Что такое пьезоэлектрическая струйная печать?
Содержание:
Основные плюсы
По сравнению с предыдущими цветными принтерами, ориентированными на потребителей, струйные принтеры обладают рядом преимуществ. Они более тихи в деятельности чем матрица многоточия удара или принтеры daisywheel. Они могут напечатать более точные, более ровные детали через более высокое разрешение. Потребительских струйных принтеров с фотографическим качеством печати широко доступны.
По сравнению с такими технологиями, как термальный воск, сублимация красителей и лазерная печать, чернила имеют преимущество практически без времени прогрева и зачастую более низкой стоимости на страницу. Однако недорогие лазерные принтеры могут иметь меньшие затраты на страницу, по крайней мере, для черно-белой печати и, возможно, для цветной печати.
Для некоторых принтеров Inkjet монохромные чернила доступны либо от производителя принтера, либо от сторонних поставщиков. Они позволяют струйному принтеру конкурировать с серебряными фотобумагами, традиционно используемыми в черно-белой фотографии, и обеспечивают одинаковый диапазон тонов: нейтральный, «теплый» или «холодный». При переключении между полноцветными и монохромными наборами чернил необходимо смыть старые чернила с печатающей головки чистящим картриджем. Обычно требуется специальное программное обеспечение или, по крайней мере, модифицированный драйвер устройства, чтобы иметь дело с различным цветовым отображением.
Некоторые типы промышленных струйных принтеров в настоящее время способны печатать на очень высоких скоростях, в широком формате, или для различных промышленных приложений, начиная от вывесок, текстиля, керамики и 3-D печати в биомедицинских приложений и проводящих схем. Ведущие компании и новаторы в оборудования включают НР, Эпсон, Кэнон, Коника Минолта, компания Fujifilm, ели, Дерст, брат, Рональд, mimaki, mutoh и многие другие по всему миру.
Пигментные чернила
Начнем с чернил. Как уже было упомянуто, основной причиной низкой стойкости отпечатков струйных принтеров, сделанных на обычной бумаге, было использование чернил на водорастворимой основе. Около десяти лет назад ведущие производители струйных принтеров смогли решить это проблему, внедрив в серийно выпускаемых устройствах системы печати с цветными пигментными чернилами. Это позволило значительно повысить стойкость отпечатков к воздействию влаги, солнечного света и содержащихся в воздухе газов.
Одной из первых такой подход реализовала в своих устройствах компания Epson. В 2003 году она представила несколько моделей струйных принтеров и МФУ, которые печатали полностью пигментными чернилами DURABrite. Если не вдаваться в подробности, то чернила DURABrite представляют собой взвесь пигментных частиц в жидком полимерном материале. Состав полимера подобран таким образом, что взвешенные в нем частицы не слипаются между собой. Таким образом, при «выстреливании» из дюзы печатающей головки каждая из пигментных частиц оказывается заключенной в жидкую капсулу из полимерного материала. На воздухе полимер очень быстро затвердевает, и пигментные частицы прикрепляются непосредственно к поверхности листа, не успевая проникнуть вглубь бумажных волокон.
По сравнению с применявшимися ранее цветными чернилами на водорастворимой основе пигментные чернила обладают целым рядом важных достоинств. Они практически мгновенно (за сотые доли секунды) высыхают при попадании на поверхность носителя. Кроме того, изображения, нанесенные такими чернилами, не подвержены смазыванию при попадании влаги на бумагу. В процессе демонстрации возможностей чернил DURABrite отпечатки полностью погружали в воду, и даже после такого воздействия изображение попрежнему оставалось четким (рис. 1).
Рис. 1. Демонстрация водостойкости отпечатка,
сделанного чернилами DURABrite
Еще одно важное достоинство цветных пигментных чернил заключается в том, что они обеспечивают получение более ярких цветов при печати на обычной бумаге. Кроме того, качество отпечатков в меньшей степени зависит от типа используемой бумаги, чем в случае чернил на водорастворимой основе
Объясняется это тем, что частицы пигмента закрепляются на поверхности носителя, в то время как при использовании чернил на водорастворимой основе жидкий краситель проникает вглубь волокон бумаги.
И наконец, изображения, отпечатанные пигментными чернилами, обладают гораздо более высокой стойкостью к воздействию солнечного света и содержащихся в воздухе газов.
Необходимо отметить, что чернила DURABrite не выдерживают нагрева до высоких температур и по этой причине непригодны для использования в устройствах на базе термической струйной печати.
Примерно в то же время в компании HP разработали собственную разновидность цветных пигментных чернил (HP Vivera), которые также содержат пигментные частицы и бесцветное связующее вещество, но при этом сохраняют свои свойства в процессе нагрева.
Конечно, у пигментных чернил есть и определенные недостатки. Изза относительно большого диаметра частиц пигмента дюзы печатающей головки нельзя сделать столь же маленькими, как у устройств, рассчитанных на использование чернил на водорастворимой основе. А это, в свою очередь, налагает определенные ограничения на минимальный объем капель, наносимых на поверхность носителя. Именно по этой причине полностью пигментные составы чернил применяются главным образом в устройствах начального уровня, а также в аппаратах, предназначенных для выполнения офисных задач. Что касается специализированных моделей, предназначенных главным образом для печати высококачественных изображений на специальных носителях, то во многих из них попрежнему используются чернила на водорастворимой основе.
История возникновения
Прародителем струйных принтеров является устройство для записи принимаемых сообщений с телеграфов, которое было изобретено Уильямом Томсоном в 1867. Принцип работы основывался на управлении падающими каплями красителя на бумажный носитель электростатическими законами.
На основе этой технологии в середине прошлого века инженеры компании «SIEMENS» разработали прибор для фиксации информации на бумаге. У устройства был ряд недостатков, включая высокую цену, плохое качество воспроизведения изображения, пачкалась бумага. Но для сейсмографов, электрокардиографов, мультиметров такого качества было достаточно.
Со временем струйная печать стала использовать пьезоэлектрические законы и кристаллы, которые при проходе через них электричества могли менять форму и излучать электроны. Дальше компания Canon разработала другой метод вывода чернил на носитель. На них начали воздействовать температурой до 400 °C, из-за этого чернила из жидкого состояния переходили в парообразное и выпрыскивались на бумагу.
Свойства и характеристики принтеров
Разрешение (dpi). Показатель влияет на качество распечатанной информации. Чем выше разрешение, тем чётче текст или картинка на листе.
Скорость работы. Характеристика показывает, сколько листов печатается за 1 мин. после прогрева устройства. Для домашних принтеров скорость не так важна как для крупных офисов и промышленных компаний.
Фотопечать. Только те аппараты, в которых предусмотрены цветные картриджи, могут распечатывать цветные изображение, картинки и фотографии. Для качественной цветопередачи должно быть от 3 до 6 цветов.
Размер встроенной памяти. Характеристику нужно учитывать при выборе лазерного принтера. Стандартной оперативной памяти может быть недостаточно для печати большого объёма документов
Дополнительное увеличение показателя возможно не во всех моделях, поэтому лучше изначально обращать внимание на объём оперативки.
Способ подключения. Самым удобным является подключение через USB-кабель
Он есть практически во всех новых моделях. Также бывают аппараты со встроенным модулем Ethernet или Wi-Fi.
Расположение отсека для бумаги. В лазерных принтерах лоток может располагаться снизу или сбоку. В струйниках возможно расположение в верхней части корпуса. Параметр важен при покупке техники для маленьких помещений.
Совместимость. Большинство принтеров нормально работает с компьютерами, на которых установлена операционная система Windows. Если стоит другая ОС, учтите это при выборе. Для профессиональной техники важна поддержка языка PostScript. Для производителей принтеров лазерной печати стандартом является формат PCL.
Матрица разрешения M
Разрешение — это параметр, наиболее просто поддающийся количественной оценке при определении качества печати документа. Разрешение оценивает точность, с которой точки располагаются на странице. Матрица разрешения задает для любой заданной точки общее число возможных позиций. При технологии печати с двойной печатной головкой могут быть две различные матрицы: одна для цветной печати, а другая для черно-белой. Матрица позволяет создавать цветовые уровни для каждой элементарной точки. Поскольку разрешение является результатом совмещения двух различных технологических процессов, то горизонтальное и вертикальное разрешение могут отличаться. Новейшим достижением в струйной печати является горизонтальное разрешение 2400 dpi, которое дает возможность разместить 2400 печатных матриц на дюйм печатной строки, что вдвое превосходит наиболее распространенный в настоящее время стандарт. Благодаря точности печати и микроскопическому размеру капли 7 пиколитров достигаются столь высокие результаты, что растр изображения становится абсолютно неразличим для человеческого зрения. Разрешение 2400 dpi таким образом предназначается для печати документов, требующих максимально высокого разрешения и безупречного качества. Поскольку скорость печати в большой степени зависит от количества печатаемых точек, то при печати с разрешением 2400 x 1200 скорость будет несколько меньше, чем при печати с более низким разрешением.
Драйверы Lexmark
Драйверы принтеров Lexmark после установки готовы к печати с автоматическим режимом распознавания объектов, позволяющим получить хорошее качество изображения без предварительной настройки. Автоматический режим также позволяет добиться оптимального сочетания качества и скорости печати документа. Настройки драйвера на специальную бумагу или выбор цветовых таблиц для более контрастного или естественного тона изображения выполняется очень просто в разделе настроек драйвера «Качество документа» (Document Quality) Драйверы Lexmark серии Color Fine 2 позволяют автоматически определять тип картриджа, тем самым заметно упрощая процедуру настройки всех систем на другой тип картриджа или смену старого на новый. Характерной особенностью драйверов этой серии является их возможность работать с изображением в стандартах sRGB и ICM.Стандарт sRGB
предлагает, что для описания цветного изображения используется аппаратно-независимое цветное пространство, встроенное в OC Microsoft или в средства работы с Internet. Используя стандартизованное RGB-описание цветового пространства UTI-R BT.709, этот стандарт позволяет минимизировать передачу вместе с изображением дополнительной системы информации, связанной с цветовым профилем оборудования, на котором это изображение создавалось. В системной части файла с изображением лишь дается ссылка на стандарт, в котором оно было создано, а положение-получатель активно используется описанием цветового пространства, представленным операционной системой.Стандарт ICM
позволяет более точно определить разнообразие устройств генераций и отображение цветных изображений посредством использования цветных профилей оборудования для каждого типа устройств, генерирующих изображение и отображающих устройств. Однако, такой подход подразумевает, что системная информация, связанная с профилем оборудования, на котором создано изображение предается в месте с этим изображением.
Пузырьковая струйная импульсная печать
Фирма Hewlett-Packard создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии в 1985 году. Успех этих принтеров был обусловлен тем, что обеспечиваемое ими качество печати почти не уступало лазерным принтерам, а цена была сопоставима с хорошим матричным принтером. Сердцем струйного принтера, работающего по технологии пузырьковой струйной импульсной печати, является печатающая головка, с которой связаны и другие электромеханические «органы».
В печатающих устройствах, использующих технологию пузырьковой струйной импульсной печати, изображение на отпечатке создается при попадании на бумагу множества капелек краски, вылетающих из тончайших сопел с микроскопическими отверстиями. В стенку сопла встроен нагревательный элемент. При подаче электрического импульса температура нагревательного элемента резко возрастает, и в результате практически вся краска, находящаяся в контакте с нагревательным элементом, мгновенно испаряется. Расширение пара вызывает ударную волну. Под действием давления капелька краски буквально «выстреливается» из сопла, как из ствола пистолета. После выстрела красочный туман конденсируется, а в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого всасывается новая порция краски.
Достоинством этого печатающего устройства является простота конструкции сопел. Помимо низкой стоимости изготовления, такие устройства имеют также ряд других преимуществ:
• высокая надежность каждого сопла; упрощенная конструкция головки уменьшает размер печатающего узла, поскольку не требуется замена сопел;
• тонкие и конструктивно простые сопла могут располагаться плотнее и ближе друг к другу, что увеличивает разрешающую способность печати;
• бесшумная работа печатающей головки.
Печатающие головки, работающие по технологии пузырьковой струйной импульсной печати, могут различаться расположением нагревательного элемента. Нагревательный элемент в головке может быть расположен сбоку или сзади сопла, что не меняет принцип самой идеи пузырьковой струйной импульсной печати. Важным фактором в этом случае являются структурно-механические и печатные свойства краски. Краска на отпечатке должна быстро высыхать, не разбрызгиваться и не растекаться по поверхности запечатываемого материала.
Импульсная струйная печать
Этот принцип создания потока капель предусматривает возможность непосредственного управления процессом создания капли в определенное время. В отличие от систем непрерывного действия, здесь отсутствует постоянное давление в объеме чернил, а при необходимости создания капли генерируется импульсы давления. Управляемые системы принципиально менее сложны в изготовлении, однако для их работы требуется устройство создания импульсов давления примерно втрое более мощно, чем для систем непрерывного действия. Производительность управляемых систем составляет до 20 тыс. капель в секунду для одного сопла, а диаметр капель — от 20 до 100 микрон, что соответствует объему от 5 до 500 пиколитров. В зависимости от способа создания импульса давления в объеме с чернилами различают пьезоэлектрическую и термическую струйную печать. Для реализации пьезоэлектрического
метода в каждое сопло установлен пьезоэлемент, связанный с чернильным каналом диафрагмой. Под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента, благодаря которому сжимается и разжимается диафрагма, выдавливая каплю чернил через сопло. Подобный метод генерации капли используется в струйных принтерах Epson. Положительным свойством таких технологий струйной печати является то, что пьезоэффект хорошо управляем электрическим полем, что дает возможность достаточно точно варьировать объемов получаемых капель, а значит и в достаточной степени влияет на размер получаемых пятен на бумаге. Тем не менее, практическое использование модуляции объема капель затруднено тем, что изменяется не только объём, но и скорость движения капли, что при движущейся головке вызывает ошибки позиционирования точки. С другой стороны, производство печатающих головок для пьезоэлектрической технологии оказывается слишком дорогим в пересчете на одну головку, поэтому в принтерах Epson печатающая головка является частью принтера и по стоимости может составлять до 70% от общей стоимости всего принтера. Выход из строя такой головки требует серьезного сервисного обслуживания.
Для реализации термоструйного
метода каждое из сопел оборудовано одним или несколькими нагревательными элементами, которые при пропускании через них тока за несколько микросекунд нагреваются до температуры около 600С. Возникающие при резком нагревании газовый пузырь выталкивает через выходное отверстие сопла порцию чернил, формирующих каплю. При прекращении действия тока нагревательный элемент остывает, пузырь разрушается, а на его место поступает очередная порция чернил из входного канала. Процесс создания капель в термических печатающих головках после подачи импульса на резистор почти неуправляем и имеет пороговую зависимость объема испаряемого вещества от приложенной мощности, поэтому здесь динамическое управление объемом капели в отличие от пьзоэлектрической технологии весьма затруднительно. Тем не менее, термические печатающие головки обладают самым высоким соотношением производительности и стоимости производства единицы продукции, поэтому термоструйная печатающая головка обычно является частью картриджа и при замене картриджа на новый автоматически происходи и смена печатающей головки. Однако, применение термических печатающих головок требует разработки специальных чернил, которые могут достаточно легко испаряться без возгорания и не подвержены разрушению при термическом ударе.
За линией струйного фронта
С увеличением разрешающей способности и скорости печати выяснилось, что погоня
за улучшением этих характеристик сама по себе значительного выигрыша дать не
сможет, если не улучшить носитель изображения, то есть бумагу. Казалось бы,
что может быть проще бумаги? Но не тут-то было! Любые «хитрые» технологии будут
бессильны, если в лоток принтера положить простую офисную бумагу.
Прекрасный лист формата А4, от вида и запаха которого с удовольствием начинает
урчать любой лазерный принтер, оказывается совершенно неподготовленным к потокам
разноцветных чернил, извергаемым на него из сотен сопел.
Поверхность обычной бумаги имеет волокнистую структуру, что обусловлено технологией
ее производства. В итоге миниатюрные, строго рассчитанные по размеру капли начинают
растекаться по поверхности самым непредсказуемым образом
При этом совершенно
не важно, какая печать используется — термическая или пьезоэлектрическая. Одним
из решений этой проблемы является использование пигментных чернил, представляющих
собой взвесь дисперсных частиц в бесцветном жидком носителе, поскольку твердые
частицы не могут проникнуть во внутренние слои и растечься по волокнам бумаги
Чернила на пигментной основе позволяют получать яркие и насыщенные оттенки,
однако есть у них и определенные недостатки, в частности низкая стойкость к
внешним воздействиям.
Технология струйной печати такова, что наилучшего результата можно достичь только
при использовании специальной бумаги. Фотографии на обычной бумаге выглядят
более блеклыми и менее четкими. В отличие от обычной бумага со специальным покрытием
и так называемая фотобумага имеют несколько специальных слоев. Распечатки на
ней практически неотличимы от фотографий, полученных при печати с использованием
химического фотопроцесса.
Простая бюджетная бумага для струйной печати, как правило, имеет плотность 90-105
г/м 2 , относительно небольшую толщину и прекрасный показатель белизны. Вследствие
специальной обработки лицевой или обеих сторон такая бумага более устойчива
к капризам чернил и препятствует их растеканию и проникновению вглубь листа.
Специальная фотобумага с глянцевой или матовой поверхностью обычно имеет плотность
до 200 г/м 2 и представляет собой многослойное произведение современных технологий.
Каждый из слоев выполняет определенные функции.
Нижний слой является основанием, обеспечивающим прочность и жесткость документа.
Следующий слой играет роль оптического отражателя, придавая изображению яркость
и белизну. Далее располагается основной связующий керамический или пластиковый
слой, составляющий множество вертикальных каналов без длинных волокнистых образований
вдоль поверхности листа и обеспечивающий необходимую плотность чернил в печатаемой
точке. На абсорбент наносится последний, глянцевый или матовый защитный слой,
придающий поверхности прочность и защищающий ее от внешних воздействий.
В процессе печати керамические частицы поглощают чернила, не давая им растекаться
по поверхности. В результате форма точек и их ориентация остаются неизменными.
Кроме того, можно не бояться случайного попадания влаги, поскольку глубокие
и расположенные строго вертикально микрокапилляры сводят вероятность растекания
к минимуму.
Специальная бумага для струйных принтеров стала панацеей от многих бед, но,
к сожалению, довольно дорогой. Хочется, конечно, но… А потратиться стоит,
чтобы хоть раз сравнить «небо» и «землю».
КомпьютерПресс 11″2001
