Пьезоэлектрическая струйная печать: особенности технологии

Основные плюсы

По сравнению с более ранними цветными принтерами, ориентированными на потребителя, струйные принтеры обладают рядом преимуществ. Они тише в работе, чем матричные или гирляндные принтеры. Они могут печатать более мелкие и плавные детали благодаря более высокому разрешению. Широко доступны потребительские струйные принтеры с фотографическим качеством печати.

По сравнению с такими технологиями, как термовосковая печать, сублимация красителя и лазерная печать, чернила имеют то преимущество, что практически не требуют времени для разогрева и зачастую имеют более низкую стоимость печати одной страницы. Однако недорогие лазерные принтеры могут иметь более низкую стоимость страницы, по крайней мере, для черно-белой печати и, возможно, для цветной печати.

Для некоторых струйных принтеров монохромные чернила можно приобрести у производителя принтера или у сторонних поставщиков. Они позволяют струйному принтеру конкурировать с серебряной фотобумагой, традиционно используемой в черно-белой фотографии, и обеспечивают тот же диапазон тонов: нейтральный, «теплый» или «холодный». При переключении между наборами полноцветных и монохромных чернил необходимо смыть старые чернила с печатающей головки с помощью чистящего картриджа. Обычно для обработки различной цветопередачи требуется специальное программное обеспечение или, по крайней мере, модифицированный драйвер устройства.

Некоторые типы промышленных струйных принтеров в настоящее время способны печатать на очень высоких скоростях, в широком формате или для различных промышленных применений, от вывесок, текстиля, керамики и 3D-печати до биомедицинских приложений и проводящих цепей. К ведущим компаниям и новаторам в области оборудования относятся HP, Epson, Canon, Konica Minolta, Fujifilm, Spruce, Durst, Brother, Ronald, mimaki, mutoh и многие другие по всему миру.

За линией струйного фронта

При увеличении разрешения и скорости печати оказалось, что стремление к улучшению этих свойств само по себе не может принести значительного выигрыша, если не будет улучшен носитель изображения, то есть бумага. Кажется, что может быть проще бумаги? Но его там не было! Любые «хитрые» технологии будут бессильны, если в ящик принтера положить обычную офисную бумагу.

Красивый лист формата А4, от вида и запаха которого начинает с удовольствием крутиться каждый лазерный принтер, оказывается совершенно неподготовленным к потокам разноцветных чернил, извергающихся на него из сотен сопел.

Поверхность обычной бумаги имеет волокнистую структуру, что обусловлено технологией производства. В результате миниатюрные капельки строгого размера начинают растекаться по поверхности самым непредсказуемым образом. При этом совершенно неважно, какая печать используется – термическая или пьезоэлектрическая. Решением этой проблемы является использование пигментных чернил, представляющих собой взвесь дисперсных частиц в бесцветном жидком носителе, так как твердые частицы не могут проникать во внутренние слои и распространяться по волокнам бумаги.

Пигментные краски позволяют добиться ярких и насыщенных оттенков, но имеют и определенные недостатки, особенно низкую стойкость к внешним воздействиям.

Технология струйной печати такова, что наилучших результатов можно добиться только при использовании специальной бумаги. Фотографии на обычной бумаге выглядят блеклыми и менее четкими. Бумага со специальным покрытием и так называемая фотобумага имеют несколько специальных слоев, в отличие от обычной бумаги. Отпечатки на нем почти неотличимы от фотографий, полученных путем печати с использованием химического фотопроцесса.

Обычная бюджетная бумага для струйной печати обычно имеет плотность 90-105 г/м 2 , относительно тонкую толщину и отличную белизну. Благодаря специальной обработке лицевой стороны или обеих сторон такая бумага более устойчива к изменениям красок 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 многослойный продукт современной технологии. Каждый из слоев выполняет определенные функции.

Нижний слой является основой, которая придает документу прочность и жесткость. Следующий слой действует как оптический отражатель, придавая изображению яркость и белизну. Далее идет основной связующий керамический или пластиковый слой, который представляет собой большую часть вертикальных каналов без длинных волокнистых образований вдоль поверхности листа и обеспечивает необходимую плотность краски на печатной точке. На абсорбент наносится завершающий, глянцевый или матовый защитный слой, придающий поверхности прочность и защищающий ее от внешних воздействий.

В процессе печати керамические частицы впитывают краску, не давая ей растекаться по поверхности. В результате форма точек и их ориентация остаются неизменными. Кроме того, можно не опасаться случайного проникновения влаги, так как глубокие и строго вертикальные микрокапилляры минимизируют вероятность растекания.

Специальная бумага для струйных принтеров стала панацеей от многих недугов, но, к сожалению, достаточно дорогой. Конечно, хочется, но… И стоит потратить деньги, чтобы хотя бы раз сравнить «небо» и «землю».

Струйные принтеры работают по одной из двух технологий. Первый – термоструйный: краситель выбрасывается на рабочую поверхность под воздействием температуры. Во втором краситель переносится на поверхность под давлением, которое происходит при вибрации мембраны. Это так называемая пьезоэлектрическая печать. Давайте посмотрим на особенности.

В зависимости от способа подачи чернил процесс может быть непрерывным (постоянная подача чернил) и пульсирующим (капельная подача регулируется, устанавливаются временные интервалы). В первом случае достигается высокая скорость использования изображения, во втором — точность параметров.

Головка печатающего механизма состоит из сопел, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Он движется перпендикулярно печатному материалу и оставляет на нем краску. В результате получаются высококачественные изображения с высоким уровнем детализации и четкости.

Пигментные чернила

Чернила для принтера epson l800

Начнем с чернил. Как уже было сказано, основной причиной плохой стойкости струйных принтеров, изготовленных на обычной бумаге, было использование чернил на водной основе. Около десяти лет назад ведущим производителям струйных принтеров удалось решить эту проблему, внедрив системы печати с цветными пигментными чернилами в устройства массового производства. Это значительно повысило устойчивость отпечатков к влаге, солнечному свету и газам в воздухе.

Компания Epson одной из первых реализовала этот подход в своих устройствах. В 2003 году компания представила несколько моделей струйных принтеров и МФУ, которые печатали исключительно пигментными чернилами DURABrite. Не вдаваясь в подробности, чернила DURABrite представляют собой суспензию частиц пигмента в жидком полимерном материале. Состав полимера подобран таким образом, чтобы взвешенные в нем частицы не слипались. Таким образом, при «выстреле» из сопла в печатающую головку каждая из частиц пигмента заключена в жидкую капсулу из полимерного материала. На воздухе полимер очень быстро затвердевает, а частицы пигмента прикрепляются непосредственно к поверхности листа, не успевая глубоко проникнуть в волокна бумаги.

По сравнению с использовавшимися ранее цветными красками на водной основе пигментные краски имеют ряд важных преимуществ. Они практически мгновенно (за сотые доли секунды) высыхают при попадании на поверхность носителя. Кроме того, изображения, напечатанные такими чернилами, не подвержены смазыванию при попадании влаги на бумагу. Во время демонстрации чернил DURABrite отпечатки были полностью погружены в воду, и даже после такого воздействия изображение оставалось четким (рис. 1).

Рис. 1. Демонстрация водостойкости оттиска,
сделано чернилами DURABrite

Еще одним важным преимуществом цветных пигментных чернил является то, что они дают более яркие цвета при печати на обычной бумаге. Кроме того, качество печати меньше зависит от типа используемой бумаги, чем при использовании чернил на водной основе

Это объясняется тем, что частицы пигмента закрепляются на поверхности носителя, тогда как при использовании водорастворимых чернил жидкий краситель проникает глубоко в волокна бумаги. 

Наконец, изображения, напечатанные пигментными чернилами, гораздо более устойчивы к солнечному свету и газам в воздухе.

Следует отметить, что чернила DURABrite не выдерживают высоких температур и поэтому не подходят для использования в термоструйных устройствах.

Примерно в то же время компания HP разработала собственные цветные пигментные чернила (HP Vivera), которые также содержат частицы пигмента и бесцветное связующее, но сохраняют свои свойства при нагревании.

Конечно, у пигментных чернил есть и определенные недостатки. Из-за относительно большого диаметра частиц пигмента сопла печатающей головки нельзя сделать такими маленькими, как в устройствах, предназначенных для использования чернил на водной основе. А это, в свою очередь, накладывает определенные ограничения на минимальный объем капель, осаждаемых на поверхности носителя. Именно по этой причине полностью пигментные составы чернил используются преимущественно в устройствах начального уровня, а также в устройствах, предназначенных для офисных задач. Что касается специализированных моделей, которые в первую очередь предназначены для печати высококачественных изображений на специальных носителях, то во многих из них до сих пор используются чернила на водной основе.

История возникновения

Что такое высокая печать?

Прародителем струйных принтеров является устройство для записи полученных телеграфных сообщений, которое было изобретено Уильямом Томсоном в 1867 году. Принцип действия был основан на управлении падающими на бумагу каплями чернил электростатическими законами.

На основе этой технологии в середине прошлого века инженеры SIEMENS разработали устройство для фиксации информации на бумаге. Устройство имело ряд недостатков, в том числе высокую цену, плохое качество изображения и пятна на бумаге. Но для сейсмографов, электрокардиографов, мультиметров этого качества было достаточно.

Со временем в письме тушью стали использовать пьезоэлектрические законы и кристаллы, которые при прохождении через них электричества могли менять форму и испускать электроны. Кроме того, Canon разработала другой метод подачи чернил на носитель. На них стали воздействовать температуры до 400°С, благодаря этому чернила переходили из жидкого состояния в парообразное и распылялись на бумагу.

Больше названий — громких и разных!

Пузыри мыльными пузырями, а простыми картинками уже давно никого не удивишь. Так что приходится бороться за каждый пиколитр в капле, за каждый оттенок на бумаге. Но на самом деле существует не так много способов улучшить качество конечного изображения. Самым очевидным и доступным вариантом было увеличение количества цветов чернил. Помимо четырех основных цветов (черного, синего, малинового и желтого) многие производители добавили еще два — голубой и светло-малиновый. В результате появилась возможность воспроизводить более светлые оттенки без снижения плотности нанесенных на бумагу точек, что позволило сделать растровую структуру изображения на светлых участках, где она особенно хорошо выделяется, менее заметной. Canon назвала эту технологию PhotoRealism, Hewlett-Packard назвала PhotoREt, а Epson назвала Photo Reproduction Quality.

Но прогресс, стимулируемый конкуренцией, не стоит на месте. Следующий шаг к идеалу был сделан за счет уменьшения и динамического изменения размера чернильной капли, причем с этой конечной точкой на бумаге. Контролируя количество «порции» краски, наносимой на бумагу, можно добиться более светлых оттенков без увеличения расстояния между точками. Это позволяет сделать растровую структуру еще менее заметной.

Без дополнительных ухищрений и существенного изменения технологического процесса добиться такого эффекта смогла только компания Epson. Дело в том, что принцип работы пьезоэлектрической головки позволяет управлять размером капли за счет изменения величины управляющего напряжения, подаваемого на пьезоэлемент. Эта технология называется Variable Dot Size. Ну а любителям пузырьковой печати пришлось серьезно поработать над изменением конструкции сопел. В каждой из них размещено несколько нагревательных элементов разной мощности.

Включая их по одному или все одновременно, можно получить капли разного размера, как это происходит в современных термочернильных принтерах. Canon назвала разработку в этой области Drop Modulation, а HP использовала уже готовое название с дополнительными индексами — PhotoREt II и PhotoREt III. Помимо возможности контролировать размер капли, также можно было нанести несколько капель последовательно в одну и ту же точку на поверхности листа бумаги.

Но качество печати зависит не только от технического совершенства конструкции самого принтера, но и от других не менее важных факторов.

Чернила и цвета

Правильный перенос цвета изображения на бумагу — высокотехнологичный процесс, требующий учета значительного количества факторов, в том числе и субъективной оценки. Во-первых, цветопередача изображения зависит от химического состава чернил и бумаги и архитектуры принтера.
    Обязательным требованием к чернилам является очень тонкий спектральный состав, иначе цвета, полученные при смешивании, будут «грязными». После высыхания чернила должны оставаться прозрачными, иначе не будет естественного смешения цветов.
Важным фактором также является устойчивость к выцветанию, экологичность и нетоксичность.
    Предполагается, что оптимальный состав чернил уже известен. Практически у всех производителей они представляют собой взвесь очень мелких частиц минерального пигмента. С цветными красками дело обстоит хуже, так как подобрать минеральные красители с нужным спектральным составом очень сложно.
   В настоящее время процедуры цветопередачи основаны на так называемых таблицах цветов, которые используются для преобразования цветового пространства, в котором создавалось исходное изображение, в «деформированное» цветовое пространство, учитывающее особенности воспроизведения цветов на бумаге с чернила. Обычно для каждого типа бумаги строятся отдельные таблицы цветов, которые оптимизируются для каждого отдельного типа чернил и печатающей головки.

Свойства и характеристики принтеров

Разрешение (т/д). Индикатор влияет на качество печатаемой информации. Чем выше разрешение, тем четче текст или изображение на листе.

Скорость работы. Характеристика показывает, сколько листов печатается за 1 минуту после прогрева аппарата. Для домашних принтеров скорость не так важна, как для крупных офисов и промышленных компаний.

Печать фотографий. Только машины с цветными картриджами могут печатать цветные изображения, картинки и фотографии. Для качественной цветопередачи она должна быть от 3 до 6 цветов.

Размер встроенной памяти. Это свойство необходимо учитывать при выборе лазерного принтера. Стандартной оперативной памяти может не хватить для печати большого количества документов

Дополнительное увеличение показателя возможно не во всех моделях, поэтому лучше в первую очередь обращать внимание на объем оперативной памяти.

Способ подключения. Самый удобный способ — подключение через USB-кабель

Он есть почти во всех новых моделях. Также есть устройства со встроенным модулем Ethernet или Wi-Fi.

Расположение отсека для бумаги. В лазерных принтерах лоток может располагаться снизу или сбоку. В реактивных пушках возможно их размещение в верхней части корпуса. Параметр важен при покупке оборудования для небольших помещений.

Совместимость. Большинство принтеров хорошо работают с компьютерами под управлением операционной системы Windows. Если это другая операционная система, учитывайте это при выборе. Поддержка языка PostScript важна для профессионального оборудования. Для производителей лазерных принтеров формат PCL является стандартом.

В гордом одиночестве

За довольно продолжительное время в этом секторе рынка сформировалось два лагеря. В одном Epson царит в одиночестве с пьезоэлектрическими технологиями, а в другом собрался целый союз последователей «кипящих чернил».

Метод пьезоэлектрической печати основан на свойстве некоторых кристаллических веществ изменять свои физические размеры под действием электрического тока. Наиболее ярким примером являются кварцевые резонаторы, используемые во многих электронных устройствах. Это явление было использовано для создания миниатюрного насоса, в котором изменение напряжения заставляет небольшой объем чернил сжиматься в узком капиллярном канале и мгновенно выбрасываться через сопло.

Печатающая головка пьезоэлектрического струйного принтера должна быть очень надежной, так как из-за довольно высокой цены она почти всегда встроена в принтер и не меняется при установке нового чернильного картриджа, как в случае с термоструйными принтерами. Такая конструкция пьезоэлектрической головки имеет определенные преимущества, но в то же время есть постоянный риск повреждения принтера из-за воздушного пузыря в системе подачи чернил (что может случиться при смене картриджа) или обычного простоя в течение нескольких недель . В этом случае засоряются дюзы, ухудшается качество печати, а восстановление нормальных режимов требует квалифицированного обслуживания, которое зачастую невозможно выполнить вне сервисного центра.

Непрерывная струйная печать

   Краситель под давлением поступает в сопло и разделяется на капли за счет создания быстрых колебаний давления, создаваемых некоторыми электромеханическими средствами. Колебания давления вызывают соответствующую модуляцию диаметра и скорости выходящей из сопла струи красителя, которая под действием сил поверхностного натяжения разделяется на отдельные капли.
   Этот метод позволяет добиться очень высокого образования капель: до 150 000 капель в секунду для коммерческих систем и до миллиона капель для специальных систем. Электростатическая система отклонения используется для управления потоком капель. Вылетающие из сопла капли проходят через заряженный электрод, напряжение на котором изменяется в соответствии с управляющим сигналом. Затем поток капель попадает в пространство между двумя отклоняющими электродами с постоянной разностью потенциалов. В зависимости от полученного ранее заряда отдельные капли по-разному меняют свою траекторию. Этот эффект позволяет управлять положением напечатанной точки, ее наличием или отсутствием на бумаге. В последнем случае капля отклоняется настолько, что попадает в специальный уловитель.
   Такие системы позволяют печатать точки диаметром от 20 микрон до одного миллиметра. Типичная точка составляет 100 микрон, что соответствует объему капли 500 пиколитров. Такие системы в основном используются на рынке промышленной полиграфии, в системах этикетирования продукции, массовой печати этикеток, медицине и т д.

Пьезоэлектрическая печать преимущества и недостатки

Как и любая технология, пьезоэлектрическая струйная цветная печать имеет как недостатки, так и преимущества. Кратко рассмотрим их.

Преимущества

1. 
   Эта технология позволяет регулировать размер точки, благодаря чему можно получить нужные параметры изображения, расход чернил и скорость печати.
2. Устройства, использующие пьезотехнологии, надежны и неприхотливы.
3. По сравнению с матричными принтерами для перемещения печатающей головки не требуется много энергии, поскольку она имеет меньшую массу.
4. Обеспечивает хорошее качество печати за счет небольшого размера капли чернил, наносимой на материал.
5. По сравнению со светодиодными принтерами струйные принтеры более экономичны и обеспечивают примерно такое же качество печати. Это преимущество особенно заметно при цветной печати. Кроме того, струйные принтеры немного дешевле своих светодиодных собратьев.
6. Пьезоэлектрическая печать чернилами позволяет воспроизводить цвета на изображении с высочайшим качеством, идеально подходящим для печати фотографий.

Особенности печати на струйных принтерах

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

Современные принтеры оснащены пластинчатыми пьезоэлектрическими преобразователями, чувствительными к электрическим импульсам. При электрическом заряде они изгибаются и давят на мениск резервуара для чернил. Резервуар проталкивает чернила на бумагу.

После этого преобразователь приводится в движение обратным ходом и удаляет мениск. Резервуар увеличивается в размерах, за счет чего создается тяга и он снова заполняется чернилами.

Печать на струйных принтерах имеет следующие особенности:

• Управление мениском. Благодаря активному управлению и отсутствию нагрева в системе из форсунок выбрасываются только основные капли, без так называемых «сателлитов». Изображение четкое, с четкими контурами. Улучшает цветопередачу.
• Отпустите настройку громкости. При меньшем объеме капли улучшается качество, но снижается производительность. Регулируя размер, можно подобрать оптимальное соотношение между продолжительностью процесса и характеристиками отпечатка.
• Нанесение краски микрокаплями. Таким образом можно добиться максимально возможного разрешения, но такая возможность есть только у устройств, печатающих с разрешением 2880×1440 dpi.

Объем микрокапель в принтерах Epson 2 пл. Это самый низкий показатель для струйного оборудования. Для принтеров Lexmark размер капли достигает 3 пл, для HP — 4 пл.

Еще одна особенность письма пьезоэлектрическими чернилами — это чернила. Они не содержат добавок и присадок, как, например, в чернилах для термоструйных принтеров. Составы отличаются электропроводностью, степенью вязкости, они не взаимозаменяемы.

Бутылочки с чернилами входят в комплект поставки принтера, но их можно приобрести отдельно

Принцип печатания

Название уплотнения происходит от пьезоэлектрических элементов, используемых в этой технологии. Дело в том, что краситель выталкивается из микроскопических сопел под действием давления, которое создают пьезокристаллы. Эти элементы способны изменять свои размеры под действием электрического тока.

Таким образом, при смене положительного тока на отрицательный размер кристалла меняется, и он, как поршень, выталкивает из сопла микроскопическую частицу краски, которая падает на материал.

Объем капли чернил зависит от размера сопла, эжекторной камеры и силы, с которой кристалл выталкивает чернила.

Таким образом, изменяя электрическое поле, можно управлять получаемым изображением.

Матрица разрешения M

Разрешение — наиболее простой количественный параметр для определения качества печати документа. Разрешение измеряет точность размещения точек на странице. Матрица разрешения определяет для данной точки общее количество возможных позиций. Благодаря технологии двойной печатающей головки можно использовать две разные матрицы: одну для цветной печати, а другую для черно-белой. Матрица позволяет создавать уровни цвета для каждой элементарной точки. Поскольку разрешение является результатом объединения двух разных технологических процессов, разрешение по горизонтали и вертикали может различаться. Последним достижением в области струйной печати является горизонтальное разрешение 2400 точек на дюйм, что позволяет печатать 2400 точек на дюйм строки печати, что вдвое превышает текущий стандарт. Благодаря точности печати и микроскопическому размеру капли в 7 пиколитров достигаются столь высокие результаты, что растровое изображение становится совершенно неразличимым для человеческого зрения. Поэтому разрешение 2400 dpi предназначено для печати документов, требующих максимально возможного разрешения и безупречного качества. Поскольку скорость печати сильно зависит от количества напечатанных точек, печать с разрешением 2400 x 1200 будет немного медленнее, чем печать с более низким разрешением. 

Драйверы Lexmark

Драйверы принтеров Lexmark после установки готовы к печати, а автоматическое обнаружение объектов обеспечивает хорошее качество изображения без необходимости настройки. Автоматический режим также позволяет добиться оптимального сочетания качества и скорости печати документа. Настроить драйвер для специальной бумаги или выбрать таблицы цветов для большей контрастности или естественного тона изображения очень просто в настройках драйвера раздела Качество документа на другой тип картриджа или замену старого на новый. Отличительной особенностью драйверов данной серии является их способность работать с изображениями в стандартах sRGB и ICM стандарта sRGB
предполагает, что для описания цветного изображения используется аппаратно-независимое цветовое пространство, встроенное в Microsoft OC или интернет-инструменты. Используя стандартизированное RGB-описание цветового пространства UTI-R BT.709, этот стандарт позволяет свести к минимуму передачу дополнительной системной информации, связанной с цветовым профилем оборудования, на котором изображение было создано вместе с изображением. В системной части файла с изображением дана только ссылка на стандарт, в котором оно было создано, а целевое положение активно используется описанием цветового пространства, предоставленным стандартом ICM операционной системы
позволяет более точно определить разнообразие устройств генерации и отображения цветных изображений, используя цветовые аппаратные профили для каждого типа устройств генерации изображений и отображения. Однако этот подход подразумевает, что системная информация, относящаяся к профилю оборудования, на котором был создан образ, передается вместе с этим образом.

Не отрываясь от коллектива

Пока Epson шла своим путем, периодически удивляя компьютерное сообщество новым прорывом, другие игроки рынка струйных принтеров не менее успешно использовали печатающую головку с иной конструкцией. Большинство из них считают свои разработки уникальными, хотя суть их банально проста, а разница зачастую только в названии.

Поэтому Canon использует термин Bubble-Jet, который можно условно перевести как «пузырьковая печать». Остальные огород городить не стали и согласились с более привычным словосочетанием «термоструйная печать».

Термальные струйные принтеры работают как гейзер: внутри камеры, ограниченной чернилами, миниатюрный нагревательный элемент создает паровой пузырь, который тут же расширяется, выталкивая каплю чернил на бумагу.

С помощью этой технологии несложно получить миниатюрные печатающие элементы, размещенные с высокой плотностью, что сулит разработчикам потенциальный прирост разрешения с солидным запасом на будущее. Однако у термопечати есть и недостаток. Из-за постоянного перепада температур печатающая головка постепенно разрушается, в результате чего ее необходимо заменять вместе с картриджем.

Пузырьковая струйная импульсная печать

Компания Hewlett-Packard создала первый струйный принтер, использующий пузырьковую технологию, в 1985 году. Успех этих принтеров был обусловлен тем, что качество печати, которое они обеспечивали, почти не уступало лазерным принтерам, а цена была сравнима с хорошим матричным принтером. Сердцем струйного принтера, использующего импульсную технологию пузырьковых чернил, является печатающая головка, к которой подключены другие электромеханические «органы».

В принтерах, использующих технологию пузырьковой струйной импульсной печати, изображение на отпечатке формируется, когда множество капель чернил падают на бумагу и вылетают из тончайших сопел с микроскопическими отверстиями. В стенку сопла встроен нагревательный элемент. При подаче электрического импульса температура нагревательного элемента резко повышается, в результате чего практически вся краска, соприкасающаяся с нагревательным элементом, моментально испаряется. Расширение пара вызывает ударную волну. Под действием давления капля краски буквально «выстреливает» из сопла, как из ружейного ствола. После выстрела красочный туман конденсируется и в сопле образуется зона низкого давления, под действием которой всасывается новая порция краски.

Преимуществом этой печатной секции является простота конструкции сопел. Помимо низких производственных затрат, такие устройства имеют и ряд других преимуществ:

• высокая надежность каждой форсунки; упрощенная конструкция головки уменьшает размер печатной секции, так как не требуется замена сопла;

• тонкие и конструктивно простые сопла можно ставить все ближе и ближе друг к другу, что увеличивает разрешение печати;

• бесшумная работа печатающей головки.

Пузырьково-струйные импульсные печатающие головки могут различаться расположением нагревательного элемента. Нагревательный элемент в головке может располагаться сбоку или за соплом, что не меняет принципа самой идеи струйно-пузырьковой импульсной печати. Важным фактором при этом являются структурно-механические и барометрические свойства чернил. Краска на оттиске должна быстро высыхать, не разбрызгиваться и не растекаться по поверхности печатного материала.

Развитие технологии компанией Epson

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

На начальном этапе развития метода в головку прибора были встроены кристаллические пластины. Позже их заменили пластинчатые пьезопреобразователи. С 1994 года все устройства Epson серии Stylus оснащены такими планками. Компания имеет монополию на производство такого оборудования. Для этого представителям Epson пришлось получить несколько тысяч патентов в разных странах.

Несмотря на то, что пьезотехника отождествляется с названием Epson, первые устройства этого типа были изготовлены компанией Siemens в 1977 г. В них роль преобразователя выполняли пьезотрубки.

Пьезоструйный принтер Epson

Характеристики печатающей головки

    — Период формирования мениска:
    Именно столько времени требуется, чтобы камера наполнилась чернилами. Определяет рабочую частоту печатающей головки (от 0 до 1200 Гц).

    — Скорость выпуска:
   Низкая скорость приводит к непрерывному расположению точек.
   Высокая скорость приводит к брызгам и полосам.

    — Масса капли определяется:
   Размер нагревательного элемента.
   Диаметр сопла.
   Обратное давление.

   Было замечено, что в обычных струйных принтерах капля чернил, падающая на бумагу, имеет форму маленького треугольника, так что при ближайшем рассмотрении линии кажутся зубчатыми. Это связано с тем, что капля деформируется во время полета, а при соприкосновении с бумагой растекается. Особенно это заметно в низком режиме при экономичной печати. Lexmark предлагает принтеры с новой усовершенствованной технологией печати, которая уравновешивает форму сопла и скорость печатающей головки, благодаря чему капли чернил выглядят как обычные штрихи. Это позволяет сделать линии ровными, а качество печати практически не отличить от лазерной печати. Кроме того, такая форма пятна позволяет избежать беловатых полос на оттиске.

Импульсная струйная печать

Такой принцип создания потока капель позволяет напрямую контролировать процесс создания капли в определенное время. В отличие от систем непрерывного действия, в объеме чернил нет постоянного давления, а когда требуется капля, генерируются импульсы давления. Управляемые системы принципиально менее сложны в изготовлении, но для их работы требуется устройство для создания импульсов давления примерно в три раза большей мощности, чем для систем непрерывного действия. Производительность управляемых систем составляет до 20 тысяч капель в секунду на сопло, а диаметр капель от 20 до 100 микрон, что соответствует объему от 5 до 500 пиколитров. В зависимости от способа создания импульса давления в чернильном объеме различают пьезоэлектрическую и термочернильную печать. Для реализации пьезоэлектрического
в методе каждое сопло снабжено пьезоэлементом, соединенным с чернильным каналом с диафрагмой. Под действием электрического поля пьезоэлемент деформируется, за счет чего мембрана сжимается и разжимается, выталкивая каплю чернил через сопло. Аналогичный метод генерации капель используется в струйных принтерах Epson. Положительной особенностью таких струйных технологий является то, что пьезоэлектрический эффект хорошо контролируется электрическим полем, что позволяет точно варьировать объем образующихся капель, а значит, в достаточной степени влияет на размер образующихся пятен на бумаге. Однако практическое использование модуляции объема капли затруднено тем, что изменяется не только объем, но и скорость падения, вызывая ошибки позиционирования точки при движении головы. С другой стороны, производство печатающих головок для пьезоэлектрической технологии оказывается слишком дорогим в расчете на одну головку, поэтому в принтерах Epson печатающая головка является частью принтера и может стоить до 70% от общей стоимости всего принтера. Выход из строя такой головки требует серьезного обслуживания.

Для реализации тепловой струи
метод, каждая из форсунок снабжена одним или несколькими нагревательными элементами, которые при пропускании через них тока нагреваются до температуры ок. 600C за несколько микросекунд. Пузырь газа, возникающий при резком нагреве, выталкивает часть чернил и образует каплю через выходное отверстие сопла. Когда поток прекращается, нагревательный элемент остывает, пузырек схлопывается, и вместо него из входного канала выходит другая порция чернил. Процесс создания капель в термопечатающих головках после подачи импульса на резистор практически неуправляем и имеет порог, зависящий от объема испаряемого вещества от приложенной силы, поэтому здесь динамическое управление объемом капли, в отличие от пьезоэлектрической технологии , очень тяжело. Однако у термопечатающих головок самое высокое соотношение производительности к стоимости единицы, поэтому печатающая термоголовка обычно является частью картриджа, а при замене картриджа на новый печатающая головка меняется автоматически. Однако использование термопечатающих головок требует разработки специальных чернил, которые могут достаточно легко испаряться, не воспламеняясь, и не подвержены термоударным повреждениям.