- Рис. 2 — Увеличенное изображение дюзы струйного принтера
- Рис. 3 — Принцип пьзоструйной печати
- Рис. 4 — Принцип термической печати
- Рис. 5 — Увеличенное изображение пескоструйной печатающей головки EPSON
- Рис. 6 — Печатающая головка с интегрированным картриджем (обведена кругом). Стрелкой показана установленная система СНПЧ
- Рис. 7- Принтер с раздельными картриджами
- Рис. 8- Направляющая каретки струйного принтера
- Взаимодействие чернил с бумагой
- Рис. 9 — Реальное наложение красок в модели CMYK, видно, что при смешивании трех цветов «черный» цвет не получается
- Рис. 10- Общий вид картриджной СНПЧ
- Рис. 11 — Общий вид капсульной СНПЧ
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 — Принцип пьзоструйной печати
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 — Принцип термической печати
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 — Увеличенное изображение пескоструйной печатающей головки EPSON
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.
