Предыдущий уровень изложения текущего раздела   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Первый уровень изложения следующего раздела   Уровень:


Струйные принтеры

Подробности

Струйные технологии

Прежде всего о том, что представляет собой процесс струйной печати. Под действием создаваемого в печатающей головке давления, капля чернил вылетает из сопла и попадает на носитель изображения. Все. Далее начинаются частности, относящиеся к способу стрельбы, виду снаряда и качеству мишени, долженствующие способствовать появлению необходимых для создания приличного отпечатка условий. А условия следующие: минимальный размер капли, так как он определяет разрешение; поверхностный слой носителя, не позволяющий капле растечься; чернила, не пропитывающие носитель, а удерживающиеся на поверхности в возможно большем количестве; небольшое время высыхания, чтобы не дать чернилам размазаться, но не столь малое, чтобы при перемещении головки по следующей строке предыдущая уже высохла; поверхностный слой, который должен быть максимально белым и так далее. Ясно что эти требования во многом исключают друг друга, поэтому основной задачей практического внедрения струйной технологии является нахождение некой средней линии, своего рода пути между Сциллой и Харибдой.

Итак, рассмотрим технологические решения, применяемые производителями струйных принтеров.

Печатающая головка

Глядя на продукцию различных производителей, может показаться, что устройство и принципы функционирования этой детали струйных принтеров совпадают, как это имеет место в ситуации, например, с матричными. Однако, на самом деле, сегодня на рынке присутствуют несколько конкурирующих технологий, совершенно по-разному решающих задачу транспортировки чернильной капли от резервуара до носителя.

Существует два основных метода создания управляемого потока капель - непрерывный и импульсный.

Первый из них весьма похож на процесс, происходящий в кинескопе: в сторону носителя направляется непрерывный чернильный поток, разбиваемый на капли под действием вибрации сопла. С помощью электрода, охватывающего выход из сопла, вылетающие капельки приобретают электрический заряд, который позволяет в дальнейшем придавать потоку необходимую траекторию, конечным пунктом которой может быть как носитель, так и специальный уловитель, попав на который чернила возвращаются в резервуар для повторного использования. Весьма существенный плюс этой технологии заключается в высоком быстродействии подобных систем и практическом отсутствии различимых для глаза точек, что дает цветные изображения великолепного качества. Однако за это приходится расплачиваться невысокой скоростью получения изображения, высокими эксплуатационными расходами (дорогие электропроводные чернила и сложность в обслуживании) и, наконец, дороговизной самого оборудования. Как результат - такие системы совершенно не встречаются в устройствах начального уровня и очень редко в коммерческих реализациях, они - для мощных предприятий с рекламно-полиграфическим уклоном.

Наибольшее распространение получил другой - импульсный - тип струйных технологий. В отличие от систем непрерывного действия, импульсные струйные головки ? это асинхронные устройства, то есть печатающая головка выстреливает - чернила только тогда, когда это действительно требуется. В таких головках каждое сопло имеет устройство, предназначенное для создания в нужные моменты избыточного давления. Последнее выталкивает из камеры капельку чернил, которая по инерции пролетает зазор между соплом и носителем. Так, капелька за капелькой, точка за точкой формируется изображение. Управляемые системы принципиально менее сложны в изготовлении, однако для их работы требуется устройство создания импульсов давления примерно втрое более мощное, чем для систем непрерывного действия.

И именно здесь на арену выходят два метода создания этого самого избыточного давления. Его источником может быть либо кристалл пьезоэлектрика, действующий как микропоршень на одну из стенок камеры, либо тепловой импульс.

Термический, или пузырьковый, метод .

Термическийспособструйнойпечати

Этот метод предоставляет капле возможность самостоятельно переместиться к носителю за счет испарения ее части. Доза чернил подвергается резкому нагреву тонкопленочным резистором с <казенной> части сопла, при этом часть жидкости практически мгновенно испаряется и капля <выстреливается> наружу, по возможности в сторону носителя. После <выстрела> чернильный пар конденсируется, пузырек схлопывается и в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого всасывается новая порция чернил. Важной конструктивной особенностью такого печатающего устройства является тихая работа, простая конструкция и высокая надежность сопел. Использующие такой метод печатающие головки обладают самым высоким соотношением производительности и стоимости изготовления и применяются сегодня практически во всех офисных печатающих устройствах. Для их использования, однако, требуются специальные чернила, которые должны достаточно легко испаряться без возгорания и краситель которых не должен подвергаться разрушению при термическом ударе.

Пьезоэлектрический метод.

Пьезоэлектрическийметодформированиякапель

Собственно пьезоэлемент представляет собой преобразователь энергии электрического импульса в механическое перемещение (как, впрочем, и наоборот: механические усилия превращает в электрические, чем регулярно пользуется каждый, прикуривающий от пьезозажигалки). В таких головках напротив сопла установлен многослойный пьезоэлемент, который, выгибаясь, приводит к созданию избыточного давления в чернильной камере, приводящего к <выстрелу> капли. Кроме этого, в последней модели печатающей головки фирмы Epson, позволившей довести разрешение до 1440 dpi, применяется технология улучшенного управления мениском красителя (Advanced Meniscus Control), позволяющая избавиться от облака паразитных спутниковых капелек, летящих вслед основной. Для этого непосредственно после вылета капли кристалл выгибается в противоположную сторону, создавая в камере пониженное давление, приводящее к небольшому втягиванию мениска красителя внутрь сопла. Это предотвращает его колебание, сопровождающееся выбросом паразитных капелек. Кроме того, форма и размер основных капель получаются одинаковыми, а также улучшается их позиционирование. Основным недостатком такой печатающей головки является ее относительно высокая, по сравнению с термической, стоимость производства, в результате чего подобные головки не делают сменными ? расходной частью служит только бачок с чернилами. Смена же головки в случае ее выхода из строя сравнима по затратам с покупкой нового принтера. В коммерческих принтерах такие печатающие головки использует исключительно фирма Epson.

Чернила

Чернила для струйных принтеров должны удовлетворять целому ряду противоречивых условий. С одной стороны, они не должны быть слишком густыми, иначе микроскопические сопла быстро забьются; с другой - они не должны быть и слишком жидкими, иначе будут легко растекаться по бумаге. Они должны вскипать и конденсироваться без изменения свойств, их поверхностное натяжение должно быть таким, чтобы чернила самопроизвольно не вытекали из сопел, но образовывали капельки строго определенного размера. Чернила должны быстро сохнуть, чтобы, опять-таки, они не успели растечься по бумаге и заполнить участки другого цвета или смазаться при печати. Но, если при этом они будут сохнуть слишком быстро, забьются сопла головок. Высохшие чернила должны плохо растворяться (или даже совсем не растворяться), иначе изображение будет нестойким и смажется даже от прикосновения влажных рук. И в то же время, на случай прочистки засорившигося сопла, требуется хоть какой-то способ растворить чернила. Для принтеров, использующих пьезоэлектрическую конструкцию печатающей головки, весьма важным оказывается сопряжение чернил с электродами: красители не должны вызывать коррозию металла.

Наконец, обязательным требованием к цветным чернилам является очень точный спектральный состав, иначе получаемые при смешении цвета будут <грязными>. После высыхания они должны быть прозрачными, иначе не получится естественного смешения цветов. Плюс устойчивость к выцветанию, экологическая частота и, само собой разумеется, нетоксичность.

Оптимальный состав черных чернил уже найден. Практически у всех производителей они представляют собой взвесь очень мелкого нерастворимого минерального порошка черного цвета. При попадании чернил на бумагу жидкость впитывается, а порошок прилипает к поверхности, и растекания не происходит. Но для цветных чернил этот рецепт не годится: во-первых, как уже было сказано, они должны быть прозрачны, а во-вторых, практически невозможно подобрать минеральные краски нужного спектрального состава.

а)обычныечерниланаводнойоснове;б)пигментныечернила

а) обычные чернила на водной основе; б) пигментные чернила

Дополнительные цвета. Слабым местом струйной печати является правильная передача светлых тонов изображения: поскольку изображение строится из капель насыщенного цвета, то для получения бледных оттенков нужно наносить капли чернил на бумагу достаточно редко. А это приводит к тому, что при передаче очень светлых тонов капли располагаются так далеко друг от друга, что, во-первых, перестают сливаться в однородный тон и оказываются заметными, а во-вторых, становится невозможной прорисовка мелких деталей.

Для решения этой проблемы существует несколько технологий, использующихся как по отдельности, так и в разных сочетаниях. Один метод предусматривает смешение цветов таким образом, чтобы сделать количество точек как можно большим, однако это несколько <загрязняет> цвет. Другой - повышение разрешения принтера, третий - регулирование размера самой точки. Самым же радикальным способом является использование дополнительных чернил светлых тонов. В этом случае темные тона получаются за счет сплошной заливки обычными чернилами, а светлые - за счет столь же сплошной закраски чернилами светлыми. Набор таких чернил устанавливается, как правило, вместо черного картриджа и увеличивает число цветов в палитре до шести (Cyan, Magenta, Yellow, Black, Light Cyan и Light Magenta). Светло-желтый тон современными принтерами не используется, так как желтый цвет сам по себе воспринимается глазом как очень светлый, и особой разницы между редким и густым желтым растром человеческий глаз не ощущает. А избавление от одного <лишнего> цвета упрощает механику принтера.

Твердые чернила. Для получения высококачественных цветных изображений используется технология печати твердыми чернилами (со сменой фаз). В нерабочем состоянии такие чернила представляют собой цветные восковые палочки, закладываемые в печатающую головку. Во время работы нагреватели расплавляют воск, и чернила, перейдя в жидкое состояние, стекают в резервуары с подогревом, в котором и пребывают в ожидании своей очереди. При попадании на носитель такие чернила мгновенно переходят в твердую фазу, не впитываясь в бумагу и не смешиваясь друг с другом. Получаемое таким образом изображение имеет один недочет - капельки, застывая, делают его шершавым, поэтому для кондиции лист носителя прокатывают через валики, расплющивающие шероховатости твердых чернил и придающие изображению приятный глянцевый вид. Недостатки такого процесса - это высокая стоимость отпечатка и длительное время разогрева устройства, а также недостаточная устойчивость получаемых отпечатков к истиранию (царапинам). Подобная технология реализована в принтерах фирм Tektronix и DataProducts.

Носитель (бумага)

Если вы желаете получить от струйного принтера то качество, что вам обещали в рекламных буклетах, - придется покупать специальную бумагу. Ведь несмотря на все последние достижения струйных технологий, наивысшее качество печати достигается только на специальных типах носителей. Сейчас существует два типа спецбумаги, отличающихся не только визуально, но и по способу взаимодействия с чернилами: глянцевая и матовая.

Глянцевая бумага имеет специальное покрытие из микропористого полимерного материала, например полиэтилена. Использующееся покрытие имеет низкий коэффициент смачивания, и капля чернил, попав на поверхность такой бумаги, не растекается, а благодаря капиллярному эффекту просачивается через поры под пленку. Под полимером расположен еще один слой, который мгновенно связывает жидкость, не давая ей растечься. В результате получается чернильное пятно точно заданного размера, а глянцевое покрытие обеспечивает высокую сочность и насыщенность цвета.

Матовая бумага имеет микропористое минеральное или полимерное покрытие, очень однородное и обладающее высокой степенью белизны (обычно для минерального слоя используются нерастворимые соли бария). В этом случае покрытие работает с точностью до наоборот и, как промокашка, мгновенно впитывает и подсушивает каплю чернил. Благодаря однородности слоя капля растекается на заранее известную величину, что позволяет точно дозировать чернила и получать пятно нужного размера. Цвет высохших чернил за счет почти идеальной белизны и химической нейтральности покрытия сохраняется насыщенным и неизменным. Такая бумага имеет более простую технологию изготовления и стоит при своей, в общем-то, немалой цене в несколько раз дешевле глянцевой.

Именно по причине высокой стоимости спецносителей немаловажной представляется способность выбранного вами принтера печатать качественно не только на специальных фирменных носителях (на которых практически все принтеры, относящиеся к одной категории, дают сходные результаты), но и на обыкновенной офисной бумаге. Впрочем, понятие <офисная бумага> тоже несколько расплывчато, особенно в применении к струйной печати. Более того, некоторые дорогие и <модные> сорта бумаги, имея несомненные или мнимые достоинства в других областях применения, оказываются совершенно не приспособленными для удерживания чернильной капли.

Интересное решение проблемы печати на обычной бумаге предлагает фирма Canon: сначала на бумагу наносится <первичный> слой, обеспечивающий водостойкость краски и придающий фотоизображению выпуклость, и только затем льются чернила. Эта технология называется P-POP (Plain Paper Optimized Printing) и реализована в семействе печатающих устройств BJC-7000.

Драйверы

Модернизация только лишь принтерного hardware не позволила бы добиться тех весьма впечатляющих эффектов, которые демонстрируют современные модели. Важную роль здесь играют и программные технологии, реализованные в драйверах печати.

Так, фирмой Epson разработан специальный алгоритм растрирования AcuPhoto HalfToning, обеспечивающий улучшенные воспроизведение и согласование цветов. Другая утилита - PhotoEnhance - предназначена для автоматической оптимизации качества цветных распечаток независимо от типа создаваемого документа. Она включает в себя разнообразные алгоритмы по управлению цветовой палитрой и согласованию цветов. В сочетании с оригинальной техникой беспорядочного рассеивания точек Error Diffusion все это дает детализированные изображения, весьма близкие по цветам к оригиналу.

Hewlett Packard также использует такие специальные технологии, позволяющие оптимизировать качество цветных распечаток, как ColorSmart II, аналогичную по функциям утилите PhotoEnhance от Epson, или SmartFocus, улучшающая ясность цвета в изображениях низкого разрешения, получаемых с Internet.

В целом, можно наблюдать, что каждая уважающая себя компания-производитель струйных принтеров снабжает свои детища программными технологиями, подобными вышеперечисленным.