Принцип работы струйного принтера

Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является «Hewlett-Packard». Эра домашних принтеров началась с 1985 года, когда на рынке появились принтеры «LaserJet» от «Hewlett-Packard» и «LaserWriter» от «Apple Computer». В 1981 году термическая технология струйной печати была представлена на выставке «Canon Grand Fair». В 1985 году - появилась первая коммерческая модель такого монохромного принтера - «Canon» BJ-80, в 1988 году появился первый цветной принтер - BJC-440 формата A2, разрешением 400 dpi.

По принципу действия струйные принтеры отличаются от матричных безударным режимом работы за счет того, что их печатающая головка представляет собой набор не игл, а тонких сопел, диаметры которых составляют десятые доли миллиметра. В этой же головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. В основном число сопел в моделях различных изготовителей составляет от 16 до 64. Однако печатающая головка «HP DeskJet» 1600 имеет 300 сопел для черных чернил и 416 для цветных. Хранения чернил обеспечивается двумя конструктивными решениями. В одном из них головка принтера объединена с резервуаром для чернил, причем замена резервуара с чернилами одновременно связана с заменой головки. Другое предусматривает использование отдельного резервуара, который через систему капилляров обеспечивает чернилами головку принтера.

Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица сопел (т. н. головка), печатающая жидкими красителями. Печатающая головка может быть встроена в картриджи с красителями (в основном такой подход используется компаниями «Hewlett-Packard», «Lexmark»), а может и является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель («Epson», «Canon»).

По распространённости лидером является струйная печать, второй - лазерная, третьей - термосублимационная, четвёртой - матричная. При струйном, лазерном и матричном способах печати линеатура составляет 300-80-30 lpi, и зависит от разрешающей способности устройства. При сублимационной печати линеатура получаемых полутонов более 300 lpi, поэтому наиболее массовое применение монохромные лазерная и матричная технологии находят при печати текстов и графики, а полноцветная термосублимационная технология используется в фотопринтерах. Цветная струйная печать показывает хорошие результаты при печати текстов, графики и фотографий. Струйная, лазерная и матричная технологии - растровые (англ. bi-level - два уровня), то есть для получения одной полноцветной точки растра (2 уровень) нужен микрорастр - по 16 х 16 = 256 «служебных» микропиксель каждого цвета (1 уровень).

Новые модификации лазерных, струйных и термосублимационных технологий печати дают хорошие результаты и относятся к комбинированным (англ. contone - полутоновый цвет). Contone = bi-level + continuous tone. Такое полутоновое изображение местами печатается точками, а местами непрерывной заливкой красителем. Струйная и лазерная технологии печатают точки с «резкими» границами, без перекрытия, что хорошо при высоком разрешении, а если разрешение менее 4800 dpi, то на конечном изображении виден растр, в аналоговой фотографии говорили о зернистости изображения. На аналоговой цветной фотобумаге изображение создаётся тоже точками (зерном) с «резкими» границами, но разрешение фотобумаги высокое и изображение получается мелкозернистым и отличного качества.

Современные струйные принтеры ― самые дешевые печатные устройства. Качество печати современного струйного принтера сравнимо с лазерным, скорость печати также приближается к скорости младшей линейке лазерных принтеров. Качество цветной печати «на специальной бумаге практически неотличимо от качества фотографий. Единственный существенный недостаток, не дающий струйным принтерам полностью заполонить рынок ― это высокая стоимость расходных материалов у дешевых моделей принтеров» [5; с. 52].

В струйных принтерах используется цветовая модель CMY или CMYK ― изображение формируется путем нанесения на бумагу чернил черного цвета, либо пигментированной в один из цветов CMY, либо дополнительные к CMY цвета (светлые Cyan и Magenta). При попадании на бумагу чернила быстро впитываются и высыхают ― изображение остается на бумаге. Чернила подаются на бумагу при помощи печатающей головки, представляющей собой матрицу сопел настолько тонких, что чернила не протекают через них, удерживаясь за счет поверхностного натяжения и специальной конструкции чернильной емкости.

Сопла термоструйных принтеров снабжены терморезисторами. Для печати отдельной точки на резистор подается напряжение, и тот нагревается. В результате образуется паровой пузырь, выталкивающий капельку чернил из сопла. К достоинству данной технологи относится заметная дешевизна печатающей головки. Однако, срок ее работы ограничен, и обычно она совмещена с картриджем. Ещё один недостаток ― практически неуправляемый (по типу взрыва) процесс выталкивания капли, вследствие чего вокруг точки возникают крошечные капли, напоминающие «туман».

Для цветной печати, когда используются чернила цветов CMY (голубой, пурпурный и желтый), картриджи могут быть выполняться как в виде одного блока, так и в виде отдельных «чернильниц». Первый вариант используется на старых либо дешевых принтерах. Второй ― более удобен для пользователя, т.к. в последнем случае не приходится выбрасывать остатки чернил из-за того, что в картридже закончился один из цветов. Также существует класс фотопринтеров, в которых используются шесть цветов, за счет чего достигается более качественная передача оттенков цвета и полутонов.

Остальная механика струйного принтера аналогична по конструкции с механикой матричных принтеров: та же каретка с печатающей головкой, тот же протяжной механизм подачи бумаги. Картридж с чернилами в более дешевых моделях струйных принтеров устанавливается непосредственно на каретке, в более дорогих ― представляет собой отдельную емкость, подача чернил из которой осуществляется через трубочку.

К достоинствам струнного принтера относятся: низкая цена устройства, возможность печати в цвете, более высокая скорость печати, чем у матричных принтеров, низкие шум при работе. К недостаткам: высокая стоимость расходных материалов, более низкая скорость, чем у с лазерных устройств.

Главные конструктивные недостатки струйных технологий: проблемы с засыханием чернил и засорением сопел и дефекты воспроизведения слабоокрашенных фрагментов изображения. Причин засорения сопел много. Например: компьютерный струйный принтер краситель

а) на поверхности чернил образуется плёнка окисла, которая при полном израсходовании чернил картриджа устремляется в сопла,

б) испарение воды из чернильной суспензии и загустение чернил,

в) слипание зёрен в пигментных чернилах,

г) чернила пригорают на термоэлементах и эта чешуя летит в фильтр и сопла и т.д.

Фильтры картриджа из поролона не достаточно эффективны и накапливают «мусор» при неоднократном использовании картриджа после перезаправки. При разрешении 4800dpi капли должны падать на бумагу с шагом 25,4\4800 = 0,0053 мм. При каждой распечатке термические или пьезоэлектрические насосы выталкивают из каждого сопла миллионы капель чернил ёмкостью от 1 пиколитра. При встрече с бумагой капля разбрызгивается, чернила впитываются и расплываются. Пятно чернил по диаметру получается примерно в 2 раза больше сопла, выбросившего каплю. Сопло имеет диаметр порядка 0,0053\2 = 2,6 микрон. Естественно, что засориться соплу диаметром менее 3 микрон очень просто. Какое-то из более 400 сопел печатающей головки обязательно засорится.

Для воспроизведения светлого участка изображения любого цвета требуется мало окрашенных «служебных» микропикселей, в результате получаются редкие точки на «большой» площади изображения - просто неокрашенная бумага. А человек судит о качестве изображения, в первую очередь, исходя из достоверности воспроизведения именно светлых оттенков изображения. Чтобы смягчить этот недостаток, к четырём базовым цветам (CMYK) добавляются по одному или по два светлых (light) варианта голубых (C-light), пурпурных (M-light), жёлтых (Y-light) и чёрных (К-light или grey) чернил. Обычно бывает не более 8 чернильниц. Комплект фирменных картриджей для струйного принтера ёмкостью по 5-10 мл стоит достаточно дорого, а расходуются чернила не только на печать, но и на прочистку сопел. Лучше, когда чернильницы неподвижны на корпусе принтера, они больше по объёму, можно использовать больше светлых цветов, они не снижают скорости печати за счёт инерции и создаются условия для снижения эффекта засыхания чернил за счёт продувки воздухом сопел печатающей головки после окончания работы [2; с. 328].

Другие недостатки струйных технологий: невысокая скорость полноцветной печати, обусловленная в основном растрированием и количеством дополнительных светлых цветов, выцветание красок изображения, «водобоязнь» отпечатков, при использовании водорастворимых чернил и осыпание изображения, при использовании пигментных чернил, чувствительность к сорту бумаги.