Вступление
Наверное, каждому из нас хотелось бы узнать, как же устроен картридж в принтере, как же там все работает. И как компаниям, производящим принтеры удается достичь такого потрясающего качества печати и разрешения. На момент написания статьи компания Lexmark достигла разрешения 4800x1200 в принтере z65.
Зарождение технологии
В недалеком прошлом несколько, пока неизвестных компаний начали задумываться, как же упростить жизнь себе и пользователю и не мучаться с печатной машинкой и матричными принтерами которые к тому же сильно шумят. Хотелось, чтобы краска сама наносилась на поверхность бумаги. И вот разработку термической технологии начали в 1984 г. компании HP и Canon. Сначала дело шло медленно и требовало много денег, никто не хотел вкладывать деньги в неизвестное будущее. Фирма Hewlett-Packard создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии ThinkJet в 1985 году. Сейчас Canon и Hewlett-Packard владеют большинством патентов на эту технологию и, путем обмена лицензиями, им удалось захватить практически весь мировой рынок. И только в 1990-х гг. удалось добиться приемлемого уровня качества, скорости работы и стоимости. Позже к HP и Canon с целью дальнейшей работы над термическими принтерами присоединилась компания Lexmark, и это привело к созданию сегодняшних принтеров с высоким разрешением.
Как видно из названия, в основе термического (или электротермического) формирования струи лежит увеличение температуры жидких чернил под действием электрического тока. Это повышение температуры обеспечивается нагревательным элементом, находящимся в эжекционной камере (проще говоря в картридже). При этом некоторая часть чернил испаряется, в камере быстро нарастает избыточное давление, и из эжекционной камеры через сопло выбрасывается маленькая капелька чернил. В течение одной секунды этот процесс многократно повторяется. Представляете, как нужно было инженерам извращаться, чтобы получить данный результат. Далее поподробней…Термическая система выброса капель
Качество печати, скорость и эффективность работы определяются многими факторами, но главными факторами, определяющими поведение чернил при необходимых температурах и давлениях, являются конфигурация эжекционной камеры, а также диаметр и точность изготовления сопла. Традиционные цветные струйные принтеры способны наносить до двух капель чернил в пределах точки. Используя чернила четырех основных цветов (черного, голубого, пурпурного и желтого) и нанося две капли чернил в пределах точки, традиционный струйный принтер воспроизводит до восьми различных цветов на точку. К этим восьми цветам относятся белый, черный, голубой, пурпурный, желтый, красный, зеленый и синий цвета. Дополнительные цветовые оттенки создаются путем полутонирования, предусматривающего нанесение цветных точек в границах определенной области изображения таким образом, что при взгляде на распечатку данная область выглядит как цветовой переход, имеющий новый оттенок. На поведение чернил при нагревании и выбросе из сопла, наряду с характеристиками самих чернил (их вязкостью, поверхностным натяжением, способностью к испарению и др.), оказывают влияние также характеристики канала, ведущего к соплу, и точки выхода в сопло. Большое значение для обеспечения правильного выброса чернил из сопла имеют также характер изменения чернильного мениска (выпуклая или вогнутая поверхность жидкости в узких трубках или между близко расположенными твердыми стенками) в сопле после эжекции и повторное заполнение эжекционной камеры (рис 1).
Механическое создание термической струи
Шаги формирования и выброса капли
Шаг первый - создаем избыточное давлениеФормирование термической чернильной струи начинается в печатающей головке картриджа (рис 2). Электрический импульс порождает на нагревательных элементах тепловой поток, эквивалентный более чем двум млрд. ватт на квадратный метр. Это примерно в 10 раз больше, чем поток на поверхности Солнца! К счастью, поскольку длительность теплового импульса составляет всего 2 миллионных доли секунды, то хотя температура в это время увеличивается со скоростью 300 млн. градусов в секунду, поверхность нагревательного элемента успевает за это время нагреться лишь - примерно - до 600°C, разве это не может не радовать.
Шаг второй - попробуем сформировать чернильную каплю.
Поскольку нагревание идет чрезвычайно быстро, в реальности температура, при которой чернила уже не могут существовать в виде жидкости, достигается лишь в слое толщиной менее одной миллионной доли миллиметра. При такой температуре (примерно 330°C) тонкий слой чернил начинает испаряться, и происходит выталкивание пузырька из сопла (рис. 3). Пузырек пара образуется при очень высокой температуре, и поэтому давление пара в нем огромное - около 125 атмосфер, т. е. в четыре раза больше давления, создаваемого в современных бензиновых двигателях внутреннего сгорания.
Шаг третий - охлаждаем камеру
Такой пузырек, обладающий громадной энергией, действует как поршень, выбрасывающий чернила из сопла на страницу со скоростью 1270 сантиметров в секунду (рис. 4). Образующаяся при этом капля весит всего 18 миллиардных долей грамма! По командам, поступающим от драйвера принтера, 400 сопел могут активизироваться одновременно в любых сочетаниях.Шаг четвертый - заполняем камеру
Повторное заполнение камеры эжекционной камеры занимает менее 100 миллионных долей секунды, после чего камера вновь готова к работе (рис. 5). В термических струйных принтерах цикл, включающий формирование и выброс чернильной капли, охлаждение и повторное нагревание камеры, может повторяться до 12 тысяч раз в секунду.
Пройдемся немного по фактам.
Вот некоторые данные, характеризующие процесс образования пузырьков они просто потрясают, когда я лично увидел эти цифры, то не поверил, хотел найти еще доказательств, и когда чу3ть ли не в каждом источнике были эти цифры я поверил, так, что поверьте и вы.Тепловой поток у поверхности:
o нагревательного элемента = 109 Вт/м2
o Солнца = 108 Вт/м2
o Нагревание в тонком слое до температуры 600°C
o Точка плавления алюминия = 660°C
o Начальное давление в пузырьке - 125 атм
o Таково давление в океане на глубине 1 000 м
Различия между "пузырьковой струей" и "чернильной струей"Кажется, что почти одинаковая технология, везде используется струя, но попробуем найти различия. Хотя первоначально струйная технология создавалась компаниями HP и Canon, сейчас термин "пузырьковая струя" стал ассоциироваться с Canon, практически отделившись от технологии "чернильной струи", которую разрабатывают Lexmark и НР.
Однако в действительности оба этих термина обозначают почти идентичные системы. Единственное серьезное различие между ними состоит в том, что в системе "пузырьковой струи" Canon вектор процесса испарения чернил и формирования пузырька не совпадает с направлением оси, проходящей через нагревательный элемент и сопло, а ориентирован под углом 90° к нему. Замудренное предложение, но я думаю, что читатели люди образованные и поняли, что я хотел сказать.Чернильные картриджи
Так как делиться струйная технология, также можно и делить тип картридже используемых в принтерах. Резервуары, из которых чернила подаются в печатающую головку, можно условно разделить на два конструктивных типа. Во-первых, широко используется моноблочная система, объединяющая встроенный чернильный резервуар и эжекционный блок. Она обладает тем преимуществом, что при каждой смене чернильного резервуара заменяется и печатающая головка, что способствует поддержанию высокого качества печати. Кроме того, она проще по конструкции, и в ней легче выполняются замены. Во второй, конструктивно более сложной системе печатающая головка отделена от резервуара для чернил, и здесь заменяется только этот резервуар при его опорожнении. Да, кстати картриджи у которых печатная головка вместе с картриджем и стоит дороже, но на это можно закрыть глаза, так как при замене картриджа вы получаете новую печатающую головку и новое, хорошее качество.
Изготовление печатающих головок
Изготовление печатающей головки - это сложный процесс, осуществляемый на микроскопическом уровне, где точность измерений определяется микронами. Основные материалы, используемые для изготовления эжекционной камеры, канала для подачи чернил, электронной управляющей схемы и нагревательных элементов, подобны материалам, используемым в полупроводниковой промышленности, где тончайшие проводящие металлические и изолирующие слои проходят прецизионную лазерную обработку. Такая технология требует больших инвестиций и в разработку, и в производство, и это одна из главных причин того, что в этой сфере решаются действовать очень немногие компании.
Пример моноблочного картриджа
Пена в резервуаре для чернил играет роль губки, впитывающей жидкие чернила, так что чернила непрерывно подаются к печатающей головке, и при этом нет ни нежелательной утечки из картриджа под действием силы тяжести, ни истечения чернил из самой печатающей головки. На основании моноблочного картриджа находятся электрические контакты и печатающая головка - ключевой элемент всего процесса струйной печати; чернила подаются к печатающей головке через совокупность каналов, идущих от резервуара.
Расположение и число сопел
Печатающая головка представляет собой совокупность множества микро комплектов, состоящих из эжекционных камер и связанных с ними сопел, расположенных в шахматном порядке с целью увеличения вертикальной плотности сопел. При таком расположении сопел их число на расстоянии в сантиметр (точнее 1,27 см) может достигать 208, как это имеет место, например, в черных картриджах моделей Lexmark Z, так что удается достичь разрешения в 1,44 млн. точек.
Перспективы
Качество печати определяется многими факторами, но главные из них - это размер точки, вертикальная плотность точек и частота выброса капель через сопло; именно эти показатели являются основными критериями для дальнейшей работы над печатающими головками, будь то головки термического или пьезоэлектрического типа. Термические головки имеют некоторые преимущества по сравнению с электромеханическими головками, поскольку ключевая технология их изготовления подобна той, которая применяется при изготовлении микропроцессорных чипов и других изделий полупроводниковой электроники. Стремительный прогресс в этих областях идет на пользу термической технологии, и можно ожидать, что в ближайшие годы будут достигнуты еще более высокие разрешения и более высокая скорость печати.
Преимущества и недостатки
Как и у каждой технологии здесь присутствую свои преимущества и недостатки. Термическая струйная печать имеет несколько преимуществ по сравнению с конкурирующей с ней пьезотехнологией. Например, простота конструкции и тесная аналогия с производством полупроводников: это означает, что предельная себестоимость в производстве здесь будет ниже, чем для конкурирующей технологии. Конфигурация эжекционных камер позволяет располагать сопла ближе друг к другу, что дает возможность достигать более высокого разрешения. Отсутствие какого-либо звука при работе печатающей головки. Как я не искал, но недостатки обнаружить мне не удалось. Может в скором будущем они появятся, а пока на этом всё, думаю мой обзор нанесения краски на бумагу окончен и ты мой дорогой читатель получил полезную информацию и у меня не зря было потрачено время на поиск информации и изложение ее на страницах журнала.
Оформление запроса
Краткие характеристики струйной пьезоэлектрической и термоструйной технологии печати
Каталог со струйной пьезоэлектрической технологией печати.
Самые распространенные сегодня принтеры основаны на струйной технологии: измельченный краситель в виде капель распыляется на материал. Обычно, как и в матричных принтерах, печатающая головка движется поперек направления подачи носителя, формируя полосу изображения, а затем носитель сдвигается для печати следующей полосы. Однако вместо иголок в головке имеется множество сопел для выбрасывания краски.
В струйной технологии печати чернилами сложились две технологических ветви:
- термоструйная, в которой активизация краски и ее выброс происходят под действием нагрева;
- пьезоэлектрическая, в которой выброс краски происходит под давлением, создаваемым колебанием мембраны.
Пьезоэлектрическая струйная технология
Пьезоэлектрическая система, созданная на базе электромеханического устройства и доведенная до коммерческой готовности компанией Epson (дочерняя компания японской Seiko), впервые была использована в струйных принтерах Epson еще в 1993 году. Успешно используется до сих пор (2011 год).
Система выброса капли
В основе пьезотехнологии лежит свойство некоторых кристаллов, называемых пьезокристаллами (примером могут служить кристаллы кварца в распространенных теперь кварцевых наручных часах), деформироваться под действием электрического тока; таким образом, этот термин определяет электромеханическое явление. Это физическое свойство позволяет использовать некоторые материалы для создания миниатюрного "чернильного насоса", в котором смена положительного напряжения на отрицательное будет вызывать сжатие небольшого объема чернил и энергичный выброс его через открытое сопло. Как и при формировании чернильной струи за счет термических эффектов, размер капли здесь определяется физическими характеристиками эжекционной камеры (firing chamber) и давлением, создаваемым в этой камере за счет деформации пьезокристалла.
Модуляция, т. е. изменение размера капли, осуществляется путем изменения величины тока, протекающего через эжекционный механизм. Как и в термопринтерах, частота выброса под действием пьезоэффекта зависит от потенциальной частоты электрических импульсов, которая, в свою очередь, определяется временем возвращения камеры в "спокойное" состояние, когда она заполнена чернилами и готова к следующему рабочему циклу. Пьезотехнология отличается высокой надежностью, что очень важно, потому что печатающая головка, по чисто экономическим причинам, не может быть частью сменного картриджа с чернилами, как в термических системах, а обязательно должна быть жестко соединена с принтером.
Преимущества и недостатки
Как у термических, так и у пьезоэлектрических систем качество работы определяется многими факторами. Возможность изменения размера точки дает пьезотехнологии определенные преимущества.
С другой стороны, пьезотехнология сталкивается с некоторыми чисто физическими ограничениями. Например, большие геометрические размеры электромеханической эжекционной камеры означают, что плотность размещения сопел по вертикали должна быть меньше, чем у термических аналогов. Это не только ограничивает перспективы дальнейшей разработки, но означает также, что для получения более высокого разрешения и однородности при высококачественной печати требуется несколько проходов печатающей головки по одной и той же странице.
Стационарная печатающая головка в определенной мере экономически выгодна, потому что ее не приходится менять. Однако это преимущество частично обесценивается тем, что существует опасность проникновения воздуха в систему при смене картриджа. При этом сопла закупориваются, качество печати ухудшается, и для восстановления нормальной работоспособности системы требуется провести несколько циклов очистки. Еще одно существующее пока ограничение для пьезосистем касается использования чернил на основе красителей (dye based inks): при использовании пигментных чернил, которые имеют более высокое качество, но при этом обладают и более высокой плотностью, также возникает опасность закупорки сопел.
Перспективы
Пьезоэлектрическая печатающая головка, сконструированная на основе ранее существовавшей технологии, отличается более низкими расходами на разработку, но зато она заметно дороже в изготовлении. В настоящее время такие преимущества пьезоэлектрических головок как высокая надежность и возможность изменения размеров капли весьма существенны и позволяют изготовлять продукцию очень высокого качества.
Вертикальное разрешение
Число вертикальных позиций связано, прежде всего, с числом вертикально расположенных сопел на печатающей головке (линий на дюйм). Поскольку существуют трудности при создании печатной головки, включающей элементы, которые охватывают сразу две вертикальные линии, то два отдельных ряда сопел размещаются рядом друг с другом.
Для достижения приемлемой скорости печати во время каждого прохода печатающей головки должно быть напечатано максимальное число линий. В этой ситуации производитель должен сделать выбор между скоростью (более высокая печатная головка и максимальное число сопел) и производственными затратами (минимальное число сопел).
Горизонтальное разрешение
Число горизонтальных позиций, так называемое число капель на дюйм (dpi), является функцией от частоты, с которой выбрасываются капли, и скорости, с которой печатающая головка перемещается по горизонтальной оси. Управляемое сопло в определенные моменты дискретно выбрасывает капли чернил и таким образом проводит линию.
Главная трудность для производителя состоит в сочетании качества (максимум выбросов капель на строку) и скорости (минимум выбросов капель на строку для достижения более высокой скорости). Скорость выброса капель составляет от 10 до 20 тыс. в секунду. Изменяя эту частоту или скорость перемещения каретки печатающей головки, можно достичь оптимальной плотности горизонтального размещения капель.
Физиологические факторы и цветовое восприятие
Ощущение качества цветного документа тесно связано с физиологией человеческого зрения. С учетом некоторых индивидуальных отклонений глаз человека способен различать только цвета, имеющие длину волн в диапазоне от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный). Внутри этого спектра мозг человека может различить около миллиона оттенков цветов (опять же с небольшими индивидуальными различиями).
Воспринимаемый цветовой спектр играет важную роль при зрительной оценке различий в качестве печати документов: принтеры, способные воспроизводить большее число оттенков цвета, будут создавать документы, которым человеческое зрение будет субъективно приписывать более высокое качество.
Число цветов
Общее число возможных цветов, в которые может быть окрашена элементарная точка, соответствует числу адресуемых элементарных цветов. При трех основных цветах можно получить восемь базовых цветов: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), красный (Cyan + Yellow), зеленый (Yellow + Cyan), синий (Cyan + Magenta), белый и черный цвета.
Эта система двоична, поскольку цветовые точки могут присутствовать или нет. Если мы применим принцип полутоновой серой шкалы к этим трем основным цветам, создавая таким образом цветовые оттенки, мы получим 256 оттенков для каждого из трех основных цветов и таким образом 256 в третьей степени возможных цветовых комбинации на один точечный элемент. Другими словами, это число больше, чем может различить глаз человека.
Размер капли
Размер капли представляет сложную функцию от давления, с которым выбрасываются чернила, и диаметра сопла. Обычно размер капли сохраняется неизменным. В определенных случаях размер может изменяться, и эта технология известна как печать с изменяемым размером капли.
Существует определенная связь между размером капли и размером точки, воспроизводимой на бумаге. Теоретически, капля размером 20 пиколитров соответствует точке размером 60 микрон (это приблизительно равно одной четырехсотой части дюйма), тогда как капля размером 2 пиколитра поставит точку 30 микрон, едва видимую человеческим глазом.
Матрица разрешения M
Разрешение - это параметр, наиболее просто поддающийся количественной оценке при определении качества печати документа. Разрешение оценивает точность, с которой точки располагаются на странице.
Матрица разрешения задает для любой заданной точки общее число возможных позиций. При технологии печати с двойной печатной головкой могут быть две различные матрицы: одна для цветной печати, а другая для черно-белой. Матрица позволяет создавать цветовые уровни для каждой элементарной точки. Поскольку разрешение является результатом совмещения двух различных технологических процессов, то горизонтальное и вертикальное разрешение могут отличаться.
Новейшим достижением в струйной печати в свое время являлось горизонтальное разрешение 2400 dpi, которое дает возможность разместить 2400 печатных матриц на дюйм печатной строки, что вдвое превосходит наиболее распространенный в настоящее время стандарт.
Благодаря точности печати и микроскопическому размеру капли 7 пиколитров достигаются столь высокие результаты, что растр изображения становится абсолютно неразличим для человеческого зрения. Разрешение 2400 dpi таким образом предназначается для печати документов, требующих максимально высокого разрешения и безупречного качества.
Поскольку скорость печати в большой степени зависит от количества печатаемых точек, то при печати с разрешением 2400 x 1200 скорость будет несколько меньше, чем при печати с более низким разрешением.
Что за технологии?
Фотопринтеры почти повсеместно вытеснили обыкновенные струйные модели. Это вполне закономерно и является следствием технического прогресса, ведь все современные струйные фотопринтеры формата A4 запросто выполняют функцию универсальных печатающих устройств, легко справляясь как с печатью текста и рабочей графики, так и с печатью фотографий, качеством не уступающих продуктам фотолаборатории.
Для того чтобы понять, чем отличаются между собой многочисленные модели фотопринтеров, представленные в магазинах, и какая из них с большей вероятностью удовлетворит вашу потребность в получении качественных фотографий, мы расскажем о принципах формирования отпечатка в таких устройствах.
В настоящее время выпускаются два принципиально отличных типа домашних фотопринтеров: струйные и сублимационные.
Струйная фотопечать
Первый струйный принтер появился в 1984 году, и им мы обязаны американской компании Hewlett-Packard. Технология печати таких принтеров скрыта в названии: изображение на бумаге формируется струями чернил, которые выбрасываются из печатающей головки. Кстати, именно струйные принтеры сделали доступной многоцветную печать, поскольку черные чернила можно было заменить или дополнить чернилами других цветов. Существует три технологии струйной печати: фирмы Epson и Brother используют пьезоэлектрическую технологию, Canon - пузырьковую, Lexmark и Hewlett-Packard - термоструйную. В каждой технологии присутствует своя изюминка, но принципиально все они чрезвычайно близки, а отличия сводятся к тому, каким образом организован выброс капель чернил из сопел на бумагу.
Пьезоэлектрическая технология печати
Пьезоэлектрическая технология основана на свойстве пьезокристаллов деформироваться при подаче на них электрического тока. Пьезокристаллы выступают в качестве мини-насосов, которые и выбрасывают строго определенное количество чернил на бумагу. Среди преимуществ такой системы - возможность гибкого управления размером капли, которое осуществляется на электрическом уровне, что упрощает получение отпечатков с высоким разрешением. Считается, что надежность такой системы существенно выше, чем у всех прочих систем струйной печати. Обратная сторона достоинств - сравнительная дороговизна печатающей головки, поэтому она, как правило, устанавливается в принтере, а не является частью сменного картриджа. К сожалению, пьезоэлектрическая головка очень боится попадания в сопла воздуха или поддельных чернил. В обоих случаях можно получить закупорку сопел с последующей заменой головки, цена которой может быть сравнима с ценой самого принтера. Кроме того, для поддержания сопел в рабочем состоянии необходимо периодически распечатывать хоть что-нибудь на таком принтере, иначе остатки чернил также могут закупорить сопла.
Впрочем, новое поколение фирменных чернил Epson позволяет забыть об этом недостатке. Появились и пигментные чернила Epson DURAbrite нового поколения, в которых микроскопические однородные красящие частицы находятся в жидком полимере. Такие чернила практически не расплываются на любой бумаге, что позволяет повысить разрешение печати и обладают высокими свето- и влагостойкими свойствами.
Качество пьезоэлектрической печати чрезвычайно высоко: даже недорогие универсальные модели могут выдавать отпечатки практически фотографического качества с высоким разрешением. Еще одним достоинством принтеров Epson является естественность цветопередачи, что особенно критично при печати фотографий. Единственное "но": все эти достоинства реализуются только при использовании фирменных чернил, а мастерских подделок на российском рынке огромное количество. Выход только один - покупать чернила исключительно в крупных фирмах, которые являются официальными дилерами производителя. Не стоит забывать и о том, что сломанный принтер с "левым" картриджем автоматически снимается с гарантии.
Термоструйная технология печати
Термоструйная технология, которая, кстати, применялась и в первом в мире серийном струйном принтере HP ThinkJet, отличается тем, что для печати используется нагревание чернил: при этом часть чернил нагревается, а часть, за счет избыточного давления, выбрасывается через сопло. Процесс нагрева и охлаждения повторяется несколько тысяч раз в течение одной секунды, температура нагрева составляет до 600°С, а само время теплового импульса не превышает двух миллионных долей секунды. Во всех современных моделях HP реализована фирменная аппаратно-программная технология PhotoREt, отвечающая за максимально реалистичную цветопередачу и высокую скорость цветной печати.
Качество термоструйной печати весьма близко к качеству пьезоэлектрической печати, к тому же технология изготовления печатающей головки близка к технологии выпуска микросхем, поэтому головки получаются более дешевыми, чем пьезоэлектрические и, как правило, встраиваются в сменный чернильный картридж. Естественно, такой картридж несколько дороже, чем просто герметичная емкость с чернилами, однако "неоригинальный" картридж уже не сможет полностью вывести из строя принтер.
Пузырьковая технология печати
Пузырьковая технология Canon представляет собой частный случай термоструйной печати, в котором выброс чернил осуществляется исключительно за счет формируемых газовых пузырьков, возникающих при нагреве чернил, при этом нагревательный элемент расположен сбоку от сопла, а не за ним, как в классических термоструйных принтерах. Специалисты Canon не зря вложили огромные деньги в разработку фирменной печатающей головки по технологии FINE (Full-photolithography Inkjet Nozzle Engineering), что означает «фотолитографическое изготовление чернильных сопел»: она обеспечивает не только высококачественную, но и скоростную цветную фотопечать.
Печатающая головка, созданная по технологии FINE, использует систему микросопел: миллионы микроскопических чернильных капель неизменного объёма наносятся на бумагу каждую секунду с высочайшей точностью. В отличие от традиционной струйной технологии при печати на страницу наносится больше чернил за меньшее время, что даёт возможность с высокой скоростью печатать фотографии «в край» (без полей) до формата А4.
Сублимационная печать
Общий недостаток всех струйных фотопринтеров, вызванный технологическими причинами - полосность печати, которая проявляется в разных моделях в различной степени. В лучшем случае, она незаметна или едва заметна, однако при засорении части сопел или нарушении работы механики принтера отпечаток становится поделенным на малопривлекательные горизонтальные полосы. От этого недостатка полностью свободны сублимационные принтеры, относящиеся к классу термических печатающих устройств.
Технология сублимационной печати происходит от латинского слова sublimare ("возносить") и представляет собой переход вещества при нагревании из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние.
Принцип работы сублимационного принтера состоит в следующем: при поступлении задания на печать принтер нагревает пленку с нанесенным на нее красителем, в результате чего краситель испаряется с пленки и наносится на специальную бумагу. В результате все того же нагрева поры бумаги открываются и краситель четко фиксируется на отпечатке, после чего поверхность бумаги вновь становится гладкой и глянцевой. Печать осуществляется в несколько проходов, поскольку на бумагу необходимо перенести в правильных сочетаниях три основных красителя: пурпурный, бирюзовый и желтый.
Поскольку пикселизация и полосность в силу самой технологии печати в данном случае полностью отсутствует, то сублимационные принтеры, работающие со скромным, казалось бы, разрешением в 300х300 точек на дюйм, способны выдавать фотографии, не уступающие по качеству отпечаткам струйных моделей с куда более высоким разрешением. Основные недостатки сублимационных моделей - дороговизна расходных материалов и отсутствие бытовых моделей, работающих с листами формата A4.
Заключение
Какой принтер выбрать, решать, конечно же, вам. Со своей стороны мы можем подсказать, что уважающий себя струйный фотопринтер работает с разрешением не менее 4800х1200 точек на дюйм, сублимационный - не менее 300х300 точек на дюйм. Расходные материалы струйных фотопринтеров дешевле сублимационных, но последние позволяют получить отпечаток качеством намного выше, чем струйные. Все современные сублимационные фотопринтеры для домашней печати пока представляют собой компактные модели, и не могут похвастать распечаткой фотографий формата А4, на который нацелено подавляющее большинство струйных фотопринтеров. А в остальном хороши и те, и другие.
Понравилось?
Расскажите друзьям!
Разработку термической технологии начали в 1984 г. компании HP и Canon. Сначала дело шло медленно и требовало много денег. И только в 1990-х гг. удалось добиться приемлемого уровня качества, скорости работы и стоимости. Позже к HP и Canon с целью дальнейшей работы над термическими принтерами присоединилась компания Lexmark, и это привело к созданию сегодняшних принтеров с высоким разрешением. Как видно из названия, в основе термического (или электротермического) формирования струи лежит увеличение температуры жидких чернил под действием электрического тока. Это повышение температуры обеспечивается нагревательным элементом, находящимся в эжекционной камере. При этом некоторая часть чернил испаряется, в камере быстро нарастает избыточное давление, и из эжекционной камеры через прецизионное сопло выбрасывается маленькая капелька чернил. В течение одной секунды этот процесс многократно повторяется.
Термическая система выброса капель . Качество печати, скорость и эффективность работы определяются многими факторами, но главными факторами, определяющими поведение чернил при необходимых температурах и давлениях, являются конфигурация эжекционной камеры, а также диаметр и точность изготовления сопла. На поведение чернил при нагревании и выбросе из сопла, наряду с характеристиками самих чернил (их вязкостью, поверхностным натяжением, способностью к испарению и др.), оказывают влияние также характеристики канала, ведущего к соплу, и точки выхода в сопло. Большое значение для обеспечения правильного выброса чернил из сопла имеют также характер изменения чернильного мениска в сопле после эжекции и повторное заполнение эжекционной камеры.
Механика создания термической струи . Этапы формирования и выброса капли .
Этап 1 - Создание избыточного давления . Формирование термической чернильной струи начинается в печатающей головке картриджа. Электрический импульс порождает на нагревательных элементах тепловой поток, эквивалентный более чем двум млрд. ватт на квадратный метр. Это примерно в 10 раз больше, чем поток на поверхности Солнца! К счастью, поскольку длительность теплового импульса составляет всего 2 миллионных доли секунды, то хотя температура в это время увеличивается со скоростью 300 млн. градусов в секунду, поверхность нагревательного элемента успевает за это время нагреться лишь - примерно - до 600°C.
Этап 2 - Формирование чернильной капли . Поскольку нагревание идет чрезвычайно быстро, в реальности температура, при которой чернила уже не могут существовать в виде жидкости, достигается лишь в слое толщиной менее одной миллионной доли миллиметра. При такой температуре (примерно 330°C) тонкий слой чернил начинает испаряться, и происходит выталкивание пузырька из сопла. Пузырек пара образуется при очень высокой температуре, и поэтому давление пара в нем огромное - около 125 атмосфер, т. е. в четыре раза больше давления, создаваемого в современных бензиновых двигателях внутреннего сгорания.
Этап 3 - Охлаждение камеры . Такой пузырек, обладающий громадной энергией, действует как поршень, выбрасывающий чернила из сопла на страницу со скоростью 500 дюймов в секунду. Образующаяся при этом капля весит всего 18 миллиардных долей грамма! По командам, поступающим от драйвера принтера, 400 сопел могут активизироваться одновременно в любых сочетаниях.
Этап 4 - Заполнение камеры . Повторное заполнение камеры эжекционной камеры занимает менее 100 миллионных долей секунды, после чего камера вновь готова к работе. В термических струйных принтерах Lexmark цикл, включающий формирование и выброс чернильной капли, охлаждение и повторное нагревание камеры, может повторяться до 12 тысяч раз в секунду.
Впечатляющие факты
. Вот некоторые данные, характеризующие
процесс образования пузырьков. Тепловой поток у поверхности:
нагревательного элемента = 109 Вт/м2
Солнца = 108 Вт/м2
Нагревание в тонком слое до температуры 600°C
Точка плавления алюминия = 660°C
Начальное давление в пузырьке - 125 атм
Таково давление в океане на глубине 1 000 м
Различия между "пузырьковой струей" и "чернильной струей". Хотя первоначально струйная технология создавалась компаниями HP и Canon, сейчас термин "пузырьковая струя" стал ассоциироваться с Canon, практически отделившись от технологии "чернильной струи", которую разрабатывают Lexmark и НР. Однако в действительности оба этих термина обозначают почти идентичные системы. Единственное серьезное различие между ними состоит в том, что в системе "пузырьковой струи" Canon вектор процесса испарения чернил и формирования пузырька не совпадает с направлением оси, проходящей через нагревательный элемент и сопло, а ориентирован под углом 90° к нему.
Чернильные картриджи. Резервуары, из которых чернила подаются в печатающую головку, можно условно разделить на два конструктивных типа. Во-первых, широко используется моноблочная система, объединяющая встроенный чернильный резервуар и эжекционный блок. Она обладает тем преимуществом, что при каждой смене чернильного резервуара заменяется и печатающая головка, что способствует поддержанию высокого качества печати. Кроме того, она проще по конструкции, и в ней легче выполняются замены. Во второй, конструктивно более сложной системе печатающая головка отделена от резервуара для чернил, и здесь заменяется только этот резервуар при его опорожнении.
Изготовление печатающих головок. Изготовление печатающей головки - это сложный процесс, осуществляемый на микроскопическом уровне, где точность измерений определяется микронами. Основные материалы, используемые для изготовления эжекционной камеры, канала для подачи чернил, электронной управляющей схемы и нагревательных элементов, подобны материалам, используемым в полупроводниковой промышленности, где тончайшие проводящие металлические и изолирующие слои проходят прецизионную лазерную обработку. Такая технология требует больших инвестиций и в разработку, и в производство, и это одна из главных причин того, что в этой сфере решаются действовать очень немногие компании.
Пример моноблочного картриджа. Пена в резервуаре для чернил играет роль губки, впитывающей жидкие чернила, так что чернила непрерывно подаются к печатающей головке, и при этом нет ни нежелательной утечки из картриджа под действием силы тяжести, ни истечения чернил из самой печатающей головки. На основании моноблочного картриджа находятся электрические контакты и печатающая головка - ключевой элемент всего процесса струйной печати; чернила подаются к печатающей головке через совокупность каналов, идущих от резервуара.
Расположение и число сопел . Печатающая головка представляет собой совокупность множества микрокомплектов, состоящих из эжекционных камер и связанных с ними сопел, расположенных в шахматном порядке с целью увеличения вертикальной плотности сопел. При таком расположении сопел их число на расстоянии в полдюйма (примерно 1,27 см) может достигать 208, как это имеет место, например, в черных картриджах моделей Lexmark Z, так что удается достичь разрешения в 1,44 млн. точек.
Перспективы . Качество печати определяется многими факторами, но главные из них - это размер точки, вертикальная плотность точек и частота выброса капель через сопло; именно эти показатели являются основными критериями для дальнейшей работы над печатающими головками, будь то головки термического или пьезоэлектрического типа. Термические головки имеют некоторые преимущества по сравнению с электромеханическими головками, поскольку ключевая технология их изготовления подобна той, которая применяется при изготовлении микропроцессорных чипов и других изделий полупроводниковой электроники. Стремительный прогресс в этих областях идет на пользу термической технологии, и можно ожидать, что в ближайшие годы будут достигнуты еще более высокие разрешения и более высокая скорость печати.
Преимущества и недостатки. Термическая струйная печать имеет несколько преимуществ по сравнению с конкурирующей с ней пьезотехнологией. Например, простота конструкции и тесная аналогия с производством полупроводников: это означает, что предельная себестоимость в производстве здесь будет ниже, чем для конкурирующей технологии. Конфигурация эжекционных камер позволяет располагать сопла ближе друг к другу, что дает возможность достигать более высокого разрешения.
Некоторые из открытий или изобретений, уже давным-давно ставшие
привычными, со временем обрастают разнообразными красивыми мифами и легендами.
В одном из таких повествований рассказывается о сотруднике небольшой исследовательской
лаборатории, принадлежавшей крупной компьютерной фирме. После бессонной ночи,
проведенной в работе над новой капризной конструкцией какой-то электронной штуковины,
этот сотрудник по невнимательности положил паяльник рядом с наполненным канифолью
шприцем (хочется приписать, что в нем были чернила, но это не так). Естественно,
в итоге была испорчена спецодежда, но самое главное - возникла идея термоструйной
печати. Белый халат с пятном отправился в химчистку, а струйная технология стараниями
Canon, Hewlett-Packard, Epson, Lexmark и других компаний пришла в офисы и дома,
поражая своей доступностью и красочностью.
Почему струйник?
В последние несколько лет компьютерная индустрия переживает самый настоящий чернильный бум. Струйные принтеры для многих пользователей являются наиболее доступными и универсальными печатающими устройствами. Получаемые на них изображения во многих случаях превосходят по качеству типографские оттиски, а максимальная скорость печати уже вплотную приблизилась к показателям производительности младших моделей лазерных принтеров. Сравнимая с любительскими фотографиями из мини-лабов полноцветная фотореалистичная струйная печать стала главным козырем производителей струйных принтеров в борьбе за привлечение новых покупателей.
В погоне за покупателем и на зависть конкурентам постоянно уменьшается размер капель и разрабатываются новые технологии для улучшения цветопередачи. От новых названий и логотипов голова уже идет кругом. Естественно, что у наиболее любознательных возникает вопрос: так уж уникальны все принципы и идеи, которыми гордится каждый из производителей?
В гордом одиночестве
Уже довольно давно в этом секторе рынка образовалось два лагеря. В одном единолично правит бал Epson с пьезоэлектрической технологией, а в другом собрался целый альянс приверженцев «кипящих чернил».
В основе пьезоэлектрического метода печати лежит свойство некоторых кристаллических веществ изменять свои физические размеры под действием электрического тока. Самым ярким примером служат кварцевые резонаторы, применяемые во многих электронных устройствах. Это явление было использовано для создания миниатюрного насоса, в котором изменение напряжения вызывает сжатие небольшого объема чернил в узком капиллярном канале и моментальный выброс его через сопло.
Печатающая головка пьезоэлектрического струйного принтера должна иметь высокую надежность, поскольку в силу довольно большой стоимости она практически всегда встроена в принтер и не меняется при установке нового чернильного картриджа, как это происходит в случае термической струйной печати. Такая конструкция пьезоэлектрической головки имеет определенные преимущества, но при этом существует постоянная опасность выхода принтера из строя по причине попавшего в систему подачи чернил пузырька воздуха (что может произойти при смене картриджа) или обычного простоя в течение нескольких недель . При этом сопла закупориваются, качество печати ухудшается, а для восстановления нормальных режимов требуется квалифицированное обслуживание, которое часто невозможно провести вне сервисного центра.
Не отрываясь от коллектива
Пока Epson шла своим собственным путем, периодически удивляя компьютерное сообщество очередным прорывом, остальные игроки рынка струйной печати не менее успешно применяли печатающую головку иной конструкции. Большинство из них считают свои разработки уникальными, хотя их суть до банального проста, а разница зачастую заключается лишь в названии.
Так, Canon использует термин Bubble-Jet, который вольно можно перевести как «пузырьковая печать». Остальные же не стали городить огород и согласились с более привычным словосочетанием «термоструйная печать».
Термические струйные принтеры работают подобно гейзеру: внутри камеры с ограниченным объемом чернил благодаря миниатюрному нагревательному элементу образуется пузырек пара, который мгновенно увеличивается в объеме, выталкивая каплю красителя на бумагу.
Применяя такую технологию, нетрудно получить миниатюрные печатающие элементы, расположенные с большой плотностью, что сулит разработчикам потенциальное увеличение разрешающей способности с солидным запасом на будущее. Однако у термической струйной печати есть и оборотная сторона. Из-за постоянного перепада температур постепенно происходит разрушение печатающей головки, и в результате ее приходится заменять вместе с чернильным картриджем.
Больше названий - громких и разных!
Пузырьки пузырьками, а простыми картинками уже давно никого не удивить. Вот и приходится бороться за каждый пиколитр в капле, за каждый оттенок на бумаге. Но способов, позволяющих повысить качество конечного изображения, на самом деле не так уж и много. Самый очевидный и доступный вариант заключался в увеличении количества цветов чернил. К четырем базовым цветам (черному, голубому, малиновому и желтому) многие производители добавили еще два - светло-голубой и светло-малиновый. В итоге появилась возможность воспроизводить более светлые оттенки, не уменьшая плотность наносимых на бумагу точек, что позволило сделать растровую структуру изображения на светлых участках, где она особенно хорошо различима, менее заметной. В Canon такую технологию назвали PhotoRealism, в Hewlett-Packard - PhotoREt, а в Epson - Photo Reproduction Quality.
Но прогресс, стимулируемый конкурентной борьбой, не стоит на месте. Следующий шаг на пути к идеалу был сделан путем уменьшения и динамического изменения размеров чернильной капли, а вместе с ней и конечной точки на бумаге. Управляя объемом «порции» наносимых на бумагу чернил, можно добиться более светлых оттенков, не увеличивая расстояния между точками. Это дает возможность сделать растровую структуру еще менее заметной.
Без дополнительных ухищрений и значительного изменения технологического процесса подобного эффекта могла добиться разве что Epson. Дело в том, что принцип работы пьезоэлектрической головки позволяет управлять размером капли, изменяя величину управляющего напряжения, прикладываемого к пьезоэлементу. Эта технология получила название Variable Dot Size. Ну а приверженцам пузырьковой печати пришлось серьезно поработать над изменением конструкции сопел. В каждом из них разместили несколько нагревательных элементов разной мощности.
Включая их по одному или все одновременно, можно получать капли различных размеров, как это и происходит в современных термических струйных принтерах. Canon окрестила свои разработки в этой области Drop Modulation, а HP применила уже готовое название с дополнительными индексами - PhotoREt II и PhotoREt III. Помимо возможности управления размером капли появилась и возможность последовательного нанесения нескольких капель в одну и ту же точку поверхности листа бумаги.
Но качество печати зависит не только от технического совершенства конструкции самого принтера, но и от других, не менее значимых факторов.
За линией струйного фронта
С увеличением разрешающей способности и скорости печати выяснилось, что погоня за улучшением этих характеристик сама по себе значительного выигрыша дать не сможет, если не улучшить носитель изображения, то есть бумагу. Казалось бы, что может быть проще бумаги? Но не тут-то было! Любые «хитрые» технологии будут бессильны, если в лоток принтера положить простую офисную бумагу.
Прекрасный лист формата А4, от вида и запаха которого с удовольствием начинает урчать любой лазерный принтер, оказывается совершенно неподготовленным к потокам разноцветных чернил, извергаемым на него из сотен сопел.
Поверхность обычной бумаги имеет волокнистую структуру, что обусловлено технологией ее производства. В итоге миниатюрные, строго рассчитанные по размеру капли начинают растекаться по поверхности самым непредсказуемым образом. При этом совершенно не важно, какая печать используется - термическая или пьезоэлектрическая. Одним из решений этой проблемы является использование пигментных чернил, представляющих собой взвесь дисперсных частиц в бесцветном жидком носителе, поскольку твердые частицы не могут проникнуть во внутренние слои и растечься по волокнам бумаги.
Чернила на пигментной основе позволяют получать яркие и насыщенные оттенки, однако есть у них и определенные недостатки, в частности низкая стойкость к внешним воздействиям.
Технология струйной печати такова, что наилучшего результата можно достичь только при использовании специальной бумаги. Фотографии на обычной бумаге выглядят более блеклыми и менее четкими. В отличие от обычной бумага со специальным покрытием и так называемая фотобумага имеют несколько специальных слоев. Распечатки на ней практически неотличимы от фотографий, полученных при печати с использованием химического фотопроцесса.
Простая бюджетная бумага для струйной печати, как правило, имеет плотность 90-105 г/м 2 , относительно небольшую толщину и прекрасный показатель белизны. Вследствие специальной обработки лицевой или обеих сторон такая бумага более устойчива к капризам чернил и препятствует их растеканию и проникновению вглубь листа.
Специальная фотобумага с глянцевой или матовой поверхностью обычно имеет плотность до 200 г/м 2 и представляет собой многослойное произведение современных технологий. Каждый из слоев выполняет определенные функции.
Нижний слой является основанием, обеспечивающим прочность и жесткость документа. Следующий слой играет роль оптического отражателя, придавая изображению яркость и белизну. Далее располагается основной связующий керамический или пластиковый слой, составляющий множество вертикальных каналов без длинных волокнистых образований вдоль поверхности листа и обеспечивающий необходимую плотность чернил в печатаемой точке. На абсорбент наносится последний, глянцевый или матовый защитный слой, придающий поверхности прочность и защищающий ее от внешних воздействий.
В процессе печати керамические частицы поглощают чернила, не давая им растекаться по поверхности. В результате форма точек и их ориентация остаются неизменными. Кроме того, можно не бояться случайного попадания влаги, поскольку глубокие и расположенные строго вертикально микрокапилляры сводят вероятность растекания к минимуму.
Специальная бумага для струйных принтеров стала панацеей от многих бед, но, к сожалению, довольно дорогой. Хочется, конечно, но... А потратиться стоит, чтобы хоть раз сравнить «небо» и «землю».
КомпьютерПресс 11"2001
