Принцип работы струйной печати заключается в выдавливании чернильных капель через сопла — тончайшие отверстия в печатной головке принтера. Как и любые инновации, эта технология претерпела множество видоизменений, прежде чем дойти до нас в своем сегодняшнем виде.

Как все начиналось

Первые шаги в этой области сделал физик Феликс Савар в далеком 1833 г. Он обратил внимание, что, пропуская жидкость через узкие отверстия, можно получить абсолютно идентичные капли. А в 1867 г. физик из Великобритании лорд Рейли подвел под это явление математическую базу и запатентовал первый самопищущий прибор для телеграфа. Работал он по принципу непрерывной подачи чернил.

Прошло больше полувека прежде чем компания Siemens в 1951 г. презентовала свой первый струйный принтер, разделяющий непрерывный поток чернил на одинаковые капли. Прототипы первых печатных устройств были громоздкими, дорогими, медленно печатали и не могли похвастаться надежностью.

Какой принцип печати у струйного принтера

Гениальные «пузырьки» (Continuous Ink Jet)

Было очевидно, что такая техника требует модернизации. В конце 70-х гг. прошлого столетия компания Canon реализовала в своих принтерах технологию «Drop-on-demand», то есть «печать по требованию». Чернила нагревались с помощью термоэлемента и в них образовывались пузырьки воздуха, выталкивающие краску на поверхность. Ценным достижением стало многократное удешевление печатного процесса. Новая технология получила название «пузырьковой печати» и произвела фурор среди научной общественности. В 1985 г. Canon уже выпустили первый пузырьковый принтер BJ-80.

Какой принцип печати у струйного принтера

Термическая печать (Thermal Ink Jet)

Разработки в мире печатной техники вели не только Canon. В 1980 году независимо от конкурентов Hewlett-Packard разработала технологию термической струйной печати. Ее принцип работы перекликался с пузырьковым методом. Настоящий успех пришел к HP в 1984 г. после выпуска серии принтеров ThinkJet. Благодаря разумному соотношению цены и качества эти устройства стали очень популярными среди пользователей.

Какой принцип печати у струйного принтера

Пьезоэлектрическая печать (Piezoelectric Ink Jet) — «дитя» Epson

Именно эта компания запатентовала технологию пьезоэлектрической печати в 1993 г. Принцип работы заключается в свойстве пьезокристаллов деформироваться под действием тока. Этот процесс позволяет регулировать размер капли, ее толщину и скорость выброса. В результате получаются отпечатки с высоким разрешением и естественной передачей цвета, что крайне важно при фотопечати. Сегодня право на производство пьезоэлектрических принтеров принадлежит только компании Epson.

Какой принцип печати у струйного принтера

Роль «струйников» в современной печати

Благодаря многолетнему процессу совершенствования, струйные принтеры полностью вытеснили с рынка матричных предшественников. Относительно невысокая стоимость отпечатков, высокое разрешение изображений и низкий уровень шума — вот главные козыри струйников на сегодняшнем рынке.

Строение струйного картриджа

Картридж — это один из расходных элементов струйного принтера. Его основная функция — переносить чернила на бумажный носитель. В обобщенном виде «начинка» струйного картриджа выглядит так:

Какой принцип печати у струйного принтера

Крышка

Первое, на чем останавливается взгляд при рассмотрении картриджа для струйной печати, — это пластиковая крышка, окрашенная в цвет содержащихся в ней чернил. Иногда сверху производитель помещает отверстия для заправки (они заклеены наклейками) и воздухоотвода.

Головка для печати

Это ключевая деталь, от которой напрямую зависит, насколько качественными выйдут отпечатки. Она располагается непосредственно в картридже или в самом принтере. Головка выглядит как небольшая металлическая пластина в нижней части картриджа. На ее поверхности находятся дюзы — отверстия диаметром меньше волосинки. Чем тоньше дюза, тем меньше капля из нее выходит. Это напрямую влияет на разрешение полученного изображения.

Чернила

Следующий значимый элемент струйной печати — чернила. Каждый производитель печатной техники разрабатывает состав чернил под совместимые модели принтера. Состав красителя может насчитывать до 14 компонентов, каждый из которых влияет на конечные свойства. Очень важно использовать чистые чернила, так как ненужные примеси забивают дюзы, что выводит принтер из строя.

Чип

Все современные принтеры оснащены микросхемой для считывания данных о расходе чернил, дате изготовления и активации картриджа. Производитель таким образом усложняет процедуру перезаправки, подталкивая к покупке следующего нового картриджа. Оригинального, конечно. Многие «умельцы» идут на хитрости и перепрошивают микросхему после каждой заправки.

Какой принцип печати у струйного принтера

Дополнительные элементы

Несмотря на кажущуюся простоту устройства струйного картриджа, попытки его самостоятельно перезаправить или перепрограммировать чип могут отрицательно сказаться на качестве отпечатков и работоспособности устройства в целом.

Классификация струйных картриджей

Так как деятельность нашей компании связана со скупкой картриджей, мы накопили немало знаний о них и готовы сдать «явки и пароли» нашим клиентам. Чтобы правильно подбирать расходники для струйной печатной техники, желательно иметь хотя бы общее представление об их основных видах.

Картриджи можно классифицировать по таким признакам:

По технологии печати

Какой принцип печати у струйного принтера

По способу производства

Чернила для струйной печати делятся на несколько категорий. Они различаются составом, принципом нанесения и напрямую связаны со сферой применения будущих отпечатков.

Типы и виды бумаги для струйной печати

Может показаться, что на фоне таких технически сложных «участников» струйной печати, как печатающая головка, СНПЧ, микросхемы — бумага — второстепенный компонент. Но она тоже играет важную роль в качестве конечного результата.

Выбирая бумагу для печати, нужно знать ее формат. По международной классификации Международная классификация выделяет 3 основные группы форматов:

Форматы бумаги по стандарту ISO

Какой принцип печати у струйного принтера

Список форматов бумаги, подходящих к струйному принтеру всегда указан в инструкции или паспорте аппарата.

Виды бумаги серии «А» для струйных принтеров

Какой принцип печати у струйного принтера

Виды бумаги для струйных принтеров

Какой принцип печати у струйного принтера

Срез структуры фотобумаги под микроскопом

Какой принцип печати у струйного принтера

Использовать оригинальную бумагу для струйной печати или нет?

Как и в случае с другими расходными материалами, каждый производитель рекомендует использовать только бумагу собственного производства. К слову, самый богатый выбор носителей для струйной печати предоставляет Epson. В сочетании с оригинальными красителями и своевременным техобслуживанием устройства, вы получите самое лучшее качество отпечатков.

2 — 2018

Какой принцип печати у струйного принтера

Струйные технологии печати

Для начала хотелось бы «договориться о терминах».

Когда мы говорим о цифровой печати, то подразумеваем печать напрямую из файлов. А устройства, на которых ведется такая печать, мы называем цифровыми печатными машинами (ЦПМ).

Первые устройства — офсетные печатные машины, которые стали рассматриваться как ЦПМ, были основаны на технологии Direct Imaging — прямое экспонирование, технология изготовления печатных форм непосредственно в печатной машине. Она была разработана компанией Presstek около 15 лет назад. Печатные машины, в которых реализована технология Direct Imaging (DI), представляют собой системы, объединяющие традиционную офсетную печатную технику и цифровые формоизготовители.

Надо оговориться, что машины DI часто отождествляют с цифровыми печатными машинами, почему, собственно, мы их и упоминаем, что совершенно неверно, поскольку процесс печатания в таких машинах является полностью аналоговым.

В этой технологии формы являются постоянными носителями одного изображения и при смене тиража должны быть удалены из машины.

Данное оборудование производилось фирмами Heidelberg, Presstek, Ryobi, KBA, а некоторые из названных (Presstek) производят такие машины до сих пор.

Отметим, что под термином «цифровой» надо понимать не способ печати, так как их много и они разнообразны, а лишь способ создания изображения. Для того чтобы достичь определенности, разделим ЦПМ на две группы: по признаку наличия или отсутствия какой бы то ни было формной поверхности.

Формная поверхность отсутствует в технологии струйной печати (Ink Jet). Эту технологию можно также охарактеризовать как бесконтактную.

Контактная технология (там, где процесс происходит при участии тонера) включает несколько схожих основных этапов:

Контактные технологии различаются как способом формирования скрытого изображения, так и принципом проявления изображения, способом переноса изображения на материал.

Типы струйной печати

Но вернемся к объявленной теме данного материала. А именно — к струйной печати.

Технология струйной печати заключается в распылении жидких чернил из форсунок, объединенных в печатающие головки.

Какой принцип печати у струйного принтера

Типы струйной печати

Практическое применение нашли три вида струйной печати:

Основные производители струйных принтеров

Непрерывная струйная печать состоит из трех процессов:

В настоящее время до промышленного использования доведено два способа непрерывной струйной печати, в которых перечисленные выше процессы проходят по­разному.

В давно и широко применяемом способе капли формируются за счет наложения на струю чернил высокочастотных механических колебаний, формирующих капиллярную волну. Разделение капель на рабочие и нерабочие производится путем их селективной зарядки, а разделение капельных струй — путем отклонения электрическим полем траектории заряженных капель, в то время как незаряженные капли летят прямолинейно.

Какой принцип печати у струйного принтера

Струйная печать непрерывного действия

В другом способе непрерывной струйной печати Stream, разработанном фирмой Kodak, для формирования капельной струи на вылетающую из сопла чернильную струю периодически подают тепловые импульсы, изменяющие поверхностное натяжение чернил. Капли образуются из холодных участков струи. Разделение капель на рабочие и нерабочие производится формированием капель разных размеров. Выделение из струи рабочих капель осуществляется потоком воздуха, направленным перпендикулярно к траектории струи. Воздушный поток сильнее отклоняет маленькие капли, и они попадают в каплеуловитель. Большие капли продолжают лететь к печатному материалу и идут на построение изображения.

Непрерывная струйная печать
с селективной зарядкой капель

В этом способе электропроводящие чернила подаются под давлением в генератор капель печатающей головки. Струя вылетает из сопла генератора. Где­то у выхода из сопла, например на сопловой пластине, расположен пьезоэлектрический стимулятор, формирующий капельную струю. На пьезоэлектрик подается высокочастотное электрическое напряжение. За счет деформации пьезоэлектрика возникают механические колебания, которые сообщаются струе и вызывают образование капель. При пролете струи через зону зарядки на заряжающий электрод подаются импульсы электрического напряжения. Производится селективная зарядка капель. Далее капельная струя разделяется на две струи: заряженную и незаряженную. Одна из них попадает на печатный материал, другая — в каплеуловитель.

Способ широко используется в маркировочных принтерах, предназначенных для нанесения надписей, дат и штрихкодов на поверхность товарных и промышленных изделий.

В способе с бинарным отклонением струи существует два варианта. В первом, однобитном варианте, каждая точка изображения формируется из одинакового количества чернил, например из одной капли размером 84 пл. При аппаратном разрешении 300­360 dpi, характерном для скоростной струйной печати, качество изображения при однобитной его записи невысокое. Рулонные струйные машины с такими печатающими головками используют для скоростной цветной печати почтовых рассылок, документов и другой продукции с аналогичными требованиями к качеству изображения.

В мультибитном варианте количество чернил в точке может изменяться. Для этого зарядке подвергается группа из нескольких капель (число капель в группе колеблется от 2 до 30), причем может заряжаться то или иное количество капель группы. Все капли группы попадают на один микроучасток печатного материала (в одну точку). В результате становится возможной запись изображения, при которой в разные точки материала может попадать различное количество капель. Достигаются высокий цветовой охват и богатство тонов, достаточное для использования струйного принтера в качестве цветопробного устройства. Так работают струйные принтеры Iris Print, где при разрешении 300 dpi получается эмуляция разрешения 2400 dpi. Головки имеют 1­2 сопла на краску.

Скорость струйной печати зависит от количества сопел в печатающей головке (от ширины печатаемой полоски). Головки, имеющие небольшое количество сопел на цвет краски, должны совершать челночное перемещение поперек направления движения бумажного листа. Это замедляет печать, так как бумага может сместиться на шаг только после записи цветной строки изображения.

Реализуются возможности скоростной печати при использовании многосопловых широкоформатных печатающих головок.

Размер широкоформатных печатающих головок ограничивается тем, что высокочастотные колебания пьезоэлектрика передаются не только струям, но и телу печатающей головки. Головка, в свою очередь, передает вибрацию струям чернил. Колебания, полученные струей от тела головки, отличаются от полезных колебаний струи и нарушают каплеобразование (образуются капли разных размеров и может изменяться длина непрерывной части струи, из­за чего нарушится зарядка капель). Указанные проблемы обостряются при возрастании ширины печатающей головки и частоты наложенных колебаний.

Непрерывная струйная печать
с термической активацией каплеобразования

В свое время фирмой Kodak был разработан способ непрерывной струйной печати с термической активацией каплеобразования. Принцип ее заключается в следующем. Вылетающая из сопла струя получает от микронагревателя тепловые импульсы определенной частоты. Поверхностное натяжение чернил зависит от их температуры, поэтому каждый тепловой импульс вызывает изменение поверхностного натяжения (уменьшает его). Поверхность жидкости выводится из состояния равновесия, и в струе возникает капиллярная волна. При наложении таких колебательных возмущений на собственные колебания чернил струя разбивается на отдельные капли.

Отказ от механической стимуляции каплеобразования снимает с непрерывной струйной печати ограничения, связанные с паразитными колебаниями. Это позволяет сочетать высокую скорость печати (использование широкоформатных печатающих головок) с высоким качеством печати.

Как и в классическом способе непрерывной струйной печати, в новом способе создается непрерывная капельная струя и обеспечивается ее разделение на рабочие и нерабочие капли.

Печатающая головка с термической активацией каплеобразования содержит множество сопел, снабженных нагревательными элементами. При подаче на нагреватель импульса электрического напряжения через него проходит ток, вызывающий сильный кратковременный нагрев. Тепловой импульс передается чернилам струи. Поверхностное натяжение нагретого участка струи понижается. Так как нагрев, вызывающий возмущение струи, происходит периодически, возникает капиллярная волна, и струя на некотором расстоянии от сопла разбивается на капли. Размер капель зависит от частоты подачи тепловых импульсов. Чем они реже, тем больше капли.

Импульсная струйная печать

В импульсной струйной печати капля чернил выталкивается из сопла при подаче электрического импульса на активатор (actuator), отвечающий за образование капель. Чернила, вылетевшие из сопла, полностью идут на построение изображения на печатном материале. Печатающая головка для импульсной струйной печати содержит множество сопел. Струйный микромодуль, относящийся к каждому соплу, включает чернильную камеру, канал для входа чернил в камеру из резервуара (или распределительного канала) и выходной канал, заканчивающийся соплом. На стенке выходного канала или на стенке (крыше) чернильной камеры располагается активатор, получающий импульсы электрического напряжения из микрочипа, управляющего работой головки. Струйный микромодуль называется также эмиттером капель или генератором капель. Способ импульсной струйной печати определяется видом используемого активатора. Различают следующие виды импульсной струйной печати: пьезоэлектрическую (пьезоструйную), термоэлектрическую (термоструйную и термомеханическую).

Пьезоструйная печать

Типовая пьезоструйная печатающая головка включает линейку эмиттеров капель, каждый из которых заканчивается калиброванным отверстием — соплом. На верхней стенке чернильной камеры или на стенке канала, связанного с соплом, расположен пьезоэлемент, который при сообщении электрического импульса изменяет внутренний объем эмиттера. Уменьшение объема приводит к выталкиванию из сопла порции чернил, которая вылетает в виде капельки того или иного размера.

Какой принцип печати у струйного принтера

Размеры капелек и их скорость зависят от размеров сопла, конструкции печатающей головки, режимов ее работы (в том числе формы электрического сигнала, подаваемого на пьезоэлемент) и от чернил. Эмиттеры капель пьезоструйных головок могут различаться по конструкции и по характеру деформации пьезоэлектрического элемента.

Печать твердыми чернилами

Твердые чернила имеют в своем составе полимерный воск. При комнатной температуре они твердые, а при нагревании плавятся и превращаются в жидкость, низкая вязкость которой позволяет использовать чернила для струйной печати.

В 2000 году компания Xerox приобрела соответствующее подразделение Tektronix вместе с правами на все разработки в области твердочернильной печати. В настоящее время твердочернильные принтеры выпускаются компанией Xerox (линейка ColorQube).

Импульсная термоэлектрическая струйная печать

В импульсной термоэлектрической струйной печати (термоструйной печати) активатором, управляющим выбрасыванием из сопла чернильных капель, служит нагревательный элемент. Это тонкая полоска электропроводящего материала с высоким сопротивлением. При подаче электрического импульса полоска разогревается, чернила около нее закипают и образуется пузырек водяного пара. Этот пузырек давит на чернила, и из сопла вылетает чернильная капля. Нагревательный элемент может быть расположен на стенке («крыше») чернильной камеры, на стенке канала, заканчивающегося соплом или внутри эмиттера.

Какой принцип печати у струйного принтера

Схема термоэлектрической печати

Генерацию капель в чернильной камере используют в своих печатающих головках фирмы Hewlett­Packard и Lexmark, а генерацию капель в каналах — фирма Canon, назвавшая свою технологию Bubble Jet (фирмы приведены в качестве примеров).

Относительно недавно на рынке появились принтеры с печатающим устройством Memjet — печатающие головки к ним разработала австралийская фирма Silverbrook. В эмиттерах капель этих головок нагреватель в основном расположен внутри канала с чернилами.

Печать фотографического качества

В термоструйной печати нельзя, изменяя форму электрического импульса, менять размер капли. Для увеличения глубины цвета используют следующие методы варьирования количества чернил, попадающих на каждый микроучасток изображения.

В фотопринтерах Hewlett­Packard количество тонов повышается за счет того, что в каждую точку может попадать множество капель чернил, в том числе разного цвета. Вначале это количество доходило до 16 (Photo RET II), а в настоящее время — до 32 (Photo RET IV) капель размером около 4 пл (RET — Resolution Enhancement Technology, технология повышения разрешения).

Какой принцип печати у струйного принтера

Фирма Canon для печати фотографического качества использует технологию Drop Modulation Technology, позволяющую генерировать капли двух размеров. Достигается это путем размещения в каждом канале по два нагревательных элемента. Если электрический импульс подается на один элемент, образуется маленький пузырек, а при нагревании двух элементов размер пузырька увеличивается. В первом случае из сопла вылетает капелька в три раза меньше, чем во втором (минимальный объем капли — 4 пл).

Микроэлектромеханические системы

Термоструйные печатающие головки нового поколения изготовляются методами MEMS (Micro Electro­Mechanical Systems), традиционно используемыми в микроэлектронике. Это увеличивает геометрическую точность выполнения сопел и эмиттеров капель разных (в том числе очень маленьких) размеров, обеспечивает их повторяемость и позволяет применять «масштабирование» — составление из модулей печатающих головок необходимого размера (формата) и тем самым обеспечение заданной ширины печати. Кроме того, использование технологий MEMS позволяет удешевить печатающие головки, особенно головки больших форматов.

Современные принтеры оперируют каплями краски объемом порядка пиколитра. А что такое пиколитр? Это шарик диаметром около 13 микрон. В одном кубическом миллиметре таких капелек помещается с десяток тысяч! Для того чтобы сформировать столь малый объем жидкости — и сформировать его строго в нужный момент — очевидно, требуется тончайшая механика. Так что и тут работает MEMS.

Происходит это следующим образом. Печатающая головка представляет собой массив из множества микроотверстий. Под отверстиями — миниатюрные полости, в которые чернила поступают из основного резервуара картриджа.

Сами собой чернила через дюзы не выливаются: диаметр отверстий настолько мал, что сила поверхностного натяжения не дает жидкости просто так вытечь наружу. Краску необходимо выдавить принудительно. Для этого можно воспользоваться несколькими различными технологиями.

Например, можно разместить в микрополости пьезоэлемент. Примерно такой же, как те, что используются в зажигалках. Только процесс в данном случае идет в обратную сторону. В зажигалках пьезоэлемент вырабатывает электричество от деформации (следующей от нажатия кнопки) кристалла. В печатающей головке принтера на пьезокристалл подается ток, вследствие чего кристалл увеличивается в объеме и толкает мембрану, которая, в свою очередь, выталкивает краску наружу. Именно такой метод использует, например, компания Epson.

Разработчиком инновационной технологии цифровой печати является компания Memjet (Сан­Диего, шт.Калифорния, США), созданная в 2002 году как дочернее предприятие исследовательской фирмы Silverbrook Research (Австралия). Одним из основателей обеих компаний является Киа Силвербрук, изобретатель, ученый и предприниматель, один из крупнейших индивидуальных держателей патентов в США. В 2002 году Силвербрук возглавил небольшую группу ученых, поставив перед собой и своими специалистами цель — заново изобрести технологию печати.

На основе чертежей и разработок Memjet за производство компонентов нового способа воспроизведения графики взялось совместное предприятие, основанное Силвербруком с Taiwan Semiconductor Manufacturing Company. Премьера демонстрационного образца аппарата, воплощавшего собой суть «микроэлектромеханической системы печати» (MEMS), состоялась в 2007 году. Два года спустя готовая для внедрения в печатающее оборудование система была предложена широкому кругу производителей цифровых принтеров. Среди них — компании, выпускающие настольные принтеры, печатные машины для применения в промышленности, принтеры для печати этикеток и цифровые мини­фотолаборатории. Что же представляет собой технология MEMS, и в чем заключается ее уникальность?

«Микроэлектромеханическая система печати» включает четыре основных компонента: печатающие головки, контроллеры для управления процессом печати, чернила и программное обеспечение.

Наиболее важным звеном данной технологии являются печатающие головки, в которых плотность дюз, генерирующих чернильные капли, в 17 раз превышает плотность дюз в большинстве распространенных в настоящее время печатающих головок. Так, в каждой печатающей головке MEMS располагается 70 400 дюз. За счет этого достигается существенно более высокая производительность печатающего устройства.

К примеру, офисный принтер, в котором реализована технология Memjet, выдает 60 запечатанных страниц формата А4 в минуту при печати с физическим (реальным) разрешением 1600Ѕ800 dpi.

Одна печатающая головка MEMS шириной 222,8 мм выстреливает свыше 700 млн чернильных капель в секунду. В ней предусмотрено пять каналов для использования чернил пяти цветов (к примеру, CMYKK), которые можно компоновать в различных комбинациях, в зависимости от сферы применения печатающего устройства.

Тем не менее только офисными принтерами для печати форматом А4 применение технологии MEMS не ограничивается. Путем расположения пяти печатающих головок MEMS бок о бок обеспечивается возможность выполнять широкоформатную полноцветную печать на материалах шириной чуть более 1 м без необходимости в перемещении печатающей каретки. В промышленных принтерах (к примеру, используемых в изготовлении этикеток) печатающие головки можно располагать друг за другом, что позволяет системе выстреливать свыше 3 млрд чернильных капель в секунду. Любопытная деталь: диаметр одной дюзы приблизительно в 10 раз тоньше человеческого волоса.

Печатающие головки MEMS генерируют чернильные капли объемом 1,1­1,2 пл каждая, обеспечивая высокую четкость воспроизведения мелких деталей изображения.

Как заявляет компания­разработчик, принтеры, основанные на технологии Memjet, также потребляют меньше электроэнергии, чем тонерные лазерные принтеры.

Печать осуществляется водными чернилами на основе красителей (dye­based water inks) в четырехцветной конфигурации (CMYK), которые разработаны компанией Memjet и специально адаптированы для использования в скорострельных печатающих головках MEMS. Чернила совместимы с любыми пористыми материалами без покрытия, включая гофрированный картон, с высокосортной бумагой, а также с любыми носителями с покрытием для струйной печати.

Поддержка печатающей головки в рабочем состоянии осуществляется с помощью системы прочистки, которая, получая соответствующую команду, прокачивает головку воздухом, прочищает ее и снова заправляет чернилами. Быстрая прочистка занимает не более 30 секунд, полный цикл обслуживания печатающей головки потребует нескольких минут.

Примечательно, что, являясь разработчиком действительно революционной технологии, уже защищенной более чем 5000 международных патентов, Memjet не планирует выпускать принтеры своими силами. Компания предпочитает поставлять основные компоненты системы MEMS (печатающие головки, чернила, контроллеры и программное обеспечение) производителям комплектного оборудования в рамках ОЕМ­соглашений таким же образом, как заводы — изготовители электронных чипов снабжают своей продукцией именитые компании, выпускающие смартфоны, планшеты и ноутбуки. И в последние несколько лет круг официальных партнеров Memjet неуклонно растет.

Memjet утверждает, что ее разработки защищены примерно 5000 мировых патентов, а еще на 500 — поданы заявки. Более 2000 из этих патентов выданы в США.

В прошлом году компания Memjet представила печатную головку DuraLink для струйной печати. Новая технология подходит для печати упаковки большими тиражами, обеспечивая соответствующие качество, скорость и ценовую доступность.

Технология DuraLink представляет собой сочетание долговечной печатающей головки, надежных пигментных чернил, ширины печати более 2 м (2228 мм) и большого выбора модулей, что обеспечивает возможность быстрой разработки современных решений для печати упаковки.

Отличие этой печатающей головки от большинства имеющихся на рынке моделей состоит в большом количестве сопел. Пять сопел приходится на один пиксель, так что выход из строя одного сопла практически не влияет на качество изображения. И это качество является стабильным для каждого из 1 млрд выбросов чернил на сопло для каждого из цветов CMYK. Кроме того, это значит, что печатающая головка нечасто подлежит замене. В общей сложности печатающая головка DuraLink имеет 70 400 сопел. Головка не требует частого обслуживания и позволяет осуществлять печать больших тиражей. DuraLink обеспечивает разрешение 1600 dpi.

Кто что использует

Внимательного читателя может заинтересовать, какие компании используют в своей продукции те или иные технологии? Выше мы уже частично затрагивали этот момент, но здесь сделаем это отдельно.

Пьезоэлектрическую технологию использует компания Epson.

Термоструйную технологию используют компании Lexmark, Canon, Brother и Hewlett­Packard.

На сегодняшний день технологии струйной печати Memjet используются в принтерах таких компаний, как Canon, Delphax, Neopost, Printware, RTI Digital и Xerox.

Например, корпорация Xerox предлагает высокоскоростной широкоформатный цветной принтер IJP 2000, оснащенный струйными печатающими головками компании Memjet.

Аппарат предназначен для выпуска интерьерной графики: постеров, вывесок, баннеров, PoP­материалов и пр.

IJP 2000 может печатать как с листа, так и с рулона шириной до 1060 мм. Максимальная скорость печати — 420 м2/ч при разрешении 1600 dpi. Плотность материалов — до 190 г/м2. Длина оттиска при печати баннера — до 9 м.

Производитель отмечает, что скорость IJP2000 примерно в 40 раз выше, чем у «сравнимых» широкоформатных принтеров, присутствующих на рынке. При этом скорость и качество печати IJP 2000 сохраняются независимо от типа и ширины используемого материала.

Управление принтером осуществляется с помощью растрового процессора Caldera Grand RIP Plus.

В качестве запечатываемых материалов можно использовать текстиль, винил, бэклиты, бумаги с покрытием и без него и пр. Чернила — водные на основе красителя.

6 — 2014

Какой принцип печати у струйного принтера

Технологии струйной печати

Благодаря развитию технологии струйной печати и внедрению качественно новых решений производителям удалось избавиться от многих принципиальных недостатков, которые были присущи струйным принтерам в прошлом. К сожалению, сломать укоренившиеся в головах пользователей стереотипы гораздо сложнее.

Тени прошлого

Если вернуться на пару десятков лет назад и объективно оценить выпускавшиеся в то время струйные принтеры, то можно отметить целый ряд присущих им принципиальных недостатков. Во­первых, это низкая производительность, которая к тому же в значительной мере зависела от целого ряда факторов — в частности от выбранного режима качества, типа носителей и даже содержимого выводимых документов и изображений. Во­вторых, в устройствах того времени применялись цветные чернила на водорастворимой основе. Их главный недостаток заключался в том, что получаемое изображение легко смазывалось под действием влаги (достаточно было одной случайно попавшей на страницу капли жидкости, чтобы безнадежно испортить отпечаток) и быстро выцветало под действием солнечного света и содержащихся в воздухе газов. Кроме того, качество и точность цветопередачи отпечатков в значительной мере зависели от типа используемой бумаги. Рассчитывать на получение изображений фотографического качества можно было только при использовании дорогих сортов фирменных фотобумаг.

И в­третьих, струйные устройства того времени были довольно капризными в эксплуатации. В частности, долгий (в течение трех­четырех месяцев и более) простой нередко приводил к полному высыханию чернил в дюзах печатающей головки, вследствие чего для приведения аппарата в рабочее состояние необходимо было неоднократно выполнять процедуру глубокой очистки. Это влекло за собой непроизводительные затраты времени и весьма недешевых чернил. К тому же далеко не всегда удавалось достичь желаемого результата — то есть восстановить работоспособность всех дюз печатающей головки.

В случае принтеров на базе термоэлектрической струйной технологии (Canon, HP, Lexmark и др.) данную проблему можно было решить заменой картриджа. Печатающая головка в этих устройствах является составной частью картриджа и, соответственно, заменяется вместе с чернилами. Более серьезные проблемы возникали у владельцев моделей на базе пьезоэлектрической технологии (в частности, Epson), которые оснащаются несменной печатающей головкой. Если восстановить работоспособность всех дюз даже после выполнения многочисленных прочисток не удавалось, оставалось два варианта: либо дорогостоящий ремонт, либо замена имеющегося устройства на новое.

Такова была ситуация в прошлом. Вполне закономерно, что негативный опыт, полученный в то время многими владельцами струйных принтеров, способствовал формированию и укоренению стереотипов, которые живы в сознании массового пользователя и поныне. Принято считать, что струйные устройства ненадежны, дороги в эксплуатации и из­за невысокой производительности не подходят для печати больших объемов документов. Однако с тех пор много воды (и чернил) утекло, и впору задать вопрос: актуальны ли стереотипы, сформировавшиеся фактически еще в прошлом веке, применительно к современным устройствам? Ведь разработчики ключевых компонентов струйной технологии — в частности печатающих головок и чернил — все эти годы не сидели сложа руки. И если разобраться, то благодаря их усилиям многие из описанных выше проблем к настоящему времени удалось решить.

Пигментные чернила

Начнем с чернил. Как уже было упомянуто, основной причиной низкой стойкости отпечатков струйных принтеров, сделанных на обычной бумаге, было использование чернил на водорастворимой основе. Около десяти лет назад ведущие производители струйных принтеров смогли решить это проблему, внедрив в серийно выпускаемых устройствах системы печати с цветными пигментными чернилами. Это позволило значительно повысить стойкость отпечатков к воздействию влаги, солнечного света и содержащихся в воздухе газов.

Одной из первых такой подход реализовала в своих устройствах компания Epson. В 2003 году она представила несколько моделей струйных принтеров и МФУ, которые печатали полностью пигментными чернилами DURABrite. Если не вдаваться в подробности, то чернила DURABrite представляют собой взвесь пигментных частиц в жидком полимерном материале. Состав полимера подобран таким образом, что взвешенные в нем частицы не слипаются между собой. Таким образом, при «выстреливании» из дюзы печатающей головки каждая из пигментных частиц оказывается заключенной в жидкую капсулу из полимерного материала. На воздухе полимер очень быстро затвердевает, и пигментные частицы прикрепляются непосредственно к поверхности листа, не успевая проникнуть вглубь бумажных волокон.

По сравнению с применявшимися ранее цветными чернилами на водорастворимой основе пигментные чернила обладают целым рядом важных достоинств. Они практически мгновенно (за сотые доли секунды) высыхают при попадании на поверхность носителя. Кроме того, изображения, нанесенные такими чернилами, не подвержены смазыванию при попадании влаги на бумагу. В процессе демонстрации возможностей чернил DURABrite отпечатки полностью погружали в воду, и даже после такого воздействия изображение по­прежнему оставалось четким (рис. 1).

Какой принцип печати у струйного принтера

Рис. 1. Демонстрация водостойкости отпечатка,
сделанного чернилами DURABrite

Еще одно важное достоинство цветных пигментных чернил заключается в том, что они обеспечивают получение более ярких цветов при печати на обычной бумаге. Кроме того, качество отпечатков в меньшей степени зависит от типа используемой бумаги, чем в случае чернил на водорастворимой основе. Объясняется это тем, что частицы пигмента закрепляются на поверхности носителя, в то время как при использовании чернил на водорастворимой основе жидкий краситель проникает вглубь волокон бумаги.

И наконец, изображения, отпечатанные пигментными чернилами, обладают гораздо более высокой стойкостью к воздействию солнечного света и содержащихся в воздухе газов.

Необходимо отметить, что чернила DURABrite не выдерживают нагрева до высоких температур и по этой причине непригодны для использования в устройствах на базе термической струйной печати.

Примерно в то же время в компании HP разработали собственную разновидность цветных пигментных чернил (HP Vivera), которые также содержат пигментные частицы и бесцветное связующее вещество, но при этом сохраняют свои свойства в процессе нагрева.

Конечно, у пигментных чернил есть и определенные недостатки. Из­за относительно большого диаметра частиц пигмента дюзы печатающей головки нельзя сделать столь же маленькими, как у устройств, рассчитанных на использование чернил на водорастворимой основе. А это, в свою очередь, налагает определенные ограничения на минимальный объем капель, наносимых на поверхность носителя. Именно по этой причине полностью пигментные составы чернил применяются главным образом в устройствах начального уровня, а также в аппаратах, предназначенных для выполнения офисных задач. Что касается специализированных моделей, предназначенных главным образом для печати высококачественных изображений на специальных носителях, то во многих из них по­прежнему используются чернила на водорастворимой основе.

Всё дело в головках

В то время как химики колдовали над новыми составами чернил, инженеры пытались найти способы повышения производительности струйных принтеров. Напомним, что в большинстве струйных принтеров используется механизм с подвижной печатающей головкой. Перемещаясь от одного края листа к другому, головка наносит изображение на узкий горизонтальный участок. Затем лист сдвигается на некоторое расстояние вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения головки, последняя возвращается в исходное положение, и весь цикл повторяется снова. У современных моделей струйных принтеров и МФУ, работающих по описанной схеме, ширина области, запечатываемой за один проход, составляет от 10 до 25 мм. Таким образом, для нанесения изображения на лист формата А4 требуется выполнить несколько десятков циклов. Дело в том, что при установке качества печати, отличного от чернового, расстояние, на которое смещается лист после каждого прохода печатающей головки, будет значительно меньше ширины запечатываемой области. Это вынужденная мера, необходимая для того, чтобы предотвратить появление горизонтальных полос на стыках соседних областей.

Казалось бы, есть вполне очевидные способы повышения производительности струйных принтеров с подвижной печатающей головкой. Например, можно увеличить ширину запечатываемой области, сократив за счет этого количество циклов, необходимых для формирования изображения определенного формата. Или же повысить частоту выброса капель, что позволит перемещать головку с более высокой скоростью. Однако осуществить эти планы на практике не так­то просто.

Проблема заключается в том, что потенциал для дальнейшего наращивания этих параметров уже практически исчерпан. В середине прошлого десятилетия частота выброса капель в печатающих головках струйных устройств составляла 10­20 кГц. Тогда казалось, что это уже предел. Тем не менее несколько лет назад разработчикам Epson удалось создать пьезоэлектрическую печатающую головку PrecisionCore Micro TFP, способную выстреливать капли с частотой до 50 кГц. Но, как отмечают представители Epson, победа далась нелегко: данный проект стал самым дорогим в истории компании. Кроме того, себестоимость производства таких печатающих головок высока, и по этой причине их использование оправданно только в высокопроизводительных печатающих устройствах.

Что касается ширины рабочей области печатающей головки, то максимальное значение этого параметра ограничено прочностными характеристиками используемых материалов. Если говорить о различных разновидностях термической струйной печати, то в настоящее время возможен серийный выпуск печатающих головок шириной немногим более 1 дюйма (25,4 мм). А поскольку пластины печатающих головок изготавливаются по технологии, схожей с используемой для производства полупроводниковых чипов, то увеличение физического размера рабочей области приводит к существенному росту себестоимости изделия.

Впрочем, помимо эволюционного развития возможен и другой вариант — революционный. Суть его заключается в том, чтобы отказаться от подвижной печатающей головки, заменив ее на неподвижную, рабочая область которой покрывает всю ширину носителя. Преимущества такого подхода очевидны. Принтер подобной конструкции сможет печатать гораздо быстрее, а кроме того, его производительность будет в значительно меньшей степени зависеть от выбранной настройки качества. Также автоматически решается проблема устранения горизонтальных полос на выводимом изображении, которые нередко наблюдаются при печати в черновом режиме.

Однако для того, чтобы сконструировать такой принтер, необходимо было решить нетривиальную задачу: создать печатающую головку с очень широкой рабочей областью (порядка 21 см для устройств формата А4). Не имея технической возможности изготовить такую головку целиком, разработчики все­таки сумели найти решение. Оно заключается в том, чтобы объединить несколько небольших печатающих головок в едином блоке, расположив их в шахматном порядке (рис. 2).

Какой принцип печати у струйного принтера

Рис. 2. Схема расположения нескольких печатающих головок
в одном блоке

Одним из первых подобных решений, реализованных в коммерческих продуктах, стала технология НР Edgeline. Первыми серийными устройствами, в которых она была внедрена, стали представленные в 2007 году МФУ CM 8050 и CM 8060. В этих устройствах были установлены четыре неподвижных блока печатающих головок с шириной рабочей области 4,25 дюйма (108 мм). Один блок объединяет пять печатающих головок, в каждой из которых расположено по 2112 сопел, и обеспечивает нанесение чернил двух цветов (рис. 3).

Какой принцип печати у струйного принтера

Рис. 3. Схема нанесения цветного изображения четырьмя блоками неподвижных печатающих головок в устройствах
на базе технологии НР Edgeline

В том же году австралийская компания Silverbrook Research представила собственную технологию струйной печати под названием Memjet. Одной из особенностей данного решения является использование блока непо­движных печатающих головок, составленного из нескольких секций длиной по 20 мм каждая. В одной секции расположено 6400 сопел, что обеспечивает аппаратную разрешающую способность 1600 dpi. Печатающая головка для принтера формата А4 состоит из 11 секций и насчитывает в общей сложности 70,4 тыс. сопел.

Спустя несколько лет в HP создали более совершенную технологию под названием PageWide. Одним из ключевых элементов данного решения является неподвижный блок печатающих головок, охватывающий всю ширину носителя (217,8 мм). В его корпусе объединены десять секций, расположенные в шахматном порядке (рис. 4). В каждой секции имеется по 1056 сопел для чернил каждого из четырех базовых цветов. Таким образом, каждая секция содержит в общей сложности 4224 сопла, а их суммарное количество во всем блоке составляет 42 240. Это позволяет наносить изображение на всю ширину носителя в четыре краски с разрешением 1200 dpi.

Какой принцип печати у струйного принтера

Рис. 4. Неподвижный блок печатающих головок, устанавливаемый в устройствах на базе технологии HP PageWide

Какой принцип печати у струйного принтера

Рис. 5. Высокопроизводительный цветной принтер
HP Officejet Enterprise X555 формата А4, созданный
на базе технологии HP PageWide

В настоящее время на базе технологии HP PageWide выпускаются высокопроизводительные принтеры и МФУ серии HP Officejet Enterprise (рис. 5), которые в черновом режиме позволяют печатать со скоростью более 70 страниц формата А4 в минуту (как монохромных, так и цветных). Кстати, в издании «Книги рекордов Гиннесса» за 2013­й год зафиксирован официальный рекорд: принтер HP Officejet Pro X576dw был признан самым быстрым в мире среди настольных цветных струйных принтеров формата А4.

Заключение

Эволюция технологий струйной технологии печати продолжается. Благодаря внедрению целого ряда новых решений производители струйных печатающих устройств смогли устранить многие принципиальные недостатки, которые были присущи ранее выпускавшимся моделям. Но, как ни парадоксально, разработка и внедрение без преувеличения революционных технологий происходят гораздо быстрее, нежели изменения в сознании заказчиков и пользователей. Не секрет, что многие из них при выборе оборудования по­прежнему руководствуются стереотипами, сформировавшимися еще в прошлом веке. Не пора ли освободиться от них и свежим взглядом оценить радикально изменившуюся ситуацию?

Close Menu