Виды струйной печати

ВВЕДЕНИЕ

 

Несмотря на то, что струйные принтеры в привычном для нас виде появились лишь в конце прошлого века, история технологии струйной печати насчитывает более сотни лет и полна научных исследований и открытий. Эта технология (в общем случае, не учитывая различия в конкретных реализациях) подразумевает формирование изображения при помощи безударного точечного высокоскоростного нанесения жидких чернил через мельчайшие отверстия (сопла) печатающей головки на бумагу.

Начало развитию струйной технологии положил французский физик и врач Феликс Савар (Félix Savart), 1791-1841. В 1833 году, занимаясь исследованиями звучания труб, из которых вытекает тонкая струя жидкости, он обнаружил однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие. Математически описал этот процесс в 1878 году Барон Рэлей III (Third Baron Rayleigh), 1842-1919, в 1904 году ставший лауреатом Нобелевской премии в области физики.

Практическое применение теории началось гораздо позже, в середине прошлого века, и в 1951 году компания Siemens запатентовала первое устройство, разделяющее струю на однотипные капли. В 60-х годах компания IBM лицензировала технологию струйной печати и начала внедрять ее в собственных принтерах, в результате чего в 1976 году и появился первый струйный принтер, использующий метод непрерывной струйной печати

Наряду с развитием непрерывной струйной печати в 70-х годах прошлого века появился метод drop-on-demand («капли по требованию»), при котором устройство выпускает капли чернил только при необходимости их попадания на твердый носитель. Эта технология стала активно развиваться и на сегодняшний день в выпускаемых принтерах используются два основных метода струйной печати – пьезоэлектрический и термоструйный (или пузырьково-струйная печать).

Tехнология пузырьково-струйной печати была разработана компаниями HP и Canon. В этой технологии используются жидкие чернила, которые подаются в печатающую головку, оснащенную множеством сопел миниатюрного диаметра. Каждое из сопел оборудовано крохотным нагревательным элементом, способным очень быстро нагреваться до очень высоких температур (400-500 градусов по Цельсию). При включении он испаряет некоторый объем чернил, получаемый газ занимает значительно больший объем, нежели до этого занимала жидкость, в результате чего из сопла выталкивается порция чернил, оставляющая на бумаге точку.

После отключения нагревательного элемента газ быстро конденсируется, уменьшается в объеме и втягивает в капилляр новую порцию чернил. Canon назвала свой метод «bubble jet», а HP – «thermal inkjet», однако они используют один принцип и различаются лишь в деталях.

Простота конструкции и низкая стоимость такой печатающей головки дает возможность делать ее заменяемой и фактически решает извечную проблему надежности.

Компания Epson в своих струйных принтерах использует пьезоэлектрический метод, основанный на использовании пьезокристаллов, деформирующихся при воздействии на них электрического поля и установленных на каждом из капилляров, идущих к соплам. Колебания пьезоэлемента передаются на пластину (диафрагму), которая выталкивает управляемое количество чернил через сопла печатающей головки на бумагу.

Отсутствие нагрева (в отличие от термоструйной технологии печати) дает ряд преимуществ – значительно увеличивается ресурс печатающей головки, можно использовать различные типы чернил (не только термостойкие). Пьезоэлектрическая печатная головка практически рассчитана на весь срок службы принтера, в то время как термоголовки приходится делать сменными. К относительным недостаткам данной технологии можно отнести дороговизну и сложность в исполнении.

Особенно широко применяется струйная технология для цветной печати, она оптимальна по соотношению цена/качество и позволяет печатать цветные изображения фотографического качества. В этом случае используются головки с несколькими наборами сопел, каждый из которых распыляет краску одного из основных цветов – желтого, зеленого, красного или черного. А различные цвета получаются путем их смешивания.

Струйные принтеры, благодаря своей невысокой цене, небольшим размерам, тишине работы, возможности цветной печати, высокой разрешающей способности печати, достаточно высокой скорости печати (за исключением фотографий) приобрели необычайную популярность.

Струйная технологи не лишена и недостатков. Это высокая стоимость расходных материалов при небольшом их ресурсе, проблемы с засыханием чернил и засорением печатающей головки, требовательность к качеству бумаги, недостаточная водо- и светостойкость отпечатков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Виды струйной печати

 

Струйная печать во всех ее разновидностях и модификациях представляет собой принципиально новое направление в развитии полиграфии, предусматривающее бесконтактную печать без постоянной печатной формы с синтезом красочного изображения непосредственно на поверхности бумаги. Перспективность струйной печати заключается в ее отличной совместимости с электронной техникой при подготовке информации для воспроизведения в печати – с оптическими читающими устройствами, высокоскоростным фотонабором, цветоделителямицветокорректорами, видеотерминалами и компьютерами. Отсутствие в такой системе печатной формы, которая заменена печатной головкой, создает непрерывный информационный поток для выдачи готового печатного произведения.

Характерной особенностью струйного метода при многокрасочной печати является также возможность осуществления одновременного нанесения всех красок для однопроцессного получения готовых репродукций цветных изображений. Одновременное запечатывание одного и того же участка поверхности всеми красками позволяет решить проблемы приводки однокрасочных изображений при синтезе на отпечатке многокрасочных, устранить муар и обеспечить высокую резкость и четкость многокрасочного изображения.

Струйная печать имеет 2 разновидности: она бывает термической (электротермической) и пьезоэлектрической, в соответствии с рисунком 1.

 

Рисунок 1. Виды струйной печати

 

Каждая технология обладает своими преимуществами и недостатками. Например, при термоструйной печати трудно изменять размер капли, печатающая головка имеет меньшие размеры и стоимость, но в большинстве моделей принтеров ее надо заменять каждый раз, когда заканчиваются чернила. Такие головки проще электромеханических и могут с меньшим риском засорения работать с пигментными чернилами, а благодаря меньшим размерам их качество однопроходной печати несколько выше.

Струйный метод не предъявляет особых требований к качеству и микрогеометрии (неровности) поверхности запечатываемого материала. Струйная подача краски обеспечивает простоту заполнения всех микронеровностей запечатываемой поверхности. По этой причине возможно достичь высокой интенсивности и яркости отпечатка при минимальной толщине красочного слоя на нем.

В качестве оригинала служит цветной диапозитив размером 9 x 12 см. Оригинал сканируется анализирующей головкой и соответствующие сигналы, откорректированные электронной системой цветокорректора, управляют системой струйной подачи четырех цветных красок триады (CMYK). Репродукция максимального формата 3 x 4,5 м изготавливается описанным методом за 50 мин».

Струйное печатающее устройство может быть основано не только на аналоговом, но и на дискретном (цифровом) принципе воспроизведения, при котором изображение формируется из отдельных точек, одинаковых по размерам, но при их переменном числе на участках с различной оптической плотностью. Струйное печатающее устройство, основанное на этом принципе воспроизведения полутонов, предусматривает применение 39польной полутоновой шкалы с матричной структурой, состоящей из закрашенных и незакрашенных элементарных участков бумаги (размер капли плюс пробельные элементы).

Разработки струйных печатающих устройств были направлены на повышение качества воспроизведения и повышение их производительности. Принцип построчной печати, аналогичный построчной развертке в телевидении, открывал новые возможности. Эти возможности сегодня применяются при струйном способе репродуцирования для печати непосредственно у потребителей информации с использованием электронных каналов связи. Струйная печать применяется также для печати упаковок, рекламной и бланочной продукции и во многих других областях.

При использовании технологии струйной печати, напечатанные документы создаются путём впрыскивания струйки чернильных капель, которая наносится на печатную поверхность в соответствии цифровым файлом изображения. Такие технологии наиболее часто применяются в принтерах, предназначенных для широкого потребления благодаря их низкой цене, высокому качеству печати, способности напечатать яркие цвета и простоте в эксплуатации.

На данный момент, струйные принтеры преобладают на рынке персональных и офисных компьютеров. Струйные принтеры, как правило, недорогие, тихо и достаточно быстро работают; к тому же, многие модели обеспечивают высококачественный результат печати.

Непрерывная струйная печать. При применении технологии непрерывной струйной печати, капли чернил безостановочно наносятся поверхность при печати изображения, в соответствии с рисунком 2. Небольшие насосы выталкивают чернильные капли через сопло печатающей головки со скоростью более миллиона капель в секунду, что делает изображение аналогичным по качеству и равномерности переходов тонов с фотографией.

 

Рисунок 2. Технология непрерывной струйной печати

 

Чтобы быть более последовательными, вспомним первую технологию струйной печати, называемую непрерывной, где печатающая головка выстреливает непрерывный поток капель в сторону бумаги.

Поток чернил посредством вибрации сопла разбивается на капли, заряжается, а далее управляется отклоняющей системой. В результате управления электрическим полем капли попадают на носитель в нужном месте, образуя изображение. Капли, которые не используются, отклоняются в специальный уловитель и отводятся для повторного использования.

Существует три типа технологий непрерывной струйной печати: технология с использованием заряженных капель краски для печати, технология с использованием незаряженных капель краски для печати и технология с использованием устройства для отклонения струи краски.

Технология с использованием заряженных капель краски для печати: каплям краски придаётся заряд, под действием которого они изменяют траекторию и направляются на печатную поверхность для получения изображения. Т.е капли чернил, которые остались незаряженными, поступают в уловитель и возвращаются в систему для повторного использования.

Технология с использованием незаряженных капель краски для печати: в этой технологии также применяется электрический заряд чернильных капель, только именно незаряженные капли формируют печатное изображение, а заряженные капли поступают обратно в систему для повторного использования.

Технология с использованием устройства для отклонения струи краски: в этой технологии электрическому заряду подвергаются абсолютно все капли чернил, а нанесение капель на изображение происходит с помощью автоматического устройства, регулирующего отклонение направления струй краски.

Технология струйной печати с дозированием краски (импульсно-капельные технологии). Технология печати с дозированием краски представляет собой струйную технологию, при которой капли краски формируются, а затем наносятся на поверхность в соответствии с цифровым сигналом, в соответствии с рисунком 3. Существует два типа принтеров, использующих технологию печати с дозированием краски: пьезоэлектрические и термографические струйные принтеры.

Рисунок 3. Оборудование для струйной печати с дозированием краски

 

Недостаток такой технологии заключается в небольшой скорости печати, большим расходом чернил, дороговизной оборудования. Поэтому в данный момент такие системы работают только в промышленности для маркировки товаров, производства этикеток. Называются они «каплеструйные принтеры».

Нас же интересует потребительский рынок струйной печати, поэтому перейдем к другим системам, которые называются импульсными.

В этом способе поток чернил непостоянен, капли выпускаются только тогда, когда это требуется. В английском варианте так и называется – «капля по требованию» (Drop-On-Demand).

Изображение, формируемое струйным принтером на листе бумаги, состоит из мельчайших точек (посмотрите вплотную на экран монитора, и вы увидите подобные точки), а из-за особенностей зрения изображение воспринимается как единое целое. И технологическая задача импульсного струйного метода – «разбросать» капли в определенном порядке на бумагу или другой носитель. Чтобы вытолкнуть чернильную каплю из сопла печатающей головки, нужно создать избыточное давление в камере с чернилами, а потом заполнить ее новой порцией. Используются два метода, чтобы этого достичь, и соответственно выделяются две технологии струйной печати: термоструйная и пьезоэлектрическая.

Сегодня только струйные принтеры могут обеспечить высочайшее качество изготовления постеров и репродукций картин. Чрезвычайно низкие начальные капиталовложения, малая стоимость печати, отличное качество печати, большой выбор используемых материалов (бумаг и холстов), различные форматы печати – именно поэтому принтер и плоттер (широкоформатный принтер) сегодня вне конкуренции.

Технология термоструйной печати. В термоструйной печати используется нагревательный элемент, встроенный в стенку чернильной камеры (называют его еще терморезистор или электрод), в соответствии с рисунками 4 и 5. Когда на него подается ток, чернила мгновенно нагреваются до температуры больше 500 градусов, образуется газовый пузырь, который выталкивает чернильную каплю наружу (поэтому печать иногда называют термопузырьковой). Затем чернила охлаждаются, газовый пузырь схлопывается, образуя зону пониженного давления, в результате в камеру поступает новая порция чернил.