Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

Что такое пьезоэлектрическая струйная печать?

Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

Струйные принтеры работают на одной из двух технологий. Первая — термоструйная: выброс красителя на рабочую поверхность происходит под воздействием температуры. При второй краситель переносится на поверхность под давлением, которое возникает при колебаниях мембраны. Именно она называется пьезоэлектрической печатью. Давайте рассмотрим ее особенности.

В зависимости от способа подачи чернил процесс может быть непрерывным (постоянная подача чернил) и импульсным (подача капель регулируется, задаются временные интервалы). В первом случае достигается высокая скорость нанесения изображения, во втором — точность параметров.

Печатающая головка Epson

Головка печатающего механизма состоит из сопел, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Она движется перпендикулярно запечатываемому материалу и оставляет на нем краску. Так получаются качественные изображения с высокой детализацией и четкостью.

Суть технологии

Пьезоэлектрическая струйная печать получила свое название из-за пьезокристаллов. Технология используется с 70-х годов прошлого столетия, хотя изобретена была практически на сто лет раньше. Ее открытие принадлежит П. Кюри и Ж. Кюри.

Суть пьезоэффекта ученые описали следующим образом: на кристаллических телах под давлением возникают противоположные по знаку электрозаряды. Если не давить на эти тела, а растягивать их, то заряды сменят свой знак на противоположный. При смене положительного заряда на отрицательный кристаллы меняются в размере и действуют как поршень, выдавливая краску из сопел.

На практике это означает, что к пьезоэлементам можно подвести переменный ток, под воздействием которого они будут сжиматься и расширяться, создавая колебания. Для получения желаемого изображения достаточно менять электрическое поле. Объем капли варьируется и зависит от диаметра сопел печатающей головки, давления, размера эжекционной камеры.

Высокая детализация изображений позволяет распечатывать фото на специальной бумаге

Развитие технологии компанией Epson

Принцип пьезоэлектрической струйной печати в принтерах реализован и запатентован компанией Epson. Она выпустила оборудование, работающее по этой методике в конце двадцатого столетия.

На начальном этапе развития метода в головку устройства встраивали кристаллические пластины. Позже их заменили пластинчатыми пьезопреобразователями.

C 1994 года такими ламелями стали оснащать все устройства Epson серии Stylus. Компании принадлежит монопольное право производства подобного оборудования.

Для этого представителям Epson пришлось получить несколько тысяч патентов в разных странах.

Несмотря на то что пьезометодику отождествляют с именем Epson, первые устройства такого типа были созданы компанией Siemens в 1977 году. В них роль преобразователя выполняли пьезотрубочки.

Пьезоэлектрический струйный принтер Epson

Особенности печати на струйных принтерах

Пьезопреобразователи пластинчатого типа пришли на смену трубчатым и плоским. Они компактны, обеспечивают высокочастотное распыление красителя.

Современные принтеры оснащены пьезопреобразователями пластинчатого типа, чувствительными к электрическим импульсам. При электрическом заряде они прогибаются и давят на мениск резервуара с чернилами. Резервуар выталкивает краску на бумагу.

После этого преобразователь приводится в обратное движение и уводит за собой мениск. Резервуар увеличивается в размере, за счет чего создается тяга и он снова наполняется чернилами.

Печать на струйных принтерах имеет такие особенности:

  • Контроль мениска. Благодаря активному контролю и отсутствию нагрева в системе из сопел выделяются только основные капли, без так называемых «сателлитов». Изображение получается четкими, с хорошо очерченными контурами. Улучшается цветопередача.
  • Настройку объема капель. При меньшем объеме капель повышается качество, но снижается производительность. Регулируя их размер, удается выбрать оптимальное соотношение между продолжительностью процесса и характеристиками отпечатка.
  • Нанесения краски микрокаплями. Так удается добиться максимально высокого разрешения, однако опция есть только у устройств, печатающих с разрешением 2880х1440 dpi.

Объем микрокапель в принтерах Epson составляет 2 пл. Это наименьший показатель для струйного оборудования. У принтеров Lexmark размер капли достигает 3 пл, у HP – 4 пл.

Еще одна особенность пьезоэлектрической струйной печати — чернила. В них нет добавок и присадок, как, например, в чернилах для термоструйных устройств. Составы различаются по электропроводности, степени вязкости, они не взаимозаменяемы.

Емкости с чернилами прилагаются к принтеру, но их можно купить и отдельно

Преимущества и недостатки пьезопечати

С помощью пьезоэлектрической технологии удается взять под контроль весь процесс струйной печати — от выбора объема капли и толщины струи, до скорости выброса чернил на бумагу. Эта возможность позволяет более точно выбирать настройки под определенные задачи, материалы и форматы полиграфии.

К другим преимуществам пьезопечати относят:

  • высокое качество, естественную цветопередачу — походит для изготовления фотографий;
  • надежность системы — головка устанавливается непосредственно на принтер, а не на сменный картридж, благодаря чему служит долго;
  • возможность работы с разными изображениями — достигаются нужные характеристики картинки;
  • энергоэффективность — в отличие от матричных принтеров, для перемещения печатающей головки не требуется прилагать особых усилий, так как у нее небольшая масса.

При этом технология не лишена недостатков. Порой для получения качественного результата необходимо, чтобы печатающая головка прошла по рабочей поверхности несколько раз. Это повышает стоимость и увеличивает срок печати.

При смене картриджей существует риск попадания воздуха в сопла. Они закупориваются, и качество печати заметно снижается. Для исправления ситуация требуется очистка механизма.

Картриджи для принтера Epson Stylus

К печатным материалам предъявляют особые требования. Так как чернила достаточно жидкие, на рыхлой бумаге они могут расплываться и контуры изображения будут нечеткими. Поэтому лучше использовать носители высокого качества, например, мелованную бумагу.

Несколько лет назад компания Epson разработала новые чернила, которыми можно печатать практически на любой бумаге. Они устойчивы к УФ-излучению и влаге.

Смотрите видеообзор пьезоэлектрического струйного принтера Epson L800:

Итоги

  • Технология пьезоэлектрической струйной печати основывается на способности пьезокристаллов создавать колебания под воздействием электрического тока.
  • Благодаря возможности регулировать размер капли удается получать изображения высокого качества с реалистичной цветопередачей.
  • Система надежнее других видов струйной печати.
  • Технология запатентована компанией EPSON и не может использоваться в принтерах других производителей.

Источник: https://print-info.ru/articles/pezoelektricheskaya-pechat.html

Современные технологии струйной печати – достойная замена

Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

Струйные принтеры или многофункциональные устройства связаны, прежде всего, с печатью документов дома или в небольшом офисе. В более крупных компаниях, как правило, используется технология лазерной печати. Эта ситуация, однако, начинает меняться.

На рынке работает несколько производителей струйных принтеров и многофункциональных устройств. Тем не менее, в последние годы по количеству введенных инноваций в технологии струйной печати стали являются, конечно, две компании: Hewlett-Packard (HP) и Epson.

Первая разработала, в частности, технологию струйной печати PageWide с неподвижной печатающей головкой. В свою очередь, компания Epson представила недавно технологию RIPS (Replaceable Ink Pack System), работающую с головками PrecisionCore.

Благодаря этим технологиям компаниям удалось разработать доступные в настоящее время на рынке принтеры, которые с успехом могут не только конкурировать с лазерными принтерами в корпоративных системах, но и оставить их далеко позади.

Печать по всей ширине

Технология PageWide в своей первой версии, которая появилась на рынке в 2006 году в цветном МФУ HP CM8060 заключается в том, что передвигающуюся туда и обратно над листом набор классических струйных головок заменили на неподвижную головку – так же, как и в лазерных принтерах LED.

Благодаря этому значительно ускоряется печать, при сохранении качества – лист просто движется с постоянной скоростью под головкой и прокрашивается сразу по всей своей ширине, с необходимым уровнем качества.

Более того, устранение мобильности головок не только повышает скорость и точность печати, но также надежность устройства и снижает стоимость его эксплуатации.

В 2013 году появилась второе поколение технологии PageWide. Она, в настоящее время, применяется, в частности, в доступных на рынке офисно-корпоративных принтерах HP OfficeJet серии X.

Печатающие головки, используемые в этих устройствах, позволяют в одной планке головки использовать четыре цвета чернил. Длина планки составляет 218 мм, а на каждый цвет приходится по 10 560 сопел – в том числе на планке (головки) находится в 42 240 сопел, а плотность сопел 1200 сопел на дюйм. Принтеры используют термическую технологию печати.

В этом году компания HP выпустила на рынок третье поколение печатающих головок PageWide.

На данный момент 129-миллиметровые планки картриджей применяются только в высокопроизводительных принтерах для широкоформатной печати HP PageWide XL.

В этом случае для печати в один цвет используется 6336 сопел, а одна планка может печатать сразу в четырех цветах – общее количество сопел, приходящихся на планку – 25 344.

В следующем году планируется введение головок с большим разрешением – 2400 сопел на дюйм, где на планку шириной 108 мм в свободное пространство между печатающими блоками сопел будут добавлены блоки сопел с вдвое меньшей каплей, по отношению к прежнему объему в 6 пикалитров.

Однопроходная печать

Скорость печати 70 страниц в минуту в цвете в технологии HP PageWide достигается путем печати в один проход, но чтобы такая быстрая печать была надежной, разработчики из компании HP ввели несколько дополнительных технологий в систему печати.

Чтобы точно нанести каплю чернил, каждая форсунка должна работать именно тогда, когда это требуется, путем сокращения расстояния между дорожками в узких пределах допусков, скорости, направления, массы и объема капли.

Для проверки правильности работы всех сопел в принтерах HP OfficeJet серии X используется технология Backscatter Drop Detection (BDD). Это оптическая система обнаружения капель в полете, использующая ряд фотодетекторов . Технология BDD может протестировать работу нескольких тысяч сопел в течение секунды.

Если окажется, что форсунки не работают должным образом, печатающая головка очищается. Если это не поможет, а форсунки не работают должным образом, то используются пассивные и активные методы компенсации, чтобы заменить неисправные форсунки функционирующими соплами. Благодаря этому можно избежать дефектов печати, таких как белые пропуски.

Пассивный метод заключается в том, что в случае выхода из строя одной из форсунок, расположенные рядом соседние сопла могут в какой-то мере закрасить пространство, обслуживаемое поврежденной форсункой. Эффект смещения фактически печатной точки здесь не больше, чем 1/1200 часть дюйма от номинальной позиции.

При активном методе создается карта поврежденных сопел и записывается информация, что данные форсунки засорились и не работали в предыдущих циклах.

На основе нескольких измерений BDD готовится также таблица ссылок, какие форсунки (слева или справа) могут с большей точностью заменить сопла, вызывающие проблемы – таким образом уменьшается ошибка смещения печатной точки от его номинальной позиции.

Благодаря этому возможно также управление приемными соплами так, чтобы свести к минимуму ситуации, в которых заполнители форсунки должны делать две капли одна за другой, прежде чем пройдет под ними лист бумаги.

Кроме того, в активном методе возможна замена черного цвета подачей красок CMY, и, таким образом, маскируются недостатки печати в результате повреждения даже несколько соседних дюз.

Пьезоэлектрические печатающие головки

Компания Epson уже много лет делает ставку не столько на термические головки, сколько на пьезоэлектрическую технологию печати Thin Film Piezo (TFP). Система дебютировал в 2007 году. Последняя версия печатающей головки носит название PrecisionCore.

Наиболее важной их особенностью является то, что они могут изменять структуру и размер капель в процессе работы. Благодаря этому удалось повысить производительность и качество печати, а также получить широкий спектр цветов, даже для необычных чернил и различных видов бумаги.

Головки PrecisionCore совместимы с флуоресцентными красками и УФ-красками, водными чернила, растворителями и смолами. Капля чернил может меняться в размерах от 1,5 до 32,5 пиколитров, а частота запусков капель чернил доходит до 50 кгц.

Технология PrecisionCore полностью масштабируемая – отдельные головки, так же как и в случае устройств от компании HP, вы можете комбинировать в рейки любой длины, и благодаря этому масштабировать ширину печати.

В настоящее время доступны два типа, как это называет Epson, макетов печати, совместимых с технологией PrecisionCore: TFP print чип и MicroTFP print чип. В первом случае на чипе длиной 25,4 мм (один дюйм), находится 720 сопел (два ряда по 360), во втором на чипе печати длиной 33,8 мм 800 сопел (два ряда по 400).

Применение технологии PrecisionCore позволяет проектировать машины до масштабов промышленных принтеров. Для примера, в принтере Epson SurePress L-6034VW используется планка, состоящая из 66 систем MicroTFP, содержащих 52 800 сопел. Этот принтер позволяет печать на рулонной бумаге со скоростью 15 метров в минуту с разрешением 600 x 600 dpi.

Изменение размера капель возможно благодаря точной регулировке напряжения пьезоэлектрических элементов насадки. Благодаря этому, каждая из форсунок может изменять объем капель «на лету», что означает, что каждая новая выпущенная капля может иметь совершенно другой объем. Форсунки PrecisionCore в состоянии «реконфигурировать» с частотой 1/10 000 секунды.

В случае цветной печати (особенно для фотографии и печати рекламы), точная настройка капель позволяет значительно расширить итоговое пространство, яркость и получить превосходные переходы полутонов.

Время печати на RIPS

В 2012 году компания Epson представила систему ITS (Ink Tank System), конкурирующую с предлагаемыми сторонними производителями систем непрерывной подачи чернил.

Системы этого типа постоянно пополняют принтер, подавая чернила непосредственно к печатающей головке из резервуары с чернилами большой емкостью, который крепится на внешней стороне корпуса. Благодаря этому нет необходимости менять картриджи с чернилами.

Существенным преимуществом системы непрерывной подачи чернил является то, что принтер в принципе не требует дополнительных работ по техническому обслуживанию и позволяет на одном внешнем контейнере печатать значительно большее количество страниц, чем при питании чернилами из внутреннего картриджа.

Рыночный успех принтеров с системой ITS привел к тому, что инженеры Epson подумали об использовании этой технологии в «базовых» устройствах, предназначенных для больших рабочих групп и корпоративных пользователей.

Так родилась технология RIPS. Она позволяет напечатать до 75 тысяч страниц формата А4 на одном комплекте чернил. Она нашла применение в серии устройств Epson WorkForce Pro RIPS.

Гелевые краски для струйных принтеров

Кроме технологий, разработанных компаниями HP и Epson, также стоит обратить внимание на струйные решения компании Ricoh. Эта компания сделала ставку на другие чернила, а именно на гелевые краски.

Технология под названием GELJET дебютировала в 2005 году и представляет собой сочетание технологий струйной печати и электросублимационной печати. В настоящее время в таких устройствах, как монохромный принтер Ricoh Aficio SG 3110DN или многофункциональном устройстве Ricoh Aficio SG 3100SNw используется четвертое поколение технологии GELJET.

В технологии GELJET используется липкий, быстро сохнущий гель пигмент под названием Liquid Gel, который практически мгновенно высыхает и не проникает сквозь бумагу. Благодаря этому удалось получить высококачественные цветные отпечатки, которые могут быть реализованы даже на обычной ксерографической бумаге.

Интересна в гелевых принтерах Ricoh система транспорта бумаги. Используется электростатическая транспортная лента, на всей поверхности которой прижимается лист бумаги. Благодаря этому удалось избежать возможности складки открытки во время печати, а также ускорен процесс перемещения бумаги под печатающей головкой.

Гелевые принтеры Ricoh предназначены для средних рабочих групп. Печатают со скоростью до 29 страниц в минуту, а их нормальная ежемесячная нагрузка – 10 тысяч страниц. Заслуживает внимания также новая модель гелевого МФУ SG 3120BSFNw. Она оснащена аккумулятором, позволяющим напечатать до 500 страниц.

Чернила быстрее от лазера

Как видите, технология струйной печати в принтерах и многофункциональных устройствах, применяемых в крупных компаниях и корпорациях, начинает играть важную роль.

В гонку за крупными корпоративными клиента включилась также компания Brother. Она представила недавно самый быстрый черно-белый струйный принтер в мире (модель HL-S7000DN), которая печатает со скоростью 100 страниц в минуту, а значит, со значительно большей, чем в состоянии печатать типичные корпоративные лазерные устройства (от 20 до 45 страниц в минуту).

Рекомендуемое количество отпечатков в месяц для модели HL-S7000DN составляет 20 тысяч страниц. Картриджи с чернилами позволяют напечатать до 30 тыс. страниц. В принтере применена, как в принтерах HP PageWide, планка длиной 21,5 см, оборудованная 5198 соплами.

Конечно, струйные принтеры не заменят везде и во всех действиях лазерных принтеров в корпоративных системах. Однако, во многих случаях представляют собой интересную альтернативу по отношению к лазерным технологиям.

Источник: https://webznam.ru/blog/sovremennye_tekhnologii_strujnoj_pechati/2015-10-21-215

Печатающая головка струйного принтера — что такое, разновидности, особенности

Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

Печатающая головка (ПГ) — один из наиболее технически сложных элементов струйного принтера или МФУ и, по сути, главная его действующая деталь. ПГ отвечает за распыление чернил на поверхность носителя, так что её характеристики и особенности напрямую влияют на качество печати.

Типы ПГ по технологии печати

На рынке представлены два доминирующих типа голов, отличающихся технологией формирования чернильной капли:

  • Пьезоэлектрические ПГ. Работают по принципу выталкивания капель мембраной, которая колеблется под действием электрического тока. Такие головы более надёжны и отличаются продолжительным сроком службы, однако, в среднем стоят дороже. Ошибочно считается, что технология разработана и запатентована компанией Epson, однако и чуть менее известная продукция компании Brother работает на ней. Печатные устройства с пьезо-головами, обычно, можно перевести на другой тип чернил (водные на пигмент, либо сублимацию).
  • Термоструйные ПГ. В данных головах используются нагревательные элементы, испаряющие чернила на бумагу. Из-за высокой температуры, поддерживающейся внутри, термо-головы куда чувствительнее к холостой печати (чернила охлаждают голову, но если их нет, а принтер пытается работать — голова сгорает).Тем не менее, термоструйная технология дешевле в производстве настолько, что такие головы могут использоваться даже в качестве расходного материала (картриджи со встроенной ПГ). Сама технология изобретена и активно применяется компанией Canon (как BubbleJet), а также американцами из HP.

Типы ПГ по отношению к картриджам

Для эффективного процесса печати на печатающую голову должна подаваться краска из специальных ёмкостей. Таким образом можно разделить принтеры по взаимному расположению ПГ и чернильных отсеков.

ПГ встроена в картридж. Довольно хитрая, с точки зрения маркетинга, система. Сам принтер представляет собой по сути механический блок, который протягивает бумагу и двигает каретку, а чернила и печатающая голова совмещены в картридже.

В результате, само устройство стоит очень дёшево, а расходники к нему — чуть ли не дороже самого принтера. Картриджей при этом, обычно, всего два: чёрный и цветной. В последнем на каждый цвет приходится по 1-3 мл чернил.

Несложно предположить, что надолго такого не хватит.

Картриджи устанавливаются в ПГ. В устройствах подобного типа картриджей уже больше двух (основа из четырёх: чёрного, голубого, пурпурного и жёлтого, но возможны дополнительные цвета) и они представляют собой просто контейнер с чернилами.

Устанавливаются совместно с головой на каретке и в процессе печати находятся в движении. Подобное расположение актуально в основном для сравнительно недорогих домашних и офисных струйников с картриджами малой вместительности (примерно до 20 мл).

Вес картриджей больших объёмов приводил бы к быстрому износу механики принтера.

Картриджи отдельно от ПГ. Для производительных офисных принтеров, а также широкоформатных устройств, актуальна установка картриджей отдельно от ПГ, в специальный отсек.

Чернила передаются в голову по системе шлейфов и та не испытывает нагрузки от веса контейнеров.

Таким образом, объём картриджей по сути не ограничен и в некоторых профессиональных устройствах может доходить почти до литра.

Типы ПГ по подвижности

Деление стало актуально в последнее время. Раньше наиболее существенным различием лазерных и струйных принтеров была скорость работы. Если в струйниках ПГ приходилось бегать от одного края листа к другому для формирования картинки, лазерный картридж сразу пропечатывал изображение по всей ширине страницы, то есть сильно быстрее.

С недавних пор на рынке представлены струйные устройства с так называемой линейной (или неподвижной) печатающей головой. На такой работают модели из серий Epson WorkForce Enterprise и HP PageWide. Скорость работы при этом сопоставима с лазерными машинами: ПГ распыляет краску сразу по всей ширине листа, не затрачивая времени на лишние движения.

Обычные печатные головы при этом могут либо называться неподвижными, либо просто никак не называться (если внимание на этом не акцентируют, значит и ПГ стандартная).

Характеристики ПГ

Стоит обратить внимание и на отдельные характеристики печатающих голов, сказывающихся на качестве получаемых изображений:

  • Количество цветов — глобальная характеристика не только головы, но и принтера, определяющая количество доступных для печати оттенков. В современных принтерах варьируется от 4 до 12 (хотя бывают и чёрно-белые принтеры с одним цветом).
  • Размер чернильных капель — объём краски в одной капле, выпускаемой из сопла. Варьируется в широких пределах примерно от 1 пиколитра и влияет на разрешение печати. Во многих современных принтерах дюзы в печатающих головах имеют переменные размеры.
  • Разрешение печати — одна из главных характеристик принтера, измеряемая в количестве точек (чернильных капель, по сути) на дюйм (Dots per inch, DPI). Чем выше значение характеристики, тем менее пикселизованная (зернистая) получается картинка. На разрешение влияют количество сопел ПГ и размер капли. Примечание: стоит также отличать DPI от показателя PPI (pixels per inch, пикели на дюйм), который отражает качество исходной компьютерной картинки, и к характеристикам ПГ и отпечатков никак не относится.

Использование ПГ

Печатающие головы не только наиболее технически сложные, но и самые уязвимые элементы принтеров. Основными неисправностями можно считать две:

  • Пересыхание дюз. Долгий простой в работе принтера, обычно, приводит к тому, что чернила начинают сохнуть и забивать ПГ. Особенно это критично для пигментных чернил. Тем не менее, даже серьёзные засоры можно устранить ручной промывкой чернильной жидкостью.
  • Выгорание дюз. Значительно более серьёзная проблема, касающаяся в первую очередь термоструйных голов. Случается такое, обычно, при отключении слежения за уровнем чернил в устройствах Canon и HP, после холостой печати. То есть принтер пытается качать из картриджа чернила, но те закончились и вместо них идёт воздух. В итоге перегретые сопла не могут охладиться и они сгорают.

Источник: https://MnogoChernil.ru/newsroom/printer-printhead-pechatayushaya-golova-chto-takoe-vidy/

Струйные принтеры: эволюция и развитие

Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

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.

Пузырьково-струйный принтер Canon BJ-80

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

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 тут.

Источник: https://www.originalam.net/articles/evolution-of-printing.html

Струйные печатающие головки: основы технологий *

Термальная струйная печать. Струйная технология печати. Характеристики печатающей головки

Стремительно развиваясь, струйная печать осваивает новые сегменты и сферы применения. В борьбе за перспективы на рынке решающее значение приобретают исследования и разработки в сфере печатающих головок, чернил и специализированных составов. Большим плюсом при выборе струйного устройства печати станут базовые знания о производителях и технологиях печатающих головок.

Любая струйная головка работает по принципу контролируемого электроникой распыления капель жидкости на нужную поверхность. Два основных класса — головки с непрерывной подачей и пьезоэлектрической импульсной (капля по требованию, DOD), каждый делится на подклассы.

В непрерывной струйной печати капли распыляются без остановки, попадая либо на материал либо в ёмкость для рециркуляции и повторного использования.

В оборудовании DOD выброс капель зависит от определённых условий, а формируются они при помощи импульса в камере подачи чернил. Разновидности струйных DOD-принтеров определяются особенностями генерации импульса.

Три основных категории технологий, присутствующих на рынке: термальные, пьезо и с непрерывной подачей (электростатические).

Термальная струйная печать

Первым технологию термальной струйной печати предложил в 1977 г. инженер-конструктор Canon Ичиро Эндо. С момента выпуска первых настольных принтеров этого типа термальные печатающие головки прошли долгий путь эволюции.

Независимо от конструкционных особенностей, термальные печатающие головки объединяет концепция: малый размер капли при высокой скорости и плотности сопел.

В компактной камере с чернилами капли формируются за счёт быстрого нагрева резистивного элемента. Стремительно нагреваясь до нескольких сотен градусов, он заставляет испаряться молекулы чернил.

В кипящей жидкости формируется пузырь (импульс давления), который вытесняет из камеры чернила. В результате на другом конце сопла появляется капля.

После выталкивания вакуум в камере заполняют свежие чернила из резервуара, и процесс повторяется.

Недостаток технологии — ограниченный диапазон совместимых жидкостей: чернила для термальных струйных принтеров необходимо разрабатывать с расчётом на испарение и стойкость к высоким локальным температурам.

Кроме того, на термальные печатающие головки негативно влияет процесс так называемой кавитации: на поверхности нагревательного элемента постоянно формируются и лопаются пузыри, от чего она изнашивается.

Впрочем, современные материалы обеспечивают термальным струйным головкам достаточно длительный срок службы.

Чтобы уменьшить размер капли и увеличить скорость печати, нужны высокоточные технологии, позволяющие увеличить количество сопел на ширину поверхности.

Печатающие головки Canon FINE предлагают впечатляющий объём в 2560 сопел на цвет (15 360 сопел на печатающую головку).

Сопла различаются по диаметру, поскольку термальная технология не в состоянии обеспечить формирование капель разного размера. В каждой головке особым образом скомбинированы сопла на 1, 2 и 5 пл.

Hewlett Packard добилась впечатляющей плотности сопел в печатающей головке Edgeline. Конструкция с шириной печати 10,8 см состоит из пяти кремниевых чипов, расположенных в шахматном порядке.

Печатающая головка HP Edgeline

Физическое разрешение достигает 1200 dpi при рабочей частоте 48 кГц. Двойной ряд сопел (по 10 560 на матрицу) позволяет Edgeline наносить два цвета. При печати в один цвет второй ряд остаётся в качестве резервного. В каждой головке, рассчитанной на работу с водными либо латексными чернилами, 5 матриц — в общей сложности 52 800 сопел.

Edgeline устанавливают в латексные принтеры и рулонные ЦПМ от HP. В комплектацию T300 с шириной печати 77 см входят по 70 печатающих головок для каждой стороны запечатываемого полотна.

Таким образом, в режиме двухсторонней печати функционирует 7 392 000 сопел, и машина с высокой точностью ежесекундно наносит на запечатываемый материал 148 млрд капель.

Все термальные печатающие головки относятся к расходным материалам, срок службы зависит от объёма проходящих через них чернил.

Термальные печатающие головки для настольных струйных принтеров выпускают также Kodak и Lexmark. Часть укомплектованных ими моделей уже снята с производства.

На рынке широкоформатной печати в сегменте струйных принтеров с водными чернилами идёт битва между Canon и HP, единственным пока поставщиком латексных принтеров с термальными печатающими головками. И никто кроме HP пока не предложил термальной печатающей головки в однопроходной конфигурации.

Струйные термальные технологии весьма уверенно чувствуют себя в своей нише, но большая часть рулонных и планшетных принтеров большого и сверхбольшого форматов сейчас представлена моделями с пьезоструйными печатающими головками.

Пьезотехнологии: капля по требованию

Пьезоэлектрические печатающие головки объединяет принцип распыления капель. Благодаря широкому выбору модификаций для разных материалов и сфер применения, они пользуются большой популярностью у производителей струйных принтеров.

Принцип технологии «капля по требованию» основан на изменении формы определённых кристаллов при подаче напряжения. В результате камера деформируется, генерируя импульс. На рынке представлены пьезоэлектрические струйные головки больше чем от десятка производителей.

У струйных технологий масса вариантов применения, полиграфия — лишь один из них. Струйные печатающие головки используют для маркировки и кодирования, нанесения почтовых индексов и адресов, обработки документации, печати и маркировки текстиля, гравирования, фотогальваники, осаждения материалов и высокоточного диспергирования жидкостей.

Струйные печатающие головки можно классифицировать по:

  • совместимости с жидкостями (составы водные, масляные, сольвентные, УФ, кислотные);
  • рабочей температуре;
  • количеству сопел;
  • физическому разрешению;
  • ширине печати;
  • материалу конструкции;
  • фиксированной либо переменной капле;
  • наименьшему размеру капли;
  • экологичности.

Главное различие струйных печатающих головок — в фиксированном либо переменном размере капли. Принтеры с фиксированной каплей называют бинарными. Важно понимать отличия технологий и принципы их работы.

Бинарные печатающие головки выдают капли стандартного объёма. Вариантов море — от 1 пл до 200 пл и более (пиколитр — одна триллионная часть литра). Основное преимущество технологии в том, что большие капли быстрее покрывают запечатываемый материал.

Ещё одна особенность печатающих головок с фиксированным размером капли — пониженное разрешение. Поэтому они лучше подходят для крупноформатной печатной продукции, печати по текстилю и других сегментов, где разрешение не имеет первоочередного значения.

Самую маленькую каплю обеспечивают широкоформатные принтеры серии Durst Rho P10: печатающие головки Quadro Array с размером 10 пл предлагают разрешение до 1000 dpi. Струйные головки с размером капли 1 пл рассчитаны не на графику, а на осаждение жидкостей и печатную электронику.

Печатающие головки с фиксированной каплей выгодно отличаются частотой распыления, измеряемой в килогерцах (1000 циклов в секунду).

Базирующиеся на этой технологии струйные принтеры бывают 4- и 6-красочной конфигураций.

При работе с большими объёмами не стоит забывать, что скорость печати в 4 цвета выше, чем в 6 цветов, а если за один цвет отвечает несколько печатающих головок, принтер вообще будет «летать».

Сейчас идут активные дебаты на тему того, какая из технологий лучше и почему — с фиксированным или с переменным размером капли. Но учитывать в первую очередь нужно практические аспекты: выпускаемая продукция, стоимость принтера, экономически оправданная скорость.

Печатающие головки с переменным размером капли способны на ходу регулировать разрешение печати. Для увеличения капли система объединяет несколько капель базового размера.

Возьмём для примера принтер с базовой каплей в 6 пл. Чтобы получить каплю 12 пл, в камеру с чернилами система отсылает сразу два пульса: капли встречаются в воздухе и сливаются в одну. Доступные для конкретной печатающей головки размеры капли называют «уровнями».

8-уровневая головка формирует капли семи размеров. Пьезоэлектрическая головка с поддержкой 16?ти уровней даст 15 размеров капель. При базовом размере капли в 6 пл доступные варианты получаются простым умножением базовой капли: 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 пл.

Если проанализировать частоту распыления, окажется, что формирование переменных капель занимает больше времени, что вполне логично. Для 16-уровневой пьезоструйной головки скорость распыления базовой капли составит около 28 кГц. Если для неё же активировать 8 вариантов капель, скорость распыления упадёт до 6,2 кГц.

Если задействованы все 16 вариантов, скорость составляет всего 2,8 кГц. Как видим, при переходе от базового уровня к максимально возможным 16-ти уровням количество формируемых капель меньше на порядок. Печатающие головки с переменным размером капли неизменно печатают медленее, чем аналогичные с фиксированной каплей.

Зато повышают разрешение мелкого текста и качество печати в целом.

Чтобы увеличить производительность струйных головок с переменной каплей, создатели принтеров увеличивают количество каналов на цвет. Чернильный канал представляет собой ряд сопел, отведённых под конкретный цвет чернил, — типовой вариант для сканирующих и печатающих в один прогон систем.

Под сканирующей печатью здесь подразумевается метод струйной печати, при котором каретка с печатающей головкой перемещается взад и вперёд по поверхности запечатываемого материала, а он подаётся в старт-стопном режиме. В некоторых планшетных принтерах изображение формируется иначе: материал совершает возвратно-поступательные движения под группой печатающих головок, перекрывающих всю ширину печати.

Непрерывная струйная печать — высокие скорости

Непрерывная струйная технология представляет собой бесконтактный вариант высокоскоростной печати, который используется для нанесения переменной информации на движущийся материал.

Изначально рассчитанные на добавление дат, текстов и штриховых кодов модули теперь предлагают многокрасочную печать на рулонных материалах. Сложно поверить, но первым эту идею запатентовал в 1867 г.

лорд Кельвин.

Принцип технологии следующий: насос подаёт жидкие чернила из резервуара на множество мельчайших сопел, формируя непрерывной поток капель на очень высокой скорости. Скорость формирования и распыления капель контролирует вибрирующий пьезоэлектрический кристалл. Скорость его вибрации называют частотой, которая в данном случае варьируется от 50 до 175 кГц.

Каждое сопло выдаёт от 50 000 до 175 000 капель в секунду. Они пролетают через электростатическое поле и уже заряженными попадают в отклоняющее поле, которое направляет их на материал либо в сборочный резервуар для повторного использования. Основной объём капель идёт на переработку, и лишь небольшая часть формирует изображение на отпечатке.

Одно из главных преимуществ струйных печатающих головок данного типа — высокая скорость работы.

Kodak Stream — пример технологии непрерывной струйной гибридной печати. Периодические импульсы в нагревательных модулях возле каждого сопла печатающей головки формируют мельчайшие чернильные капли.

Регулируя размер и форму импульса, система меняет размер точки и скорость распыления капель. Технология Stream генерирует капли на частоте 400 кГц, не уступая по скорости традиционным рулонным офсетным машинам.

Более того, в Kodak уверены, что частоту импульсов реально повысить.

Ближайший конкурент ЦПМ Prosper — струйная рулонная ЦПМ от HP. Теоретическая максимальная частота для неё заявлена на уровне 100 кГц. А для пьезоэлектрических струйных принтеров стандартная частота составляет 25–40 кГц.

В основу технологии Stream легли микроэлектромеханические системы MEMS (они же использовались в печатающих головках HP Edgeline).

Современная производственная технология MEMS по принципам напоминает методики изготовления интегральных микросхем, которые задействуют для создания сверхминиатюрных струйных структур на кремнии.

Пластина с соплами представляет собой механические элементы, скомбинированные с электроникой на общей кремниевой основе.

Выбирай любую

Печатающие головки — лишь один из компонентов сложных печатных систем. Чтобы выбрать технологии, оптимальные для конкретной компании, обязательно принимайте во внимание технологические отличия. Учитывая широчайший выбор предложений на современном рынке, важно вооружиться как можно большим объёмом информации.

Об авторе: Джефф Бёртон (jburton@sgia.

org), аналитик SGIA по цифровой печати и консультант по вопросам цифрового печатного производства, управления цветом и ассортимента продукции, цифровому оборудованию и производителям.

За более чем 20 лет в отрасли работал менеджером по производству, консультантом ассоциации, тренером. Автор множества технических статей и докладчик на отраслевых мероприятиях.

* Журнал SGIA Journal. Март-апрель 2013. Публикуется с разрешения ассоциации SGIA. (с) 2013.

Источник: https://www.publish.ru/articles/20013073

Правсила
Добавить комментарий