Главная Браузеры

Что такое струйный принтер? Как работают струйные принтеры Принцип работы струйного

Сложно представить современную жизнь без принтера. В школах распечатывают сценарии, в университете - рефераты, на работе - договоры, и даже дома нам бывает крайне необходимо перенести на бумажный носитель ту или иную информацию. Различают несколько типов принтеров, они классифицируются по типу печати, по формату, по размеру и даже по типу печатных материалов. Рассмотрим принцип печати струйного и лазерного принтера.

Как работает струйный принтер

Постараемся осветить принцип печати струйного принтера кратко. Качество печати у него немного хуже, чем у лазерного. Однако их стоимость значительно ниже, чем у лазерных. Струйный принтер идеально подходит для эксплуатации в домашних условиях. Он прост в эксплуатации и легко обслуживается. Принцип печати струйного и лазерного принтера заметно отличаются. Это проявляется и в технологии подачи чернил, и в устройстве оборудования. Поэтому поговорим сначала о том, как печатает струйный принтер.

Его принцип работы заключается в следующем: в специальной матрице формируется изображение, а затем эта матрица отпечатывает изображение на полотне с использованием жидких красителей. Другой тип струйных принтеров оснащен картриджами, которые устанавливают в специальный блок. В этом случае с помощью печатающей головки чернила подаются в печатающую матрицу, а уж она переносит изображение на бумагу.

Способы хранения чернил и их нанесение на бумагу

Существует три способа нанести чернила на полотно:

Пьезоэлектрический метод;
. метод газовых пузырей;
. метод drop-on-demand.

Первый метод при печати оставляет на полотне чернильную точку, за счет пьезоэлемента. С его помощью трубка сжимается и разжимается, не позволяя лишним чернилам попасть на бумагу.

Газовые пузыри, еще известные как инжектируемые пузыри, оставляют отпечаток на полотне за счет высоких температур. Каждое сопло печатающей матрицы оснащено который нагревается за долю секунды. Образовавшиеся газовые пузыри проталкиваются через сопло и переносятся на расходный материал.

Метод drop-on-demand в процессе работы также использует газовые пузыри. Но это более оптимизированная технология, которая значительно увеличивает скорость и качество современной печати.

В струйном принтере чернила хранятся двумя способами. Присутствует отдельный съемный резервуар, из которого чернила подаются в печатающую головку. Второй способ для хранения чернил использует специальный патрон, который также находится в печатающей головке. Для замены патрона необходимо заменять и саму головку.

Поговорим о струйных принтерах

Струйные принтеры обрели особую популярность благодаря возможности При печати изображение формируется за счет наложения основных тонов друг на друга разной насыщенности. Набор основных цветов носит аббревиатуру CMYK. К нему относятся: желтый, пурпурный, голубой и черный.

Изначально предлагался трехцветный набор, в который входили все вышеперечисленные тона, кроме черного оттенка. Но при наложении желтого, голубого и пурпурного цвета, при 100% насыщенности, не удавалось добиться черного. В результате получали коричневый или серый цвет. Поэтому было решено добавить черные чернила.

Особенности работы струйного принтера

К основным показателям качественной работы принтера относится шум, скорость печати, качество печати и его долговечность.

Эксплуатационные свойства принтера:

Принцип печати - струйный. Чернила подаются через специальные сопла и отпечатываются на полотне. В отличие от игольчатых принтеров, где нанесение чернил - это ударно-механический процесс, струйный работает очень тихо. Как печатает принтер, не слышно, можно только различить шум двигателя, который передвигает печатающие головки. не превышает 40 дБ.
Скорость печати струйного принтера значительно выше, чем у игольчатого. От этого показателя также зависит качество печати. Принцип печати принтера: чем выше скорость, тем хуже отпечаток. Если выбирать высококачественную печать, процесс замедляется и краска наносится более тщательно. Средняя такого принтера примерно 3-5 страниц в минуту. Более современные модели увеличили этот показатель до 9 страниц в минуту. Цветная печать требует немного больше времени.
Шрифт - это одно из главных преимуществ струйного принтера. Качество отображения шрифта можно сравнить только с лазерным принтером. Повысить качество печати можно за счет использования хорошей бумаги. Она должна обладать быстро впитывающими свойствами. Хорошее изображение получается на бумаге с плотностью 60-135г/м². Также неплохо себя показала бумага для ксероксов с плотностью 80 г/м². Для быстрого высыхания чернил используют функцию подогрева бумаги. Несмотря на то, что принцип печати струйного и лазерного принтера совершенно разные, качественное оборудование позволяет добиться сходного эффекта.
Бумага. К сожалению, струйный принтер не приспособлен для печати на рулонных носителях. А для получения нескольких копий придется воспользоваться многократной печатью.

Недостатки печати струйного принтера

Как выяснилось выше, струйные принтеры печатают жидкими красителями с помощью матрицы. Изображение формируется из точек. Самая дорогая деталь в принтере - печатающая головка, некоторые фирмы встроили печатающую головку принтера в картридж, для уменьшения общих габаритов устройства. Принцип печати струйного и лазерного принтера значительно отличаются друг от друга

К недостаткам такого принтера можно отнести:

Невысокую скорость печати.
Если принтер не эксплуатировался долгое время, чернила могут засохнуть.
Расходники имеют высокую стоимость и малый ресурс.

Преимущества печати струйного принтера

Привлекательная цена, идеальное соотношение цены и производительности.
У принтера очень скромные габариты, что позволяет его разместить в небольшом кабинете, без создания неудобств пользователю.
Картриджи легко заправить самостоятельно, достаточно приобрести чернила и прочесть инструкцию.
Возможность подключения При больших объемах печати, это позволит существенно снизить расходы.
Высококачественная печать фотографий.
Широкий выбор печатных носителей.

Немного о лазерном принтере

Лазерный принтер - это разновидность оборудования, предназначенного для нанесения отпечатка текста или изображения на бумажный носитель. История создания этого типа оборудования весьма необычна. И имеет маркетинговый подход, в отличие от струйного принтера, при создании которого были разработаны сотни научных концепций.

Только в 1969 году компанией Xerox начал разрабатываться принцип печати лазерного принтера. Несколько лет велись научные работы, было использовано множество способов по усовершенствованию существующего аппарата. В 1978 году в мире появился первый копир, который использовал лазерный луч для создания отпечатка. Принтер получился огромных размеров, да и цена не позволяла приобрести этот агрегат каждому желающему. Спустя некоторое время, разработкой заинтересовалась компания Canon, и в 1979 году был выпущен первый настольный лазерный принтер. После множество компаний занялось оптимизацией копиров и выпуском новых моделей, однако принцип печати лазерного принтера не изменился.

Как печатает лазерный принтер

Отпечатки, полученные таким способом, обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Для них не страшна влага, они не боятся стирания и выцветания. Изображения, полученные таким способом, получаются очень качественными и стойкими.

Принцип печати лазерного принтера кратко:

Лазерный принтер наносит изображение на полотно в несколько этапов. Тонер (специальный порошок) под действием температуры плавится и прилипает к бумаге.
Ракель (специальный скребок) снимает с барабана неиспользованный тонер в накопитель отработки.
Каронатор поляризует поверхность барабана, и посредством электростатических сил присваивает ему положительный или отрицательный заряд.
Изображение формируется на поверхности барабана с помощью вращающегося зеркала, которое направляет его в нужное место.
Барабан перемещается по поверхности магнитного вала. На валу находится тонер, который прилипает в те места барабана, где отсутствует заряд.
После барабан прокатывается по бумаге, оставляя тонер на полотне.
На завершающем этапе бумага с распыленным на ней тонером прокатывается через печку, где вещество под воздействием высоких температур плавится и надежно пристает к бумаге.

Принцип печати лазерного принтера имеет много общего с технологией, используемой в копировальных аппаратах.

Цветные лазерные принтеры и их главные отличия

Процесс печати на цветном принтере отличается от черно-белого наличием нескольких оттенков, которые при смешивании в определенной пропорции способны воссоздать все известные нам цвета. В цветных лазерных принтерах используется четыре отдельных отсека для каждого цвета краски. Это и есть их основное отличие.

Печать на цветном принтере состоит из следующих этапов: анализ изображения, его растровое изображение, расположение цветов и соответствующих им тонеров. Затем формируется распределение зарядов. После процедура такая же, как и при черно-белой печати. Лист с краской проходит через печку, где тонеры расплавляются и надежно схватываются с бумагой.

Их преимущество заключается в том, что принцип печати лазерного принтера позволяет добиться очень тонких лучей, которые разряжают нужные участки. В итоге мы получаем очень качественное изображение высокого разрешения.

Преимущества современных лазерных принтеров

К преимуществам печати лазерных принтеров относится:

Высокая скорость печати.
Стойкость, четкость и выносливость отпечатков (им не страшен влажный микроклимат).
Высокое разрешение изображения.
Низкая себестоимость печати.

Недостатки печати лазерного принтера

Главные недостатки лазерных принтеров:

Во время работы оборудования, выделяется озон. А значит, с ним нужно работать в хорошо проветриваемом помещении.
Высокое энергопотребление.
Громоздкость.
Высокая стоимость оборудования

Опираясь на все плюсы и минусы, можно сделать вывод, что струйные принтеры прекрасно подходят для домашнего использования. У них доступная цена и небольшие габариты, что важно для многих пользователей.

Лазерный принтер подходит для офисов и других учреждений, где много черно-белых распечаток и важна скорость обработки документов.

Данная статья призвана объяснить пользователю, как работает струйный принтер. Читатель имеет возможность узнать об истории появления и совершенствования струйных устройств для печати, а также ознакомится с технологиями нанесения картинки на бумагу.

Француз Феликс Саварт в 1833 году обнаружил интересное явление – капельки жидкости, выходящие через очень узкое отверстие, имеют одинаковый размер и консистенцию. Только спустя 45 лет лауреат Нобелевской премии в области физики лорд Райли смог объяснить это явление, опираясь на законы природы.

Шли годы, но этот эффект так и не находил применения на практике. Лишь в 1951 году сотрудники компании Siemens в лаборатории смогли применить на практике явление, обеспечивающее одинаковую консистенцию капель жидкости в устройстве для измерения напряжения, названном магнитографом. Спустя десятилетие ученые со Стенфорда разработали метод разбивки капель на одинаковые и равноудаленные одна от другой с возможностью подачи электрического заряда на их поток или избранные участки. Капли, имея определенный цвет, попадали на твердую поверхность, формируя изображение, а заряженные частички жидкости возвращались обратно в коллектор. Это назвали непрерывной струйной печатью.

В 70-х годах IBM смогла лицензировать вышеописанную технологию и разработала на ее основе линейку устройств для печати текста на твердых материалах. В то же время профессор Херс из Швеции разработал технологию регулировки различных параметров потока, добившись печати в градациях серого цвета, а не только черным. Также он смог отрегулировать плотность жидкости, наносимой на поверхность.

В конце 70-х годов Canon разработала технологию термической струйной печати. То же самое создала и Hewlett-Packard независимо от первых, и в 1984 году выпустила доступный для широкого круга пользователей струйный принтер.

Первый принтер с жидкими чернилами

Говоря про такое устройство как струйный принтер, необходимо отметить один важный момент, касающийся проблемы с отводом лишних капель обратно в резервуар. Она была решена в принтерах компании Siemens и Silonics, выпущенных в 1980 и 1977 годах соответственно. Независимо друг от друга, сотрудники фирм пришли к методу, названному drop-on-demand, и начали массовый выпуск устройств на его основе. Суть метода drop-on-demand заключается в выпуске капель устройством по требованию. Это были первые принтеры, которые использовали в своей работе технологию, ставшую прообразом пьезоэлектрической печати.

В 1979 году специалисты с фирмы Canon разработали метод пузырьковой печати, соответственно которому, капельки жидкости выпускались на поверхность нагревательного элемента, находящегося в непосредственной близости с соплом. Нагреватель, пропуская через себя электрический ток, мгновенно нагревается до нескольких сотен градусов (около 500 °C). Во время этого процесса в жидких чернилах образуются микроскопические пузырьки с воздухом, выталкивающие частички жидкости из сопла на бумагу. Эта технология, которую презентовали в 1981 году на выставке электроники Canon Grand Fair, одержала название Thermal Ink Jet.

На основе пузырьковой печати была выпущена первая в мире модель монохромного струйного принтера Canon BJ-80, предназначенная для использования в бизнесе.

Тремя годами позже появился первый цветной струйный принтер, разработанный фирмой Canon. Назывался он BJC-440 и поддерживал печать на огромных форматах листов стандарта А2 с разрешением до 400 точек на дюйм.

Строение и принцип работы

Большинство деловых людей пользуются принтерами в повседневной жизни, но единицы из них знают и представляют, как работает струйный принтер.

Картридж для струйного принтера оборудован соплами, в которых и таится секрет его работы. Количество сопел может достигать нескольких тысяч, в зависимости от картриджа. В них подогревается жидкость, называемая чернилами, после чего выталкивается с огромной, недостижимой для оптической системы глаза человека, точностью на носитель.
Внешний вид устройства не представляет собой ничего особенного, а вот его внутренняя структура являет собой очень сложный и улаженный механизм.

Принцип печати схож с работой матричных принтеров тем, что изображение формируется последовательно, по строчкам. Только вместо ударов игл, в случае с матричным, изображение струйного принтера формируется посредством нанесения микроскопических частиц чернил, выбрасываемых соплами. Краска представляет собой смесь из воды, красящего элемента и специальных химических веществ, не позволяющих чернилам высыхать на протяжении длительного периода времени. Разделяются они на пигментные и водорастворимые. Первые – наносятся на поверхность бумаги, а вторые – пропитывают ее, делая изображение более долговечным и защищенным от воздействия внешней среды.

Чернила могут подаваться на печатающую головку двумя методами: с картриджа, в который встроенный резервуар для краски, и посредством постоянной подачи со стороннего резервуара. Во втором случае, как только порция чернил выбросилась на бумагу, модулятор сразу же сообщает, что их уровень понизился и необходимо подать определенный объем краски для заполнения емкости с краской.

Процесс печати начинается с того, что механизм подачи бумаги (в некоторых моделях используется устройство автоматической подачи, расположенное под небольшим уклоном на задней панели корпуса) с помощью роликов с резиновыми насадками захватывает лист бумаги с лотка. Система управляется с помощью одного из расположенных в принтере шаговых двигателей. Специальный ролик протягивает лист и продвигает далее внутрь принтера до печатающей головки. Эта головка состоит из нескольких тысяч микроскопических сопел, распыляющих чернила по поверхности бумаги в строго заданном порядке и режиме.

Посредством приводного ремня, выполненного в виде шлейфа, она соединяется со вторым шаговым двигателем, который управляет движением роликов для захвата и подачи бумаги, обеспечивая нужный темп подачи листов в принтер, к печатающей головке. Третий мотор управляет движением печатающей головки в одной плоскости – вперед-назад, а последний — отвечает за своевременное выталкивание чернил из сопел. Эти миниатюрные электродвигатели обеспечивают работу принтера и синхронизируют между собой работу печатающей головки, механизма подачи бумаги и собственно процесса нанесения изображения на поверхность листа бумаги.

Картридж для струйного принтера состоит из резервуара для чернил и печатающей головки.

Головка представляет собой огромное количество резервуаров, в которых подогреваются чернила. Они называются соплами. В этих соплах расположен микроскопический нагреватель, который, при подаче на него напряжения, мгновенно разогревает капельку краски до температуры кипения. Она тут же испаряется, значительно расширяясь в объеме. При этом образуются пузырьки воздуха, выталкивающие чернила из сопел. Весь процесс основан на том, что жидкость занимает меньший объем, чем образовавшийся из нее газ.

После выключения нагревателя, он мгновенно остывает, и следующая капля поступает для испарения. Процедура происходит с огромной скоростью — каждое сопло за секунду успевает выталкивать несколько тысяч частиц красящей жидкости. Но скорость в таком случае второстепенна. Главное – точность. Каждая капелька должна выталкиваться в отведенное ей время, дабы на листке бумаги появлялись нужные элементы, а не неупорядоченные пятна краски. Диаметр частицы составляет не больше 0.02 мм, что является больше, чем шаг печати. В таком случае капли просто наносятся друг на друга.

Подобным образом происходит и нанесения на бумагу цветного изображения, только производится это посредством смешивания краски из трех или более разноцветных картриджей.

Термоэлектрическая печатающая головка

Впервые данную технологию предложил инженер компании Canon в конце 1970-х. Строение термоэлектрической головки достаточно простое. Она состоит из большого количества сопел, канала для подвода к ним чернил из соответствующего резервуара, проводников, посредством которых осуществляется управление, и нагревательного элемента в каждом сопле.

В момент поступления задания печати принтеру, сопло готовится к работе. К нему подводятся чернила, нагревательный элемент при этом выключен. Во время подачи управляющего сигнала через специальные проводники, нагреватель в мгновение разогревает жидкость, она закипает и испаряется. Процесс сопровождается потерей некого количества чернил, достигающего 1 %. Они используются на создание пара. Создавшееся давление тут же выталкивает капельку жидкости из сопла на поверхность бумаги.

Чтобы образовавшаяся капля жидкости получила скорость, необходимую для достижения бумаги, процесс создания пара должен быть мгновенным, дабы образовалось высокое давление. Это обеспечивается за счет быстрого разогрева нагревательного элемента и низкой температуры закипания растворителя. После выталкивания капли жидкости из сопла, напряжение на нагревателе падает и он остывает. В этот момент выходит пар и поступает очередная порция чернил. Скорость печати во многом зависит от темпов остывания сопла.

К недостаткам технологии можно отнести необходимость рассчитывать состав чернил с учетом испарения и сохранением свойств во время повышении температуры до сотен градусов. Вторым незначительным недостатком является износ головки из-за того, что нагретые пузырьки постоянно лопаются, порой причиняя ей микроскопический трещины.

Пьезоэлектрическая печать или капля по требованию

Струйный принтер с пьезоэлектрической печатной головкой – это устройство, в основу работы которого положен так называемый пьезоэффект – это способность определенных материалов изменять свою физическую форму при подаче на них напряжения. Пьезоматериалы также обладают обратным пьезоэлектрическим эффектом – на них образуется потенциал во время физической деформации. Работа такой печатающей головки схожа с термоэлектрической. Но в этом случае выталкивание чернил происходит за счет изменения размера управляющего кристалла во время подачи на него потенциала.

Строение пьезоэлектрической головки зависит от вида деформации материала: продольная или поперечная. Технология пьезоэлектрической печати обладает значительным преимуществом в сравнении с предыдущей – возможностью регулировать размер капельки чернил. Такая возможность позволяет добиться высокого качества печати изображений в градациях черного. Еще этот метод печати не расходует чернила на испарение и не выделяет тепловую энергию, повышая тем самым КПД работы струйного принтера. Благодаря этому принтеры с головками на основе пьезоэлементов стали столь популярными в последнее десятилетие.

В состав пьезоэлектрической головки входит:

пьезоэлемент – основной компонент сопла;
сопло – образует микроскопические частицы краски и обеспечивает точное их распространение;
эластичная мембрана, отделяющая пьезоматериал от емкости с чернилами – позволяет защитить проводники от вредного воздействия веществ, входящих в состав краски;
камера, подводящая чернила к соплу.

В виду того, что размер пьезокристалла изменяется незначительно, камера должна иметь минимальные размеры и обеспечивать как можно большую площадь его соприкосновения с чернилами через мембрану.

Главным отличием таких головок является переменный или постоянный размер образуемых капель чернил. Большие частички быстрее покрывают нужную площадь, а меньшие по размеру — обеспечивают большую точность печати и разрешение. Головки с переменным размером капли умеют на ходу регулировать этот показатель, объединяя несколько частиц чернил базовых размеров.

Благодаря огромному спектру модификаций и материалов изготовления пьезоэлементов, печатающие головки на основе пьъзоматериалов пользуются огромной популярностью в разных сферах деятельности человека: печать текста, документов, почтовых марок, нанесение индексов и маркеров на ткани, гравирование и т.д.

Преимущества и недостатки принтеров с жидкими чернилами

Отрицательные стороны:

небольшая скорость работы, по сравнению с лазерными принтерами, не является критичной в случае домашнего использования;
частички краски в соплах могут засохнуть, поэтому нужно периодически пользоваться принтером, дабы не пришлось покупать новый картридж;
высокая цена на расходные материалы для некоторых моделей принтеров.

Положительные стороны использования струйного принтера:

дешевизна устройства;
очень дешевые расходные материалы (картриджи и чернила) для некоторых моделей;
возможность печатать цветные фотографии высокого качества;
картридж можно заправить самостоятельно в домашних условиях;
возможность подключения системы беспрерывной подачи чернил.

В струйных принтерах в основном используются следующие методы нанесения чернил: пьезоэлектрический, метод газовых пузырей и метод «Drop-on-Demand».

Пьезоэлектрический метод основан на управлении соплом с использованием обратного пьезоэффекта, который, как известно, заключается в деформации пьезокристалла под действием электрического поля.

Рис. 5.3. Принцип действия струйного принтера с пьезоэлементами

Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плоский пьезокристалл, связанный с диафрагмой, как показано на рис. 5.3. При печати находящийся в сопле пьезоэлемент, разжимая (см. рис. 5.3, а) и сжимая (см. рис. 5.3, б) сопло, наполняет его чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые вышли из сопла в виде капли, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства в основном выпускают компании Epson, Brother.

Хотя струйный принцип печати известен уже давно, устройства с его использованием не нашли бы столь широкого применения, если бы не изобретение, ставшее основой для распространения струйной технологии. Первый и основной патент на нее принадлежит компании Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области, она создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии ThinkJet в 1985 г. Путем обмена лицензиями эти две компании получили подавляющее преимущество над конкурентами - сейчас им принадлежит 90 % европейского рынка струйных принтеров.

Метод газовых пузырей является термическим и называется методом инжектируемых пузырьков (Bubble-Jet), или пузырьковой технологией печати, которая проиллюстрирована на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Принцип нанесения чернил с использованием пузырьково! (Bubble-Jet) технологии печати

Каждое сопло печатающей головки принтера оборудовано нагревательным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропускании через него тока за 7-10 микросекунд нагревается до высокой температуры. Температура, необходимая для испарения чернил, например, фирмы Hewlett-Packard, достигает примерно 330 "С. Возникающий при резком нагревании чернильный паровой пузырь (Bubble) стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле, куда и поступает новая порция чернил.

Последовательность нанесения чернил с использованием пузырьковой технологии печати показана на рис. 5.4, а - д. Эту технологию использует фирма Canon. Поскольку в механизмах печати принтеров, реализующих метод газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, чем в тех, что используют пьезоэлектрическую технологию, такие принтеры обладают большей надежностью и ресурсом. Кроме того, использование пузырьковой технологии позволяет добиться более высокой разрешающей способности печати. Однако, обеспечивая высокое качество при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при печати областей сплошного заполнения, поскольку они получаются несколько расплывчатыми. Применение струйных принтеров, механизм печати которых основан на методе газовых пузырей, целесообразно при необходимости распечатки графиков, гистограмм и других видов графической информации без полутоновых графических изображений. Для получения более качественной печати следует выбирать струйные принтеры, реализующие метод Drop-on-Demand.

Метод Drop-on-Demand, разработанный фирмой Hewlett-Packard, использует, так же как и метод газовых пузырей, нагревательный элемент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако в методе Drop-on-Demand для подачи чернил дополнительно применен специальный механизм, в то время как в методе газовых пузырей данная функция возложена исключительно на нагревательный элемент. Специальный механизм реализован на базе следующих физических явлений (Рис. 5.5).

Как правило, в частицах жидкой фазы действует поверхностное натяжение, поддерживающее сферичность. У заряженных частиц чернил поверхностное натяжение снижается, что приводит к делению частицы на более мелкие. Свойство частиц расщепляться используется для получения туманообразных частиц чернил, которые поступают к выходным отверстиям сопел, управляемых электрическими сигналами.

Рис 5.5. Метод drop-on-demand

Технология Drop-on-Demand обеспечивает наиболее быстрое нанесение чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Цветное представление изображения в этом случае более контрастно. В данной технологии управление частицами чернил производится при постоянном отклоняющем поле путем регулирования их электрического заряда. Поэтому вылетающая из сопла каждая частица получает «свою» информацию в виде разной величины электрического заряда, что обеспечивает высокую скорость и качество печати.

Пока компьютеры оперировали одними цифрами и буквами, для вывода обработанной ими информации в принципе хватало ударной технологии печати. Но только в принципе, поскольку никого не устраивал шум, производимый такими устройствами, сильный износ их головок и невысокая скорость работы, когда надо было получить хорошее качество текста.

Чтобы избавиться от шума и износа, были предприняты попытки создать бесконтактную технологию печати, когда краска попадает на бумагу без посторонней помощи. Скажем, в виде струи, состоящей из микроскопических капелек. Единственным расходным материалом при этом стали бы сами чернила.

Так и случилось. Сегодняшняя струйная печать - процесс получения изображения, точки которого формируются вылетающими из сопла печатающей головки капельками. Их скорость достаточна для преодоления зазора между соплом и поверхностью носителя - бумаги или пленки.

Основное преимущество современной струйной печати состоит в ее высоком качестве при минимальных затратах. Обеспечивая четкость текста и графики, сравнимую с результатами работы лазерных принтеров, струйные отличаются гораздо более простой конструкцией, близкой по сложности и цене к примененной в матричных принтерах. При этом качество печати, то есть разрешение, в основном зависит от того, насколько удачна печатающая головка.

Чтобы получить такой же отчетливый текст и ровную графику, как у лазерных принтеров, необходимо добиться столь же высокого разрешения, а сделать это можно только путем уменьшения размера капелек и, соответственно, диаметра сопел. Причем требуется обеспечить высочайшую точность их формы и расположения. Неодинаковые по диаметру сопла выстреливают капельки разного размера и с разной скоростью, что на бумаге проявляется в виде заметных на глаз полосок. Сильнее всего от них страдают светло-серые участки распечатываемых фотографий.

Другая беда, преследующая струйные печатающие головки, - образование капелек-спутников, случайно отклонившихся от траектории и попавших на бумаге не на свое место. Впрочем, подобный эффект наблюдается не только у струйных, но и у лазерных принтеров, однако по другим причинам.

Главная же проблема струйной технологии не в этом. Ее самый существенный недостаток в том, что чернила жидкие, а уж от этого никак не избавишься. Жидкие чернила склонны расплываться на бумаге плохого качества, из-за чего контуры букв получаются размытыми. Пористая бумага слишком сильно впитывает краску, поэтому фотографии теряют контрастность и становятся бледнее. Для получения высокого качества приходится использовать дорогую бумагу, а оптимальные результаты гарантируют только те носители, которые предлагаются к конкретной модели струйного принтера его изготовителем.

Зато есть и неоспоримые преимущества. Печатающие головки у струйных принтеров легче, чем у матричных, поэтому для их перемещения нужны менее мощные приводы. Отсюда меньшее потребление энергии, меньший шум, меньшие габариты.

Второй плюс струйной технологии - исключительная простота реализации цветной печати. При сохранении простоты конструкции принтера и невысокой стоимости чернил цветная струйная технология позволяет получить изображения, практически не уступающие по качеству распечаткам на куда более сложных и дорогих цветных лазерных принтерах и даже фотографиям. Благодаря именно ей цвет стал привычным явлением в деловых бумагах, а у малых фирм появилась возможность самостоятельно производить красочные материалы для презентаций и рекламы.

Непрерывная струйная печать

В первых струйных печатающих устройствах применялся непрерывный способ подачи чернил, когда капельки постоянно выстреливаются из сопла головки.

Чернила подаются в печатающую головку с помощью насоса. Возникающая под создаваемым им давлением струя разбивается на капельки за счет вибрации, вызываемой, например, пьезоэлектрическим элементом. Разумеется, до бумаги должны долететь не все, а только часть капелек, иначе никакого изображения не получится - бумага просто будет равномерно залита чернилами.

Вот как это организовано. Вылетая из сопла, капельки проскакивают через заряжающий электрод. Получив электрический заряд, они попадают в поле отклоняющего электрода, на который подается высокое напряжение. Изменяя напряжение на отклоняющем электроде, можно заставить капельки поменять траекторию полета. Если состоящая из заряженных капелек струя не отклоняется в сторону, она попадает в уловитель, из которого неиспользованные чернила стекают в накопитель, проходят стадию удаления воздушных пузырьков (дегазации) и снова сливаются в основной резервуар с краской.

Сменившие направление полета под действием электрического поля отклоняющего электрода капельки попадают на бумагу, формируя на ней изображение. Угол отклонения траектории зависит от того, насколько сильно изменяется напряжение.

Системы непрерывной струйной печати отличаются тем, что в них применяется дорогая электропроводная краска, способная получить заряд. Так как между соплом и бумагой необходимо разместить два электрода, увеличивается дальность полета капелек и, следовательно, им необходимо придать большую начальную скорость. Очень высока и производительность сопел печатающей головки - из них в секунду вылетает от 50 до 150 тысяч капелек. Однако сам процесс печати не назовешь очень быстрым.

Чтобы непрерывная печать не привела к разорению пользователей вследствие неимоверно большого расхода дорогих чернил, конструкторы - разработчики основанных на этом принципе устройств вынуждены искать пути возвращения в резервуар неиспользованных капелек. Система рециркуляции весьма сложна, что сказывается на общей стоимости струйных принтеров этого типа.

Плюсом непрерывной струйной печати можно считать высокое качество получаемых с ее помощью цветных изображений, на которых практически неразличимы точки. Однако высока и расплата - медленная печать, серьезные эксплуатационные расходы, обусловленные дороговизной чернил и сложностью обслуживания таких принтеров, и, конечно, немалая цена самого оборудования.

Разумеется, инженеры работали над усовершенствованием непрерывной технологии и одновременно искали другие варианты, которые были бы свободны от ее недостатков. Были изобретены импульсные способы струйной печати, и достигнутый в этой области прогресс привел как к упрощению конструкции, удешевлению самих принтеров, так и к снижению эксплуатационных затрат. Именно импульсные технологии способствовали широкому распространению струйных принтеров и позволили им практически вытеснить с рынка матричные печатающие устройства, а также успешно конкурировать с лазерными принтерами по качеству и скорости печати.

Импульсная струйная печать

Пьезоэлектрические головки для струйных принтеров появились в семидесятых годах. Капельки из сопел такой головки вылетают под воздействием создаваемого на очень короткое время избыточного давления в камере с чернилами.

Для образования в камере избыточного давления применяется диск из пьезоэлектрика. Когда к нему подводится напряжение, он деформируется (изгибается). Выгнувшись, диск, который служит одной из стенок камеры с чернилами, резко уменьшает ее объем, оказавшиеся лишними чернила вылетают при этом из сопла в виде капельки. Для заполнения камеры, когда напряжение снято и пьезоэлектрический диск возвращается к исходной форме, применяется капиллярный способ подачи чернил из резервуара.

Предложила пьезоэлектрическую технологию струйной печати компания Epson, однако ей не удалось в полной мере воспользоваться преимуществами новой технологии и монополизировать рынок струйной печати. Помешали конкуренты - фирмы Hewlett-Packard и Canon, разработавшие другую импульсную технологию, получившую название пузырьковой.

Пьезоэлектрические головки до последнего времени отличались от пузырьковых неоправданно сложной и дорогой конструкцией. Однако Epson не отказалась от выбранного пути и приложила большие усилия по доводке своей технологии, в результате чего применяемые ею сегодня многослойные микропьезоэлектрические головки значительно подешевели, а качество их работы (обеспечиваемое разрешение) заметно возросло.

Первый принтер TinkJet, в котором была использована пузырьковая технология, компания Hewlett-Packard выпустила в 1985 году. В настоящее время большинство патентов на эту технологию принадлежит Hewlett-Packard и Canon, причем путем взаимного лицензирования они усилили свои позиции на рынке. Не так давно эти две компании практически полностью контролировали рынок струйных принтеров, пока Epson не решила проблемы с пьезоэлектрической печатью и на него не вторглись активно другие производители принтеров, соблазненные перспективами, открытыми новыми технологиями. Впрочем, неплохие доходы эти компании продолжают получать от продажи третьим фирмам печатающих головок и их электромеханических приводов.

Успех пузырьковых принтеров был вызван тем, что им удалось обеспечить такое же высокое качество печати, как у лазерных устройств, при цене на уровне хороших матричных принтеров. Как уже говорилось, качество печати определяется размером выстреливаемых из сопел капелек чернил, а конструкция пузырьковой головки, отличаясь невиданной простотой, позволила без особых затрат добиться разрешения в 300 точек на дюйм. Таким образом, по разрешению ThinkJet оказался на равных с выпускавшимися в то же время компанией Hewlett-Packard лазерными принтерами LaserJet.

В струйных принтерах Hewlett-Packard и Canon применяют один и тот же процесс формирования изображения, но называют они его по-разному: Canon делает акцент на пузырьковом происхождении капелек (Bubble Jet), в то время как Hewlett-Packard предпочитает именовать эту технологию просто струйной (Inkjet).

И в том и в другом случае графические изображения и текст на бумаге формируются капельками, вылетающими из сверхтонких сопел. В стенку каждого сопла встроен миниатюрный нагревательный элемент. При подаче на него электрического импульса контактирующие с ним чернила практически мгновенно испаряются. Образовавшийся пар расширяется и порождает ударную волну, под избыточным давлением которой чернила выстреливаются из сопла в виде капельки, как пуля из ружья.

После снятия импульса тока с нагревательного элемента пар моментально конденсируется и пузырек теряет свой объем - схлопывается. При этом в стволе-сопле возникает разрежение, под действием которого из резервуара всасывается новая порция чернил.

Конструкция сопел пузырьковой струйной головки чрезвычайно проста, что позволяет не только уменьшить ее стоимость, но и получить ряд других важных преимуществ. Высокая надежность сопел, достигнутая в результате упрощения принципа действия и конструкции, дает возможность отказаться от их дублирования на случай выхода из строя и существенно уменьшить массу и размеры головки. По этой же причине сопла можно разместить гораздо плотнее друг к другу, обеспечив более высокое разрешение. И наконец, работает пузырьковая головка совершенно бесшумно.

Примечательно, что, обладая одной и той же технологией и обменявшись лицензиями, компании Hewlett-Packard и Canon не успокоились и продолжают активно конкурировать друг с другом. Основные пути, ведущие к победе над соперником, - повышение качества (разрешения) печати и снижение ее себестоимости. Понимаете, кто от этого выигрывает? Несмотря на очевидное сходство, между пузырьковыми струйными головками этих компаний есть и существенное отличие. Hewlett-Packard устанавливает нагревательный элемент в торце сопла, при этом для подачи чернил используется специальный резервуар внутри головки. У головок Canon нагреватель расположен сбоку, а чернила текут через ствол сопла по прямой. Это позволяет уменьшить размер головки. Боковое расположение дает возможность увеличить площадь нагревателя, усилить избыточное давление и, следовательно, сообщить капельке большую кинетическую энергию.

Конструкция современных пузырьковых головок допускает использование быстро сохнущих чернил, благодаря чему капельки не успевают впитаться в бумагу или растечься - они просто моментально высыхают. Благодаря увеличению скорости, с которой из сопел выстреливаются капельки, можно увеличить зазор между головкой и бумагой. Больший зазор позволяет применять бумагу худшего качества, неровную или более плотную.

Твердочернильная печать Хотя непосвященному это может показаться странным, твердочернильная, или сублимационная, печать относится к струйной технологии. В настоящее время работающие по этому принципу принтеры применяются для получения цветных распечаток высочайшего качества, не уступающих фотографиям. Примером могут послужить устройства компаний Tektronix и Fargo, известные и на нашем рынке. В последнее время, когда модной стала цифровая фотография, значение сублимационной технологии резко возросло.

Вместо резервуара с жидкими чернилами в сублимационных принтерах используются восковые палочки четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. Встречаются модели с шестью цветами, за счет чего в них улучшена проработка мелких деталей и точность цветопередачи.

Восковые палочки заряжаются прямо в печатающую головку. Специальные нагреватели расплавляют воск, который в жидком состоянии стекает в резервуар подачи. В резервуаре краситель еще одним нагревателем поддерживается в жидкой фазе все время работы принтера. Для получения изображения головка откачивает из резервуара небольшую порцию чернил, дополнительно нагревает их, повышая текучесть, и выстреливает на бумагу.

Принцип работы сублимационного принтера во многом сходен со схемой, используемой в струйных принтерах с непрерывной технологией печати. Однако в данном случае электронное устройство подает чернила в сопла не постоянно, а только в те моменты, когда это требуется. Капельки чернил благодаря своей восковой основе не впитываются в бумагу, а моментально застывают при контакте с ее поверхностью.

После формирования изображения бумагу прогоняют между полированными валками. Они разравнивают шероховатость отпечатка, появившуюся из-за выпуклости каждой попавшей на бумагу и мгновенно застывшей капельки. При прохождении между валками точки расплющиваются и существовавшие между ними промежутки заполняются, а краски смешиваются друг с другом не только оптически, но и физически, улучшая цветопередачу. После проглаживания пользователь получает очень похожее на фотоснимок, глянцевое, оптически плотное изображение, на котором невозможно выделить отдельные точки.

Высочайшее качество печати сублимационных принтеров оказывается невыгодным с точки зрения себестоимости каждой копии и низкой скорости распечатки, если приходится выводить на бумагу много текста. Вообще, одноцветная печать на таких принтерах - полный абсурд, так как обходится она слишком уж дорого.

Принтеры с твердыми восковыми чернилами имеет смысл применять тогда, когда необходима очень точная цветопередача, например для цветопроб в издательском деле или при цифровой фотографии, если надо получить привлекательно выглядящее красочное изображение небольшого формата.

Роман Соболенко

В бытовых условиях популярностью пользуются лазерные и струйные принтеры. Принцип печати таких устройств кардинально отличается, что не может не повлиять на эксплуатационные особенности. В одних случаях лучше всего использовать лазерные изделия, а в других - струйные. Однако сделать конечный выбор в пользу того или иного прибора можно только после рассмотрения схемы работы.

Принцип работы струйного устройства для печати

Все-таки в домашних условиях чаще всего применяется именно струйный принтер. Принцип печати его заключается в формировании изображения посредством жидких чернил. Они переносятся на носитель через специальные сопла, расположенные на головке. Количество таких отверстий зависит от модели печатающего устройства. Обычно их количество колеблется в пределах 16-64 штук.

Так как принцип печати струйного принтера предполагает использование жидких чернил, при продолжительном простое происходит их высыхание на соплах головки. Для этого требуется чистка печатающего элемента, которая предполагает дополнительный расход красящих веществ.

Подобные устройства состоят из следующих составных частей:

несущей конструкции;
блока питания;
печатающей головки;
очистительной системы;
приспособления для подачи носителя;
узла управления.

Цветное изображение получается в результате наложения друг на друга трех базовых цветов. К ним часто добавляются черные чернила, чтобы была возможность применять устройства для обычной печати текстов и черно-былых рисунков, экономя на цветных красках.

Основные технологии струйной печати

Разные модели могут иметь свои достоинства и недостатки. Принцип печати представителей струйных принтеров может также слегка отличаться в зависимости от применяемой технологии. Разница заключается только в способе перенесения чернил на твердый носитель.

Пьезоэлектрический метод предполагает формирование чернильных точек на бумаге при помощи специальных приспособлений, которые имеют связь с диафрагмой. Электрическое поле оказывает непосредственное воздействие на пьезоэлемент, а он разжимает трубку для наполнения капиллярной системы. Основное преимущество заключается в гибком управлении габаритами капли, благодаря чему удается получать качественные изображения с высоким разрешением.
Метод газовых пузырей подразумевает наличие нагревательных элементов непосредственно в соплах. Через них пропускается электрический ток. В процессе нагрева образуются газовые пузыри, которые выталкивают через отверстия нужную порцию жидких чернил. После остывания нагревателя через сопла поступает свежая порция красящего вещества. Высокое качество отмечается при детальной прорисовке линий, но при печати сплошных областей могут быть слегка расплывчатые места.
Термоструйный метод, как и в предыдущем случае, предполагает использование нагревательного элемента. Однако вместе с ним применяется специальный механизм, позволяющий обеспечивать более скоростной впрыск красящих веществ. В связи с этим увеличивается производительность устройств. Цветовая палитра получаемого изображения отличается контрастностью.

Применяемые чернила могут иметь разный состав. Водные чернила содержат растворимый краситель и определенные добавки, позволяющие корректировать вязкость. Их достоинство заключается в низкой стоимости. Пигментные чернила отличаются устойчивостью к ультрафиолету и влажной среде. Качество печати в данном случае меньше зависит от носителя.

Использование непрерывной подачи чернил

С принципом печати струйного принтера стало все ясно. Для хранения красящих веществ используются специальные картриджи. Однако существует особая система, позволяющая обеспечивать непрерывную подачу чернил в целях экономии. В этом случае капсульные резервуары устанавливаются непосредственно на печатающую головку.

Система представляет собой набор емкостей, связанных силиконовым шлейфом, по которому чернила подаются из доноров к основному блоку. Благодаря такому устройству достигается постоянное наличие исходных красителей в печатающей головке. Многие широкоформатные приборы для офиса имеют встроенную систему подачи чернил, которую нельзя увидеть снаружи.

Принцип работы лазерного устройства

Совершенно другой ветвью развития печатающих приборов является лазерная технология, с помощью которой можно добиться высококачественного нанесения красящих веществ на бумагу. Формирование символов и изображений происходит за счет освещения лучом элементов устройства, обладающих светочувствительностью. Полученные экземпляры с текстовой или графической информацией имеют устойчивость к выцветанию и истиранию.

У струйных и лазерных принтеров принцип печати совершенно разный. В качестве красящих веществ выступают тонеры, которые могут переноситься на твердый носитель тремя способами.

С использованием двухкомпонентной системы проявления. Частицы красителя, необходимые для переноса на специальный светочувствительный барабан, не способны закрепляться на магнитном валу без особого магнитного носителя, заряжающегося в результате перемешивания.
С применением однокомпонентного тонера без дополнительных примесей. Частицы вещества в этом случае наделяются магнитными свойствами. В некоторых устройствах может осуществляться электростатическое нанесение. При таком варианте тонер не требует намагничивания.
С использованием двухкомпонентного красящего вещества, смешанного в заводских условиях.

В отличие от струйного принтера, принцип печати лазерного аналога базируется на построении изображения посредством фотографического метода. Лазерный луч попадает на специальный вал, поверхность которого наэлектризована из-за ударной ионизации внутреннего воздуха.

Конструкция лазерных приборов

Получать высококачественную печать лазерным принтерам удается из-за технологических особенностей. В их состав входят следующие элементы.

Фотобарабан, представляющий собой цилиндр из алюминия. Он обработан светочувствительным материалом, который склонен менять электрическое сопротивление при наличии освещения.
Магнитный вал применяется для переноса тонера из резервуара непосредственно на барабан или проявочный ролик, установленный в некоторых моделях современных принтеров.
Ракельный нож выполняет функцию очистительного лезвия. С его помощью осуществляется удаление избытка красящего вещества с растрового вала. Он может быть изготовлен из пластика, стали или стекловолокна.
Бункер отработанного тонера выполнен в виде емкости. Это отделение может находиться отдельно от картриджа или вместе с ним. Скорость наполнения такого резервуара зависит от качества тонера.
Лазерный блок предназначается для создания невидимого изображения на поверхности фотобарабана при помощи подсветки конкретных участков. Интенсивность луча может существенно меняться.
Ролик первичного заряда изготавливается в виде металлического стержня, покрытого слоем резины. Данный элемент позволяет обеспечить равномерность отрицательного заряда.
Лента переноса необходима для нанесения промежуточного результата с цветных картриджей.
Блок проявки позволяет перенести тонер непосредственно на электростатическое изображение, созданное на поверхности фотопроводящего элемента.

Процесс лазерной печати

Не все до конца понимают из курсов информатики принцип печати лазерных принтеров. Струйные устройства работают по упрощенной схеме, поэтому по ним особых вопросов не возникает. Как же происходит процесс лазерной печати?

Сначала заряжается фотопроводящий вал. По его поверхности равномерно распределяется электрический заряд посредством вращения ролика. Система с вращающимся стержнем снижает напряжение и уменьшает количество выделяемого озона.
Производится сканирование лазером. В этот момент заряженная поверхность вала проходит под световым лучом. Лазер попадает только на те места, куда в дальнейшем будет наноситься красящее вещество.
Осуществляется наложение тонера. Ролик, имеющий отрицательный заряд, передает его тонеру. Краситель из бункера притягивается непосредственно к магнитному валу, после чего входит в контакт с фотопроводящим элементом в тех зонах, где остался отрицательный заряд.
На переносной ролик, контактирующий с твердым носителем, подается уже не отрицательный, а положительный заряд. Частички красящего вещества попадают на поверхность бумаги за счет электростатического воздействия.
Тонер, распределенный по носителю, закрепляется посредством нагрева и создаваемого давления. Термическая камера представляет собой два вала, между которыми движется бумага. Температура контролируется при помощи специального датчика. Красящее вещество расплавляется и внедряется в текстуру бумаги.

Сравнительная таблица

Предлагается взглянуть на таблицу, чтобы сравнить свойства струйных и лазерных принтеров, принцип печати которых сильно отличается.

Параметры	Тип принтера
Параметры	Лазерный	Струйный
Текстовая печать
Получение цветных изображений в виде схем и графиков
Печать фотографий
Производительность
Число печатаемых страниц после замены картриджей

Рассмотрев кратко принцип печати струйного принтера, нельзя не отметить особенности эксплуатации.

Использовать устройство реже раза в неделю не рекомендуется, чтобы избежать высыхания чернил.
Необходимо приобретать красящие вещества высокого качества, иначе головка может быстро засориться.
Следует использовать подходящую бумагу, на ней должна быть отметка, что она подходит для струйной печати.
Требуется содержать изделие в чистоте, так как пыль приводит к износу подвижных деталей.

Особенности работы с лазерными приборами

Основным достоинством лазерных принтеров является отсутствие необходимости в регулярной эксплуатации. Его можно использовать даже раз в месяц. На качестве работы или износе деталей это никак не скажется. Однако использовать необходимо только оригинальные картриджи с тонером, в противном случае существует высокий риск поломки устройства. Кроме того, расходные материалы сторонних производителей могут просто не работать.

Прежде чем приобретать прибор с множеством положительных отзывов, необходимо узнать дополнительную информацию о стоимости:

расходных материалов;
изнашиваемых деталей;
распечатки одной страницы.

Иногда оказывается, что проще приобрести новое устройство, чем заменить какие-либо детали.

Заключительная часть

Рассмотрев кратко принцип печати струйных и лазерных принтеров, можно делать определенные выводы о приобретении тех или иных приборов. Однако конечный выбор будет зависеть от того, какие цели преследуются при эксплуатации. Для печати больших объемов текстовой информации выгоднее покупать лазерные устройства. Если же необходимо получать качественные фотографии, то лучше отдать предпочтение струйным аналогам.