Технология термической струйной печати. Термическая струйная технология печати

На рынке струйных печатающих устройств распространены две основные технологии печати: пьезоэлектрическая и термоструйная.

Отличия данных систем состоят в способе вывода капли чернил на бумагу.


Пьезоэлектрическая технология была основана на способности пьезокристаллов к деформации под воздействием на них электрического тока. Благодаря использованию данной технологии осуществляется полный контроль печати: определяется размер капли, толщина струи, скорость выброса капли на бумагу и т.д. Одним из множества преимуществ данной системы является возможность управления размером капли, что позволяет получать отпечатки высокого разрешения.

Доказано, что надежность пьезоэлектрической системы значительно выше в сравнении с другими системами струйной печати.

Качество печати при использовании пьезоэлектрической технологии чрезвычайно высокое: даже универсальные недорогостоящие модели позволяют получить отпечатки практически с фотографическим качеством и высоким разрешением. Также достоинством печатающих устройств с пьезоэлектрической системой считается естественность цветопередачи, что становится действительно важно при печати фотографий.

Печатающие головки струйных принтеров EPSON обладают высоким уровнем качества, чем и объясняется их высокая стоимость. При пьезоэлектрической системе печати обеспечивается надежная работа печатающего устройства, а печатающая головка крайне редко выходит из строя и устанавливается на принтер, а не является частью сменных картриджей.

Пьезоэлектрическая система печати была разработана компанией EPSON, она запатентована и ее использование запрещено другим производителям. Поэтому единственные принтеры, которые используют данную систему печати, - это EPSON.

Термоструйная технология печати используется в принтерах Canon, HP, Brother. Подача чернил на бумагу осуществляется посредством их нагревания. Температура нагрева может составлять до 600°С. Качество термоструйной печати на порядок ниже пьезоэлектрической, всвязи с невозможностью проконтролировать процесс печати из-за взрывного характера капли. В результате такой печати часто возникают сателлиты (капли-спутники), которые мешают получить высокое качество и четкость отпечатков, приводя к искажению. Этого недостатка невозможно избежать, так как он заложен в самой технологии.

Еще одним недостатком термоструйного способа является образование накипи в печатающей головке принтера, так как чернила являются ничем иным как совокупностью химических веществ, растворенных в воде. Образовующаяся накипь со временем забивает дюзы и существенно портит качество печати: принтер начинает полосить, ухудшается цветопередача и т.д.

Из-за постоянных перепадов температуры в устройствах, использующих термоструйную технологию печати, постепенно разрушается печатающая головка (сгорает под действием высокой температуры при перегреве термоэлементов). Это является главным недостатком таких устройств.
Срок службы печатающей головки принтеров EPSON такой же, как и самого устройства, благодаря высокому качеству изготовления ПГ. Пользователям же устройств с термоструйной печатью придется каждый раз покупать новую печатающую головку и производить замену, что не только уменьшает долговечность принтера, но и существенно увеличивает затраты на печать.
Качество печатающей головки имеет значение и при использовании неоригинальных расходных материалов, в частности СНПЧ.

Использование СНПЧ позволяет пользователю на 50% увеличить объемы печати.
Печатающая головка принтеров EPSON, как уже не раз упоминалось в данной статье, имеет высокое качество, засчет чего увеличение объемов печати не сказывается негативным образом на работе принтера, а наоборот позволяет пользователю получить максимум экономии без ухудшения качества печати.

Ввиду особенностей печатающих устройств, использующих термоструйную технологию, увеличение объемов печати может привести к выходу ПГ принтера из строя.

Как показывают наблюдения, для получения максимальной экономии при совершенном качестве печати целесообразней использовать печатающие устройства EPSON с СНПЧ. Принтеры EPSON работают с системой непрерывной подачи чернил стабильней, чем печатающие устройства других производителей.

Разработку термической технологии начали в 1984 г. компании HP и Canon. Сначала дело шло медленно и требовало много денег. И только в 1990-х гг. удалось добиться приемлемого уровня качества, скорости работы и стоимости. Позже к HP и Canon с целью дальнейшей работы над термическими принтерами присоединилась компания Lexmark, и это привело к созданию сегодняшних принтеров с высоким разрешением. Как видно из названия, в основе термического (или электротермического) формирования струи лежит увеличение температуры жидких чернил под действием электрического тока. Это повышение температуры обеспечивается нагревательным элементом, находящимся в эжекционной камере. При этом некоторая часть чернил испаряется, в камере быстро нарастает избыточное давление, и из эжекционной камеры через прецизионное сопло выбрасывается маленькая капелька чернил. В течение одной секунды этот процесс многократно повторяется.

Термическая система выброса капель . Качество печати, скорость и эффективность работы определяются многими факторами, но главными факторами, определяющими поведение чернил при необходимых температурах и давлениях, являются конфигурация эжекционной камеры, а также диаметр и точность изготовления сопла. На поведение чернил при нагревании и выбросе из сопла, наряду с характеристиками самих чернил (их вязкостью, поверхностным натяжением, способностью к испарению и др.), оказывают влияние также характеристики канала, ведущего к соплу, и точки выхода в сопло. Большое значение для обеспечения правильного выброса чернил из сопла имеют также характер изменения чернильного мениска в сопле после эжекции и повторное заполнение эжекционной камеры.

Механика создания термической струи . Этапы формирования и выброса капли .

Этап 1 - Создание избыточного давления . Формирование термической чернильной струи начинается в печатающей головке картриджа. Электрический импульс порождает на нагревательных элементах тепловой поток, эквивалентный более чем двум млрд. ватт на квадратный метр. Это примерно в 10 раз больше, чем поток на поверхности Солнца! К счастью, поскольку длительность теплового импульса составляет всего 2 миллионных доли секунды, то хотя температура в это время увеличивается со скоростью 300 млн. градусов в секунду, поверхность нагревательного элемента успевает за это время нагреться лишь - примерно - до 600°C.

Этап 2 - Формирование чернильной капли . Поскольку нагревание идет чрезвычайно быстро, в реальности температура, при которой чернила уже не могут существовать в виде жидкости, достигается лишь в слое толщиной менее одной миллионной доли миллиметра. При такой температуре (примерно 330°C) тонкий слой чернил начинает испаряться, и происходит выталкивание пузырька из сопла. Пузырек пара образуется при очень высокой температуре, и поэтому давление пара в нем огромное - около 125 атмосфер, т. е. в четыре раза больше давления, создаваемого в современных бензиновых двигателях внутреннего сгорания.

Этап 3 - Охлаждение камеры . Такой пузырек, обладающий громадной энергией, действует как поршень, выбрасывающий чернила из сопла на страницу со скоростью 500 дюймов в секунду. Образующаяся при этом капля весит всего 18 миллиардных долей грамма! По командам, поступающим от драйвера принтера, 400 сопел могут активизироваться одновременно в любых сочетаниях.

Этап 4 - Заполнение камеры . Повторное заполнение камеры эжекционной камеры занимает менее 100 миллионных долей секунды, после чего камера вновь готова к работе. В термических струйных принтерах Lexmark цикл, включающий формирование и выброс чернильной капли, охлаждение и повторное нагревание камеры, может повторяться до 12 тысяч раз в секунду.

Впечатляющие факты . Вот некоторые данные, характеризующие процесс образования пузырьков. Тепловой поток у поверхности:
нагревательного элемента = 109 Вт/м2
Солнца = 108 Вт/м2
Нагревание в тонком слое до температуры 600°C
Точка плавления алюминия = 660°C
Начальное давление в пузырьке - 125 атм
Таково давление в океане на глубине 1 000 м

Различия между "пузырьковой струей" и "чернильной струей". Хотя первоначально струйная технология создавалась компаниями HP и Canon, сейчас термин "пузырьковая струя" стал ассоциироваться с Canon, практически отделившись от технологии "чернильной струи", которую разрабатывают Lexmark и НР. Однако в действительности оба этих термина обозначают почти идентичные системы. Единственное серьезное различие между ними состоит в том, что в системе "пузырьковой струи" Canon вектор процесса испарения чернил и формирования пузырька не совпадает с направлением оси, проходящей через нагревательный элемент и сопло, а ориентирован под углом 90° к нему.

Чернильные картриджи. Резервуары, из которых чернила подаются в печатающую головку, можно условно разделить на два конструктивных типа. Во-первых, широко используется моноблочная система, объединяющая встроенный чернильный резервуар и эжекционный блок. Она обладает тем преимуществом, что при каждой смене чернильного резервуара заменяется и печатающая головка, что способствует поддержанию высокого качества печати. Кроме того, она проще по конструкции, и в ней легче выполняются замены. Во второй, конструктивно более сложной системе печатающая головка отделена от резервуара для чернил, и здесь заменяется только этот резервуар при его опорожнении.

Изготовление печатающих головок. Изготовление печатающей головки - это сложный процесс, осуществляемый на микроскопическом уровне, где точность измерений определяется микронами. Основные материалы, используемые для изготовления эжекционной камеры, канала для подачи чернил, электронной управляющей схемы и нагревательных элементов, подобны материалам, используемым в полупроводниковой промышленности, где тончайшие проводящие металлические и изолирующие слои проходят прецизионную лазерную обработку. Такая технология требует больших инвестиций и в разработку, и в производство, и это одна из главных причин того, что в этой сфере решаются действовать очень немногие компании.

Пример моноблочного картриджа. Пена в резервуаре для чернил играет роль губки, впитывающей жидкие чернила, так что чернила непрерывно подаются к печатающей головке, и при этом нет ни нежелательной утечки из картриджа под действием силы тяжести, ни истечения чернил из самой печатающей головки. На основании моноблочного картриджа находятся электрические контакты и печатающая головка - ключевой элемент всего процесса струйной печати; чернила подаются к печатающей головке через совокупность каналов, идущих от резервуара.

Расположение и число сопел . Печатающая головка представляет собой совокупность множества микрокомплектов, состоящих из эжекционных камер и связанных с ними сопел, расположенных в шахматном порядке с целью увеличения вертикальной плотности сопел. При таком расположении сопел их число на расстоянии в полдюйма (примерно 1,27 см) может достигать 208, как это имеет место, например, в черных картриджах моделей Lexmark Z, так что удается достичь разрешения в 1,44 млн. точек.

Перспективы . Качество печати определяется многими факторами, но главные из них - это размер точки, вертикальная плотность точек и частота выброса капель через сопло; именно эти показатели являются основными критериями для дальнейшей работы над печатающими головками, будь то головки термического или пьезоэлектрического типа. Термические головки имеют некоторые преимущества по сравнению с электромеханическими головками, поскольку ключевая технология их изготовления подобна той, которая применяется при изготовлении микропроцессорных чипов и других изделий полупроводниковой электроники. Стремительный прогресс в этих областях идет на пользу термической технологии, и можно ожидать, что в ближайшие годы будут достигнуты еще более высокие разрешения и более высокая скорость печати.

Преимущества и недостатки. Термическая струйная печать имеет несколько преимуществ по сравнению с конкурирующей с ней пьезотехнологией. Например, простота конструкции и тесная аналогия с производством полупроводников: это означает, что предельная себестоимость в производстве здесь будет ниже, чем для конкурирующей технологии. Конфигурация эжекционных камер позволяет располагать сопла ближе друг к другу, что дает возможность достигать более высокого разрешения.

Струйная технология появилась в середине 1980-х как результат попытки избавиться от недостатков двух доминировавших в то время способов печати: матричной и лазерной (электрографической). Лазерная печать была неприемлемо дорогой, причем о цвете еще и не мечтали (да и в настоящее время, хотя цветные лазерники стали доступными, но в области фотоотпечатков не имеют никаких шансов обойти струйники). А струйная печать возникла как дешевая альтернатива для печати офисных документов, лишенная недостатков матричных принтеров - медленных, шумных и дававших отпечатки невысокого качества.

Идея, которая, видимо, почти одновременно (около 1985 года) пришла в голову инженерам компаний Hewlett-Packard и Canon, заключалась в том, чтобы заменить иголку, ударяющую в матричных принтерах по бумаге через красящий слой на ленте, каплей жидких чернил. Объем капли следовало рассчитать так, чтобы она не растекалась и создавала точку определенного диаметра. Реальную жизнь эта технология получила, когда придумали удобный способ формирования дозированной капли - термический.

Способ термической струйной печати фактически монополизирован компаниями Canon и Hewlett-Packard, которые владеют большинством патентов на эту технологию, остальные компании лишь лицензируют ее, внося свои небольшие изменения. При этом HP использует выражение "термический чернильно-струйный" (thermal ink-jet) способ печати, а Canon предпочитает термин "пузырьковый струйный" (bubble-jet).

Хотя между ними есть различия, но принципиально они идентичны.

На рис. 1 показан процесс термической струйной печати в виде условной кинограммы цикла работы форсунки (иногда их называют эжекторами). В стенку камеры встроен миниатюрный нагревательный элемент (выделен красным на верхнем кадре), который очень быстро нагревается до высокой температуры (500 °С). Чернила вскипают (второй кадр), в них образуется большой паровой пузырь (следующие два кадра) и резко растет давление - до 120 атмосфер, отчего чернила выталкиваются через сопло со скоростью более 12 м/с в виде капли объемом около 2 пиколитров (это две тысячные от миллиардной доли литра). Нагревательный элемент к этому моменту выключают, и пузырь вследствие падения давления схлопы вается (нижние кадры). Все происходит очень быстро - за несколько микросекунд. Чернила подаются в форсунку за счет капиллярных сил (что гораздо медленнее), и после заполнения форсунки новой порцией система готова к работе. Весь цикл занимает примерно 100 мс, то есть частота выброса капель составляет 10 кГц, а в современных принтерах - раза в два больше.

Такая автономно управляемая форсунка входит в состав печатающей головки, расположенной на движущейся поперек листа каретке, наподобие печатающего узла матричного принтера. При диаметре форсунки 10 мкм плотность размещения получается 2500 сопел на дюйм; в одной головке может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч форсунок. В современных скоростных устройствах стали применять неподвижные головки - чтобы исключить самый медленный во всем этом процессе этап поперечного движения каретки. Например, HP выпускает высокопроизводительные фотокиоски, в которых головки составлены в блоки по всей ширине листа.

В принтерах Canon термический элемент расположен сбоку камеры (как на рис. 1), а у HP (и Lexmark) - сзади. Возможно, это различие обусловлено исходными идеями: согласно корпоративным легендам, инженер Canon уронил паяльник на шприц с краской (то есть шприц нагрелся сбоку), а исследователи из HP заимствовали принцип у электрочайника, у которого подогрев с торца. Так это или нет, боковое расположение позволяет Canon устанавливать два термических элемента на форсунку, что повышает быстродействие и управляемость размером капли, но усложняет и удорожает конструкцию.

Более дорогие "пузырьковые" головки Canon многоразовые и встроены в принтер. Головки HP проще в изготовлении, потому традиционно встраивались прямо в картридж и с ним же выбрасывались. Это гораздо удобнее, так как гарантирует качество печати (головка просто не успевает выработать ресурс) и высокую надежность узла. Однако при таком подходе совершенствование головок приводит к удорожанию картриджей, поэтому многие современные принтеры HP имеют отдельные головки, как у Epson или Canon. Так, Photosmart Pro B9180, сегодняшний флагман "домашних" фотопринтеров от HP, имеет заменяемые отдельные головки, а его более дешевый аналог Photosmart Pro B8353 - головки, встраиваемые в картридж.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРУЙНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ.

Самые распространенные сегодня плоттеры основаны на струйной технологии: измельченный краситель в виде капель распыляется на материал. Обычно, как и в матричных принтерах, печатающая головка движется поперек направления подачи носителя, формируя полосу изображения, а затем носитель сдвигается для печати следующей полосы. Однако вместо иголок в головке имеется множество сопел для выбрасывания краски.
В струйной технологии сложились две разновидности:
. термоструйная , в которой активизация краски и ее выброс происходят под действием нагрева;
. пьезоэлектрическая , в которой выброс краски происходит под давлением, создаваемым колебанием мембраны.

Пьезоэлектрическая струйная технология.

Пьезоэлектрическая система, созданная на базе электромеханического устройства и доведенная до коммерческой готовности компанией Epson (дочерняя компания Seiko), впервые была использована в струйных принтерах Epson в 1993 г.

Система выброса капли.

В основе пьезотехнологии лежит свойство некоторых кристаллов, называемых пьезокристаллами (примером могут служить кристаллы кварца в распространенных теперь кварцевых наручных часах), деформироваться под действием электрического тока; таким образом, этот термин определяет электромеханическое явление. Это физическое свойство позволяет использовать некоторые материалы для создания миниатюрного «чернильного насоса», в котором смена положительного напряжения на отрицательное будет вызывать сжатие небольшого объема чернил и энергичный выброс его через открытое сопло. Как и при формировании чернильной струи за счет термических эффектов, размер капли здесь определяется физическими характеристиками эжекционной камеры (firing chamber) и давлением, создаваемым в этой камере за счет деформации пьезокристалла.

Модуляция, т. е. изменение размера капли , осуществляется путем изменения величины тока, протекающего через эжекционный механизм. Как и в термопринтерах, частота выброса под действием пьезоэффекта зависит от потенциальной частоты электрических импульсов, которая, в свою очередь, определяется временем возвращения камеры в «спокойное» состояние, когда она заполнена чернилами и готова к следующему рабочему циклу. Пьеззотехнология отличается высокой надежностью , что очень важно, потому что печатающая головка, по чисто экономическим причинам, не может быть частью сменного картриджа с чернилами, как в термических системах, а обязательно должна быть жестко соединена с принтером.

Преимущества и недостатки.

Как у термических, так и у пьезоэлектрических систем качество работы определяется многими факторами. Возможность изменения размера точки дает пьезотехнологии определенные преимущества. С другой стороны, пьезотехнология сталкивается с некоторыми чисто физическими ограничениями. Например, большие геометрические размеры электромеханической эжекционной камеры означают, что плотность размещения сопел по вертикали должна быть меньше, чем у термических аналогов. Это не только ограничивает перспективы дальнейшей разработки, но означает также, что для получения более высокого разрешения и однородности при высококачественной печати требуется несколько проходов печатающей головки по одной и той же странице.
Стационарная печатающая головка в определенной мере экономически выгодна, потому что ее не приходится менять. Однако это преимущество частично обесценивается тем, что существует опасность проникновения воздуха в систему при смене картриджа. При этом сопла закупориваются, качество печати ухудшается, и для восстановления нормальной работоспособности системы требуется провести несколько циклов очистки. Еще одно существующее пока ограничение для пьезосистем касается использования чернил на основе красителей (dye based inks): при использовании пигментных чернил, которые имеют более высокое качество, но при этом обладают и более высокой плотностью, также возникает опасность закупорки сопел.

Перспективы.

Пьезоэлектрическая печатающая головка, сконструированная на основе ранее существовавшей технологии, отличается более низкими расходами на разработку, но зато она заметно дороже в изготовлении. В настоящее время такие преимущества пьезоэлектрических головок как высокая надежность и возможность изменения размеров капли весьма существенны и позволяют изготовлять продукцию очень высокого качества. Однако поскольку цены на термические струйные принтеры непрерывно снижаются и они все больше захватывают рынок принтеров начального уровня, то для пьезосистем остается рынок продукции среднего и высшего класса.

Преимущества и недостатки.

РАЗРЕШЕНИЕ - ЗНАК КАЧЕСТВА.

Вертикальное разрешение.

Число вертикальных позиций связано, прежде всего, с числом вертикально расположенных сопел на печатающей головке (линий на дюйм). Поскольку существуют трудности при создании печатной головки, включающей элементы, которые охватывают сразу две вертикальные линии, то два отдельных ряда сопел размещаются рядом друг с другом.
Для достижения приемлемой скорости печати во время каждого прохода печатающей головки должно быть напечатано максимальное число линий. В этой ситуации производитель должен сделать выбор между скоростью (более высокая печатная головка и максимальное число сопел) и производственными затратами (минимальное число сопел).
При четырехцветной печати (три цвета плюс черный) высота печатающего элемента для каждого цвета составляет около трети высоты печатающего элемента для черного цвета .

Горизонтальное разрешение.

Число горизонтальных позиций, так называемое число капель на дюйм (dpi), является функцией от частоты, с которой выбрасываются капли, и скорости, с которой печатающая головка перемещается по горизонтальной оси. Управляемое сопло в определенные моменты дискретно выбрасывает капли чернил и таким образом проводит линию. Главная трудность для производителя состоит в сочетании качества (максимум выбросов капель на строку) и скорости (минимум выбросов капель на строку для достижения более высокой скорости). Скорость выброса капель составляет от 10 до 20 тыс. в секунду. Изменяя эту частоту или скорость перемещения каретки печатающей головки, можно достичь оптимальной плотности горизонтального размещения капель.

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ.

Цветовое восприятие.

Ощущение качества цветного документа тесно связано с физиологией человеческого зрения. С учетом некоторых индивидуальных отклонений глаз человека способен различать только цвета, имеющие длину волн в диапазоне от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный). Внутри этого спектра мозг человека может различить около миллиона оттенков цветов (опять же с небольшими индивидуальными различиями).
Воспринимаемый цветовой спектр играет важную роль при зрительной оценке различий в качестве печати документов: принтеры, способные воспроизводить большее число оттенков цвета, будут создавать документы, которым человеческое зрение будет субъективно приписывать более высокое качество.

Минимальный размер видимого элемента.

Разрешение - это параметр, определяемый размером чернильных капель. При нанесении более мелких капель четкость изображения будет выше, если сравнивать с равной по площади поверхностью, заполненной меньшим количеством более крупных капель. Однако у этого правила имеется ограничение, связанное с порогом восприятия человеческим глазом объекта, удаленного на комфортную для обзора дистанцию: есть большая вероятность, что чернильную каплю объемом менее 2-х пиколитров(10 в -12 степени) наблюдатель просто будет не способен увидеть.

Объективные факторы.

Не все на свете субъективно, поэтому число печатаемых элементов позволяет нам дать количественную оценку качества документа, начав с разрешения, которое определяется размером чернильной капли и общим числом капель, которые можно нанести на страницу.

Печатная матрица.

Каждый напечатанный на странице элемент называется элементарной точкой или в некоторых случаях пикселом. При двоичной растровой печати точка отождествляется с каплей чернил, т.е. чернильное пятно присутствует (что эквивалентно черной точке) или отсутствует (белая точка).

Полутоновая печать.

Полутоновая печать, также известная как шкала уровней серого цвета, дает возможность увеличить число оттенков серого цвета при монохромной печати, и таким образом передавать различные цвета с помощью оттенков серого (задаваемых процентным содержанием черного цвета). Элементарная точка в этом случае представляет композицию из нескольких капель. Комбинация нескольких элементарных точек разного типа дает возможность печатать разнообразные оттенки серого цвета.

Число возможных полутонов серого цвета равно числу капель, из которых можно образовать элементарную точку + 1 (отсутствие капли эквивалентно белому цвету). К примеру, четыре заполняемых чернилами позиции на одну элементарную точку задают 5 возможных оттенков (уровней) серого цвета. Объединение таких элементарных точек создает градуированное затенение (шкалу оттенков серого цвета).

Число цветов.

Общее число возможных цветов, в которые может быть окрашена элементарная точка, соответствует числу адресуемых элементарных цветов. При трех основных цветах можно получить восемь базовых цветов: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), красный (Cyan + Yellow), зеленый (Yellow + Cyan), синий (Cyan + Magenta), белый и черный цвета. Эта система двоична, поскольку цветовые точки могут присутствовать или нет. Если мы применим принцип полутоновой серой шкалы к этим трем основным цветам, создавая таким образом цветовые оттенки, мы получим 256 оттенков для каждого из трех основных цветов и таким образом 256 в третьей степени возможных цветовых комбинации на один точечный элемент. Другими словами, это число больше, чем может различить глаз человека.

Размер капли.

Размер капли представляет сложную функцию от давления, с которым выбрасываются чернила, и диаметра сопла. Обычно размер капли сохраняется неизменным. В определенных случаях размер может изменяться, и эта технология известна как печать с изменяемым размером капли. Существует определенная связь между размером капли и размером точки, воспроизводимой на бумаге. Теоретически, капля размером 20 пиколитров соответствует точке размером 60 микрон (это приблизительно равно одной четырехсотой части дюйма), тогда как капля размером 2 пиколитра поставит точку 30 микрон, едва видимую человеческим глазом.

Матрица разрешения.

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.

Принцип работы пьезоэлектрических печатных головок.

В основе сопла лежит пьезоэлемент (как правило кристалл кварца). Как известно из школьного курса физики если кристалл кварца колебать с определенной частотой, то на гранях кристалла вырабатывается напряжение, также справедливо и обратное правило, если к граням кристалла приложить напряжение, то он начнет вибрировать с определенной частотой. Ниже приведенная схема наглядно иллюстрирует принцип работы одного из сопел печатной головки.

Верхний рисунок показывает сопло в состоянии покоя. Синим цветом указан пьезоэлемент, малиновым - канал подачи краски, выходное отверстие сопла находится слева. Серым указано керамическое основание печатающий головки.

На среднем рисунке показано сопло с пьезоэлементом в состоянии возбуждения. Под воздействием напряжения кристалл изгибается, из-за чего увеличивается объем камеры подачи краски. Краска поступающая в печатную головку под небольшим давлением заполнят весь объем камеры сопла.

На нижнем рисунке показано сопло, после снятия напряжение с граней кристалла и возврата его в состояние покоя, в результате чего происходит выброс капли краски.
В процессе печати пьезокристалл колеблется с частой 4-9 кГц (на разных типах головок частота вибрации различна), чем выше частота вибрации, тем выше качество и/или быстрее линейная скорость печати.

Что такое "истинное разрешение".

Пьезоэлектрические струйные головки нового поколения, обеспечивающие истинное разрешение 720 x 720 dpi.

Полноцветные (CMYK) принтеры оснащены долгоживущими головками нового поколения, позволяющими печатать с истинным разрешением 720 x 720 dpi и достигать фотореалистической передачи изображений на высокой скорости.

На следующих иллюстрациях наглядно представлены преимущества струйной печати с истинным разрешением 720 dpi.

Преимущества при печати линий с истинным разрешением 720 dpi по сравнению с разрешением 600 dpi. (Слева 6 точек в разрешении 720 х 720 dpi. Справа 5 точек в разрешении 600 х 600 dpi.) Сравнивая печать линий с истинным разрешением 720 dpi с печатью с истинным разрешением 600 dpi мы видим, что на каждые 5 точек добавляется шестая, что увеличивает качество печати в 1,2 раза. Визуально это отражается в уменьшении ступенчатого эффекта при печати линий; тем самым скорость струйного плоттера комбинируется с качеством перьевого.

Преимущества цветной печати с разрешением в 720 x 720 dpi (справа) против цветной печати с разрешением в 300 x 300 dpi (слева).

Расположение точек при разрешении Расположение точек при разрешении
300 x 300 dpi - 25 точек 720 x 720 dpi - 144 точки

При разрешении в 720 x 720 dpi печатается в 5,76 больше точек, чем при разрешении в 300 x 300 dpi на единицу площади. В сочетании с интеллектуальной RIP-программой мы можем добиваться фотореалистического качества печати.

Преимущества при цветной печати с истинным разрешением 720 dpi по сравнению с "адресуемым" разрешением 600 dpi. (Слева - истинное разрешение 720 х 720 dpi; 6 точек. Справа - "адресуемое" разрешение 600 dpi; 4 точки). Некоторые производители добиваются эффекта разрешения в 600 dpi размещая точки, печатаемые при разрешения 300 dpi, настолько часто, что они перекрывют друг друга, тем самым достигая эффекта печати в 600 dpi. Эта техника называется "адресуемым разрешением в 600 dpi". Эта техника расширяет возможности печати с разрешением в 300 dpi, но все равно не сравнится с истинным разрешением в 720 dpi принтеров семейства Falcon. Каждые 4 точки, распечатываемые при разрешении 600 dpi, плоттеры RJ-800, RJ-4000/RJ-4000P заменяют 6 точками, повышая разрешение до 720 dpi. Размер этих точек меньше и размещены они более точно, что не только повышает в 1,5 раза плотность печати, но и делает распечатку более приятной на вид за счет улучшения качества линий.

До какого-то периода слово «печать» ассоциировалось либо с работой типографии, либо с лазерными завсегдатаями больших офисов. Струйная печать отличалась тем, что представляла собой процесс перенесения картинки или текста за счет пластины дюз и жидкого красителя.

Казалось бы, понятие струйной печати стало входить в обиход только недавно, после того, как струйные принтеры стали доступны обычному пользователю. Однако, история их развития охватывает почти 200 лет.

Рисунок ниже иллюстрирует эволюцию струйной печати от самого ее зарождения до современности.

Этапы развития струйной печати

Теоретические разработки

Теоретические основы струйной технологии печати истоками уходят в 1833 год. Именно тогда Феликс Савар, французский физик и изобретатель, выявил интересную закономерность: в результате распыления жидкости через отверстия с микроскопическим диаметром (дюзы) формируются идеально ровные капли. И лишь через 45 лет, в 1878 году, этот феномен математически описал лорд Рейли, лауреат Нобелевской премии.

Однако ранее, в 1867 году, Уильям Томпсон запатентовал идею непрерывной подачи чернил (Continuous Ink Jet). Он использовал электростатические силы, чтобы контролировать распыление чернил и жидкого красителя на бумажный носитель. На основе этого принципа Уильям Томпсон сконструировал самопишущие приборы, необходимые для работы электрических телеграфов.

Непрерывная печать

Знаменательным для струйной технологии печати стал 1951 год — компания Siemens получила патент на струйный принтер, первый в своем роде. В его основе лежала технология непрерывной подачи чернил. Чуть позже многие мировые производители печатающей техники переняли эту технологию и продолжили ее совершенствование.

Предшественники современных струйных печатающих устройств были довольно громоздкими, оснащёнными различными баллонами, насосами и прочими подвижными частями, прихотливыми в использовании и, к тому же, стоили больших денег. Работали такие принтеры очень медленно, да и не без недостатков: они могли пропускать чернила при печати, что было не очень-то удобно и безопасно.

Печать по требованию

Процесс зародился в 60-х годах этого столетия, когда профессору из Стенфордского университета удалось получить одинаковые по объему и удалённые друг от друга на равном расстоянии чернильные капли. Для этого он использовал волны давления, производимые вследствие движения пьезокерамического элемента. Такая система называлась «Drop-on-demand», в переводе с английского «капли по требованию». Технология позволила отойти от использования сложной системы рециркуляции чернил, системы зарядки, а также исключить отклонения капель.

Впервые печать по требованию применили в 1977 году в печатающих устройствах PТ-80 компании Siemens, а спустя некоторое время (1978 год) в принтере Silonics. Позже данный способ печати продолжил свою эволюцию: технология развивалась и становилась основой все новых и новых моделей струйных принтеров для коммерческого использования.

Наиболее дорогостоящей деталью в принтере была, да и сейчас остается, печатающая головка. Её невозможно было «безболезненно» заменить, как это происходило с картриджем. Поэтому пользователи находили новые алгоритмы взаимодействия. Например, чтобы предотвратить засорение дюз печатающей головки пузырьками воздуха или остатками засохшей краски, принтер старались использовать даже когда в этом не было особой необходимости. И все для того, чтобы не допустить длительного простоя печатающего устройства.

Еще в 70-е годы ХХ века появились предпосылки цветной печати. Шведский профессор Херц нашел способ воспроизводить всевозможные оттенки серого благодаря методу регулирования плотности нанесения капель. Это позволило печатать не только текст, но и различные изображения, передавая градации серого цвета.

Пузырьковая печать

Технологией пузырьковой печати мы обязаны компании Canon. В конце 70-х годов ее специалисты явили миру технологию струйной печати, неизвестную ранее — «Bubble Jet» или «пузырьковую печать». Принцип работы этих струйных принтеров заключается в следующем: в дюзе размещен микроскопический термоэлемент, который мгновенно нагревается до 500оС как только на него воздействует ток. При нагреве чернила закипают, внутри камеры образуются воздушные пузырьки (bubbles), под действием которых из дюзы на бумагу выталкиваются равные объёмы чернил. Как только чернила перестают нагреваться и охлаждаются до прежней температуры, пузырьки лопаются, а в дюзу втягивается следующая порция чернил. Таким образом обеспечивается беспрерывная печать.

Принцип пузырьково-струйной технологии печати

Как только в 1981 году компания Canon представила пузырьково-струйную технологию на выставке Grand Fair, та сразу заинтересовала общественность. И уже в 1985 году свет увидел Canon BJ-80, первый монохромный пузырьковый принтер. Спустя 3 года появился Canon BJC-440, первый широкоформатный принтер, использующий ту же технологию. Он уже мог печатать в цвете с разрешением 400 dpi.

Расходы на печать с технологией пузырьково-струйной печати относительно невысоки. Однако стоимость обслуживания принтера возрастает оттого, что печатающая головка встроена в чернильные картриджи, а не в принтер. Но есть и обратная сторона медали: сохраняется работоспособность устройства в случае использования неоригинального картриджа.

Термическая печать

Эпоха термической печати началась к концу 90-х годов, хотя компании HP и Canon приступили к ее разработке еще в 1984 году. Все дело в том, что не удавалось добиться необходимого сочетания качества и стоимости печати, а также скорости работы. Чуть позже к гигантам индустрии присоединилась и компания Lexmark. В этом тандеме эти крупнейшие компании добились высокого разрешения печати и создали подобие современных принтеров.

Полученная в результате разработок технология стала именоваться «термической печатью» (thermal inkjet). Эту технологию использовала первая линейка струйных принтеров HP — ThinkJet.

Струйные принтеры HP THinkJet

Принцип термической печати заключается в увеличении объёма чернил при нагреве. Температура нагревательного элемента внутри печатающей головки повышалась под воздействием нагревательного элемента. Чернила, расположенные близко к нагревательному элементу, при нагреве начинают испаряться. Формируются пузырьки, которые выталкивают из дюзы определенное их количество. В результате понижения давления в печатающую головку поступает такой же объем чернил. Этот процесс повторяется с высокой цикличностью до 12 тысяч перезаправок в секунду. Печатающая головка на основе термоструйной технологии состоит из большого количества микроскопических дюз и эжекционных камер.

Компания HP выбрала непривычный курс — она изготовила сменную печатающую головку, которая является частью картриджа и выбрасывается без особых сожалений вместе с ним. Такой шаг решил проблему долговечности принтера.

Принцип работы термического принтера

Пузырьковые и термоструйные принтеры обладали приемлемой ценой, компактностью, работали бесшумно и обеспечивали широкий цветовой диапазон, благодаря чему заполонили рынок доступных печатающих устройств и практически вытеснили с рынка матричные принтеры.

Пьезоэлектрическая печать

Технология пьезоэлектрической системы печати (Piezoelectric Ink Jet) появилась в 1993 году благодаря компании Epson, которая первая стала применять ее в своих принтерах. Принцип пьезоэлектрической печати основан на свойстве пьезокристаллов изменять свой объём и форму под воздействием силы тока. В строении картриджа одной из стенок выступает пьезоэлектрическая пластина. Она выгибается под влиянием тока и тем самым уменьшает объём чернильной камеры. В результате определенный объем чернил выталкивается из дюзы наружу.

Принцип пьезоэлектрической технологии печати

Плюс стационарной печатающей головки в ее экономичности, ведь ее не приходится менять так же часто, как и картриджи. Однако есть небольшая вероятность, что при смене картриджа в печатающую головку может попасть воздух и закупорить дюзы, повлияв на качество печати.

Современные традиции

Развитие технологий в настоящее время сделала струйные принтеры еще популярней. Их приобретают и для офисного и для домашнего использования благодаря их доступной цене и компактности. Иногда пользователи покупают струйные принтеры для цветной печати как дополнение монохромным лазерным принтерам. Существует мнение, что лазерные устройства быстрее и дешевле справляются с печатью текстовых документов, а струйные — с цветными фотографиями.

В настоящее время стандартом разрешения печати современных струйных принтеров считается 4600х1200 dpi. Но уже существуют и такие устройства, что превосходят этот показатель. Из других способностей струйных принтеров можно отметить печать без полей, а так же встроенный ЖК-дисплей или порт для чтения карт памяти.

Преимущества струйных принтеров.

Самый основной козырь струйных печатающих устройств — это высокое качество цветной печати. Вы можете воссоздавать яркие и реалистичные фотографии с отличной прорисовкой мелких деталей и полутонов. Кроме этого, струйные принтеры практически бесшумны, не требуют длительного времени на разогрев, представлены в широком модельном ряде и доступны в разных модификациях.

Недостатки струйных принтеров.

Главная причина отказа от использования струйника — дороговизна оригинальных картриджей, недолговечность отпечатков из-за выцветания или растекания чернил при попадании жидкости, а также засорение печатающих головок. Хотя решения всех этих недостатков очень просты. Засорения можно побороть стандартной прочисткой головки, а отпечатки сделать более долговечными, используя пигментные чернила. А вот избежать переплаты за оригинальные картриджи помогут альтернативные расходные материалы и чернила, которые на данный момент достигли высоких показателей качества. Отличие от оригинальных чернил составляет не более 2-5%, благодаря чему разница результатов печати неразличима невооруженным глазом.

Много новостей из развития современных принтеров, МФУ и плоттеров можно почитать .