформируется (изгибается). Выгнувшись, диск, который служит одной из стенок камеры с чернилами, резко уменьшает ее объем, оказавшиеся лишними чернила вылетают при этом из сопла в виде капельки. Для заполнения камеры, когда напряжение снято и пьезоэлектрический диск возвращается к исходной форме, применяется капиллярный способ подачи чернил из резервуара.
Предложила пьезоэлектрическую технологию струйной печати компания Epson, однако ей не удалось в полной мере воспользоваться преимуществами новой технологии и монополизировать рынок струйной печати. Помешали конкуренты - фирмы Hewlett-Packard и Canon, разработавшие другую импульсную технологию, получившую название пузырьковой.
Пьезоэлектрические головки до последнего времени отличались от пузырьковых неоправданно сложной и дорогой конструкцией. Однако Epson не отказалась от выбранного пути и приложила большие усилия по доводке своей технологии, в результате чего применяемые ею сегодня многослойные микропьезоэлектрические головки значительно подешевели, а качество их работы (обеспечиваемое разрешение) заметно возросло.
Первый принтер TinkJet, в котором была использована пузырьковая технология, компания Hewlett-Packard выпустила в 1985 году. В настоящее время большинство патентов на эту технологию принадлежит Hewlett-Packard и Canon, причем путем взаимного лицензирования они усилили свои позиции на рынке. Не так давно эти две компании практически полностью контролировали рынок струйных принтеров, пока Epson не решила проблемы с пьезоэлектрической печатью и на него не вторглись активно другие производители принтеров, соблазненные перспективами, открытыми новыми технологиями. Впрочем, неплохие доходы эти компании продолжают получать от продажи третьим фирмам печатающих головок и их электромеханических приводов.
Успех пузырьковых принтеров был вызван тем, что им удалось обеспечить такое же высокое качество печати, как у лазерных устройств, при цене на уровне хороших матричных принтеров. Как уже говорилось, качество печати определяется размером выстреливаемых из сопел капелек чернил, а конструкция пузырьковой головки, отличаясь невиданной простотой, позволила без особых затрат добиться разрешения в 300 точек на дюйм. Таким образом, по разрешению ThinkJet оказался на равных с выпускавшимися в то же время компанией Hewlett-Packard лазерными принтерами LaserJet.
В струйных принтерах Hewlett-Packard и Canon применяют один и тот же процесс формирования изображения, но называют они его по-разному: Canon делает акцент на пузырьковом происхождении капелек (Bubble Jet), в то время как Hewlett-Packard предпочитает именовать эту технологию просто струйной (Inkjet).
И в том и в другом случае графические изображения и текст на бумаге формируются капельками, вылетающими из сверхтонких сопел. В стенку каждого сопла встроен миниатюрный нагревательный элемент. При подаче на него электрического импульса контактирующие с ним чернила практически мгновенно испаряются. Образовавшийся пар расширяется и порождает ударную волну, под избыточным давлением которой чернила выстреливаются из сопла в виде капельки, как пуля из ружья.
После снятия импульса тока с нагревательного элемента пар моментально конденсируется и пузырек теряет свой объем - схлопывается. При этом в стволе-сопле возникает разрежение, под действием которого из резервуара всасывается новая порция чернил.
Конструкция сопел пузырьковой струйной головки чрезвычайно проста, что позволяет не только уменьшить ее стоимость, но и получить ряд других важных преимуществ. Высокая надежность сопел, достигнутая в результате упрощения принципа действия и конструкции, дает возможность отказаться от их дублирования на случай выхода из строя и существенно уменьшить массу и размеры головки. По этой же причине сопла можно разместить гораздо плотнее друг к другу, обеспечив более высокое разрешение. И наконец, работает пузырьковая головка совершенно бесшумно.
Примечательно, что, обладая одной и той же технологией и обменявшись лицензиями, компании Hewlett-Packard и Canon не успокоились и продолжают активно конкурировать друг с другом. Основные пути, ведущие к победе над соперником, - повышение качества (разрешения) печати и снижение ее себестоимости. Понимаете, кто от этого выигрывает? Несмотря на очевидное сходство, между пузырьковыми струйными головками этих компаний есть и существенное отличие. Hewlett-Packard устанавливает нагревательный элемент в торце сопла, при этом для подачи чернил используется специальный резервуар внутри головки. У головок Canon нагреватель расположен сбоку, а чернила текут через ствол сопла по прямой. Это позволяет уменьшить размер головки. Боковое расположение дает возможность увеличить площадь нагревателя, усилить избыточное давление и, следовательно, сообщить капельке большую кинетическую энергию.
Конструкция современных пузырьковых головок допускает использование быстро сохнущих чернил, благодаря чему капельки не успевают впитаться в бумагу или растечься - они просто моментально высыхают. Благодаря увеличению скорости, с которой из сопел выстреливаются капельки, можно увеличить зазор между головкой и бумагой. Больший зазор позволяет применять бумагу худшего качества, неровную или более плотную.
Твердочернильная печать Хотя непосвященному это может показаться странным, твердочернильная, или сублимационная, печать относится к струйной технологии. В настоящее время работающие по этому принципу принтеры применяются для получения цветных распечаток высочайшего качества, не уступающих фотографиям. Примером могут послужить устройства компаний Tektronix и Fargo, известные и на нашем рынке. В последнее время, когда модной стала цифровая фотография, значение сублимационной технологии резко возросло.
Вместо резервуара с жидкими чернилами в сублимационных принтерах используются восковые палочки четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. Встречаются модели с шестью цветами, за счет чего в них улучшена проработка мелких деталей и точность цветопередачи.
Восковые палочки заряжаются прямо в печатающую головку. Специальные нагреватели расплавляют воск, который в жидком состоянии стекает в резервуар подачи. В резервуаре краситель еще одним нагревателем поддерживается в жидкой фазе все время работы принтера. Для получения изображения головка откачивает из резервуара небольшую порцию чернил, дополнительно нагревает их, повышая текучесть, и выстреливает на бумагу.
Принцип работы сублимационного принтера во многом сходен со схемой, используемой в струйных принтерах с непрерывной технологией печати. Однако в данном случае электронное устройство подает чернила в сопла не постоянно, а только в те моменты, когда это требуется. Капельки чернил благодаря своей восковой основе не впитываются в бумагу, а моментально застывают при контакте с ее поверхностью.
После формирования изображения бумагу прогоняют между полированными валками. Они разравнивают шероховатость отпечатка, появившуюся из-за выпуклости каждой попавшей на бумагу и мгновенно застывшей капельки. При прохождении между валками точки расплющиваются и существовавшие между ними промежутки заполняются, а краски смешиваются друг с другом не только оптически, но и физически, улучшая цветопередачу. После проглаживания пользователь получает очень похожее на фотоснимок, глянцевое, оптически плотное изображение, на котором невозможно выделить отдельные точки.
Высочайшее качество печати сублимационных принтеров оказывается невыгодным с точки зрения себестоимости каждой копии и низкой скорости распечатки, если приходится выводить на бумагу много текста. Вообще, одноцветная печать на таких принтерах - полный абсурд, так как обходится она слишком уж дорого.
Принтеры с твердыми восковыми чернилами имеет смысл применять тогда, когда необходима очень точная цветопередача, например для цветопроб в издательском деле или при цифровой фотографии, если надо получить привлекательно выглядящее красочное изображение небольшого формата.
Роман Соболенко