А я рад, что и в ХХI веке могу помять в руках массивную пачку бумаги перед отправкой в копировальный аппарат, могу почувствовать запах свеженапечатанного журнала и пошелестеть его страницами. Мало того, повысилось как количество, так и качество печатных изданий. И если раньше цветная печать была возможна разве что в типографии, то на данный момент ее может позволить себе любой желающий, даже в домашних условиях. Принтеры давно уже стали привычными устройствами. Самыми недорогими из цветных аппаратов являются струйные принтеры. Давайте же рассмотрим, как они устроены и какие технологии позволяют нам получать высококачественную печать — как документов, так и цветных изображений.
Схематичный рисунок непрерывной струйной печати
Чтобы быть более последовательными, вспомним первую технологию струйной печати, называемую непрерывной, где печатающая головка выстреливает непрерывный поток капель в сторону бумаги.
Поток чернил посредством вибрации сопла разбивается на капли, заряжается, а далее управляется отклоняющей системой. В результате управления электрическим полем капли попадают на носитель в нужном месте, образуя изображение. Капли, которые не используются, отклоняются в специальный уловитель и отводятся для повторного использования.
Каплеструйный принтер, получивший прописку на производственных линиях предприятий - мастер маркировки
Недостаток такой технологии заключается в небольшой скорости печати, большим расходом чернил, дороговизной оборудования. Поэтому в данный момент такие системы работают только в промышленности для маркировки товаров, производства этикеток. Называются они «каплеструйные принтеры».
Нас же интересует потребительский рынок струйной печати, поэтому перейдем к другим системам, которые называются импульсными.
В этом способе поток чернил непостоянен, капли выпускаются только тогда, когда это требуется. В английском варианте так и называется — «капля по требованию» (Drop-On-Demand).
Изображение, формируемое струйным принтером на листе бумаги, состоит из мельчайших точек (посмотрите вплотную на экран монитора, и вы увидите подобные точки), а из-за особенностей зрения изображение воспринимается как единое целое. И технологическая задача импульсного струйного метода — «разбросать» капли в определенном порядке на бумагу или другой носитель. Чтобы вытолкнуть чернильную каплю из сопла печатающей головки, нужно создать избыточное давление в камере с чернилами, а потом заполнить ее новой порцией. Используются два метода, чтобы этого достичь, и соответственно выделяются две технологии струйной печати: термоструйная и пьезоэлектрическая.
Схематичный рисунок принципа работы технологии термоструйной печати
В термоструйной печати используется нагревательный элемент, встроенный в стенку чернильной камеры (называют его еще терморезистор или электрод). Когда на него подается ток, чернила мгновенно нагреваются до температуры больше 500 градусов, образуется газовый пузырь, который выталкивает чернильную каплю наружу (поэтому печать иногда называют термопузырьковой). Затем чернила охлаждаются, газовый пузырь схлопывается, образуя зону пониженного давления, в результате в камеру поступает новая порция чернил.
Термоструйную печать используют Hewlett Packard, Canon, Lexmark, Xerox, Olivetti. Она носит название Jet Ink. Производство термоголовок относительно недорогое, и картриджи для этих принтеров представляют собой сочетание печатающей головки и резервуара с чернилами. Поэтому картридж после использования подлежит замене.
Схематичный рисунок принципа работы технологии термоструйной "пузырьковой" печати
Несколько обособленно стоит технология, используемая Canon. Применяется та же термоструйная технология, только термоэлемент расположен не за соплом, а в канале сбоку. Canon называет эту технологию Bubble Jet («пузырьковая»).
Еще отличие состоит в том, что печатающая головка находится в принтере, а картриджи представляют собой резервуары с чернилами (чернильницы). Правда, головка установлена в принтере не «жестко», и при необходимости ее можно заменить.
Схематичный рисунок принципа работы пьезоэлектрической головки
Пьезотехнология разработана и применяется компанией Epson.Пьезоэлектрическая печать основана на особых свойствах пьезокристаллов. Одно из свойств — вырабатывать ток при деформациях. В проигрывателях виниловых грампластинок используется как раз пьезоголовка. Неровности дорожки пластинки передаются через иглу на пьезоэлемент, который, деформируясь, вырабатывает электрический сигнал. Затем он усиливается и воспроизводится в виде звука. Многие физические явления обратимы. И в пьезоэлементе используется обратное его свойство, то есть способность деформироваться, при подаче на него напряжения.
Схема многослойного пьезоэлемента
Данная технология работает следующим образом. Пьезоэлектрик конструктивно связан с вибрирующей пластиной, называемой диафрагмой или мениском. Когда на пьезоэлемент подается сигнал, он прогибается и воздействует на диафрагму, которая увеличивает давление в камере и, действуя как микронасос, выталкивает порцию чернил. Сразу после вылета капли, на элемент поступает противоположное напряжение, которое заставляет его выгнуться в другую сторону и затянуть новую порцию чернил.
Пьезоэлектрическая печатающая головка — высокотехнологичное и дорогое изделие. Она является частью принтера и смонтирована на каретке устройства. Соответственно, заменяемые картриджи — это только чернильницы.
Принцип управления формой капли
Одним из достоинств пьезотехнологии Epson называет возможность управления каплей в процессе выброса из сопла. Если в термоструйной технологии из-за взрывного характера выброса капли трудно проконтролировать этот процесс, и в результате могут возникнуть мельчайшие капли-спутники (сателлиты), то в пьезоголовке сразу после отрыва и вылета капли происходит резкое втягивание диафрагмы. В результате останавливается вибрация чернил на срезе дюзы, и излишки выплеснутых чернил втягиваются обратно в сопло, поэтому сопровождающие капли не успевают сформироваться.
Независимо от технологии печатная головка устанавливается на подвижной каретке принтера. Лист бумаги протягивается подающим устройством принтера, а картридж совершает поперек листа возвратно-поступательные движения, выбрасывая миллионы чернильных капель, тем самым формируя изображение. Поэтому важным параметром печатающей головки является скорострельность и точность позиционирования.
Физические разрешения, достигнутые в современных принтерах, составляют достаточно высокие показатели. Если в начальных моделях принтеров разрешение не превышает 600 х 600 dpi, то в последних достигает 4800 точек на дюйм.
Однако разрешение — не единственный параметр, влияющий на качество печати, тем более отпечатки нужны не для изучения под микроскопом или специальными приборами, а для визуального наблюдения. И нам нужно качество, которое устраивает человеческий глаз по объективным и субъективным параметрам.
Сравнение формы сопел в термоструйной технологии и микропьезо
Когда принтеры печатали точками одного размера, на темные участки они наносились более плотно, а на светлые реже, поэтому на светлых участках заметна зернистость изображения. Применение точек сверхмалого объема (3, 4, 5 пкл) позволило создавать изображения с равномерной плотностью, качественно воспроизводить светлые области изображения и участки с высокой детализацией. И еще создавать плавные цветовые переходы.
Печать точками переменной величины
У каждого изготовителя принтеров здесь своя реализация технологии:
Canon использует по два нагревающих элемента в каждой дюзе. Задействуя то один из них, то оба, образуются как стандартные капли, размер которых определен формой и диаметром сопла, так и капли, уменьшенные на одну треть от обычной.
Компания Lexmark изготавливает головку с двумя различными диаметрами дюз, позволяющие получать капли 10 и 3 пкл, а в процессе печати для разной заливки задействуются форсунки определенного размера.
Hewlett Packard в современных моделях использует печатающие головки, формирующие одинаково малые капли размером 4-5 пкл. Считается, что печать сверхмалыми точками замедляет скорость печати. НР компенсирует это высокой частотой выброса капель и большим количеством дюз, а совместно с технологией HP Photo Ret осуществляются плавные полутоновые переходы и исключается эффект зернистости, за счет последовательного нанесения от 16 до 32 капель в пределах одной точки и многослойного наложения цвета.
Epson использует печатающую головку с одним диаметром сопел, а размер капли изменяется с помощью технологии VSDT. Технология позволяет печатать каплями от трех до шести различных размеров. Большие и средние наносятся на темные участки с низкой детализацией, а маленькие капли формируют светлые области. Мы уже знаем, что пьезоэлемент управляется электрическим сигналом, потому, регулируя силу тока, можно управлять и размером капли. Для получения капель самого большого размера может подаваться два последовательных электроимпульса.
Фотореалистическое изображение реализуется не только с помощью миниатюризации чернильных капель. В обычном принтере используются четыре цвета: черный (Black), голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). В фотопринтерах добавляются еще два более светлых цвета — Light Cyan и Light Magenta. Повышается плавность перехода и расширяется цветовой диапазон. А тенденция с увеличением цветов продолжается.
Canon к шести цветам добавила еще два — красный и зеленый, поэтому оттенки этих цветов на картинке получаются более насыщенными. В некоторых моделях применяется оптимизатор чернил, который перед нанесением чернил разбрызгивается на бумагу.
У Epson в восьмицветных моделях R800 и R1800 убраны светлые цвета и добавлены серый, синий, красный и глянец, распыление которого происходит после нанесения всех цветов. Кроме ярких, живых цветов, получаемых с помощью нововведений, глянец еще визуально сглаживает микрорастр. В остальных профессиональных восьмицветных моделях Epson используется схема с тремя картриджами черных чернил - CMY lightC, lightM, K3.
Lexmark применяет картриджи с разными типами чернил. Основные цвета в картридже — на водорастворимой основе, а фотокартридж с черным и светлыми цветами — с пигментными чернилами. Это решение позволяет получить широкую цветовую гамму, живые цвета и долговечность фотографий.
Интересны вариации вендоров с черным цветом.
Компания Epson разработала систему картриджей с тремя оттенками серого цвета.
Epson применяет три цвета для печати черно-белых фотографий в целой линейке профессиональных принтеров Epson Stylus Pro + в принтере Epson Stylus Photo R2400 (черный, серый, светло-серый цвета). Поэтому черно-белые снимки выходят мягкими, насыщенными и действительно черными, без зелено-коричневых оттенков, которыми грешат шестицветные модели, поскольку серый цвет там формируется смешением цветных чернил.
Компания Hewlett-Packard, вслед за Epson, также начала применять картриджи с раздельными цветами черного в некоторых из своих моделей.
Выбор технологии
У каждого может быть свое мнение. Создавая новые модели, производители повышали скорость печати, качество картинки и старались снизить стоимость отпечатка. На разных этапах каждый из них выходил на первый план.
Принтеры разрабатывали грамотные инженеры со своими подходами и учетом используемых технологий, и все они находят своего покупателя. Выбор зависит и от области применения принтера, от личных предпочтений, стоимости самого устройства и расходных материалов.
А кроме самой технологии существует еще большой выбор функциональных возможностей, а также сопутствующих программных методов оптимизации изображения. Можно отметить, правда, перспективность пьезоструйной технологии, используемой Epson, в плане дальнейшего развития и применения печати в специальных областях: в фотолабораториях, текстильной и другой промышленности. Отсутствие нагревания позволяет печатать самыми различными субстанциями — как специализированными красителями, так и специальными материалами для создания OLED-матриц дисплеев или «печати» чипов.
Поделиться
