"преимущества пьезоэлектрической технологии струйной печати". Струйная печать: в погоне за качеством Пьезоэлектрическая струйная или термическая струйная что лучше

Работа различных приборов пьезоэлектроники основана на пьезоэлектрическом эффекте , который был открыт в 1880 г. французскими учеными братьями П. Кюри и Ж. Кюри. Слово "пьезоэлектричество" означает "электричество от давления". Прямой пьезоэлектрический эффект или просто пьезоэффект состоит в том, что при давлении на некоторые кристаллические тела, называемые пьезоэлектриками, на противоположных гранях этих тел возникают равные по величине, но разные по знаку электрические заряды. Если изменить направление деформации, т. е. не сжимать, а растягивать пьезоэлектрик, то заряды на гранях изменят знак на обратный.

К пьезоэлектрикам относятся некоторые естественные или искусственные кристаллы, например, кварц или сегнетова соль, а также специальные пьезоэлектрические материалы, например, титанат бария. Кроме прямого пьезоэффекта применяется также и обратный пьезоэффект , который состоит в том, что под действием электрического поля пьезоэлектрик сжимается или расширяется в зависимости от направления вектора напряженности поля. У кристаллических пьезоэлектриков интенсивность прямого и обратного пьезоэффекта зависит от того, как направлена относительно осей кристалла механическая сила или напряженность электрического поля.

Для практических целей применяют пьезоэлектрики различной формы: прямоугольные или круглые пластинки, цилиндры, кольца. Из кристаллов такие пьезоэлементы вырезают определенным образом, соблюдая при этом ориентировку относительно осей кристалла. Пьезоэлемент помещают между металлическими обкладками или наносят металлические пленки на противоположные грани пьезоэлемента. Таким образом, получается конденсатор с диэлектриком из пьезоэлектрика

Если к такому пьезоэлементу подвести переменное напряжение, то пьезоэлемент за счет обратного пьезоэффекта будет сжиматься и расширяться, т. е. совершать механические колебания. В этом случае энергия электрических колебаний превращается в энергию механических колебаний с частотой, равной частоте приложенного переменного напряжения. Так как пьезоэлемент обладает определенной частотой собственных колебаний, то может наблюдаться явление резонанса. Наибольшая амплитуда колебаний пластинки пьезоэлемента получается при совпадении частоты внешней ЭДС с собственной частотой колебаний пластинки. Следует отметить, что имеется несколько резонансных частот, которые соответствуют различным типам колебаний пластинки.

Под воздействием внешней переменной механической силы на пьезоэлементе возникает переменное напряжение той же частоты. В этом случае механическая энергия преобразуется в электрическую и пьезоэлемент становится генератором переменной ЭДС. Можно сказать, что пьезоэлемент является колебательной системой, в которой могут происходить электромеханические колебания. Каждый пьезоэлемент эквивалентен колебательному контуру. В обычном колебательном контуре, составленном из катушки и кондера, периодически осуществляется переход энергии электрического поля, сосредоточенной в кондере, в энергию магнитного поля катушки и наоборот. В пьезоэлементе механическая энергия периодически переходит в электрическую. Посмотрим на эквивалентную схему пьезоэлемента:

Рис. 1 - Эквивалентная схема пьезоэлемента

Индуктивность L отражает инерционные свойства пьезоэлектрической пластинки, емкость С характеризует упругие свойства пластинки, активное сопротивление R - потери энергии при колебаниях. Емкость С 0 называется статической и представляет собой обычную емкость между обкладками пьезоэлемента и не связана с его колебательными свойствами.

Пьезоэлектрические струйные головки для принтеров были разработаны в семидесятых годах. В большинстве пьезоэлектрических струйных принтеров избыточное давление в камере с чернилами создается с помощью диска из пьезоэлектрика, который изменяет свою форму - выгибается, при подведении к нему электрического напряжения. Выгнувшись, диск, который является одной из стенок камеры с чернилами, уменьшает ее объем. Под действием избыточного давления жидкие чернила вылетают из сопла в виде капли. Пионер пьезоэлектрической технологии- фирма Epson не смогла успешно соревноваться в объеме продаж со своими конкурентами Canon и Hewlett-Packard из-за сравнительно высокой технологической стоимости пьезоэлектрических печатающих головок - они дороже и сложнее, чем пузырьковые печатающие головки.

Основным минусом струйных принтеров Epson является то, что головка стоит столько же, сколько принтер. И если она засыхает, то целесообразно просто выкинуть принтер.

Для остальных принтеров минусом является стоимость расходных материалов.

3.Принцип работы лазерных печатающих устройств. Лазерные и светодиодные принтеры. Основные характеристики, достоинства и недостатки.

Толчком к созданию первых лазерных принтеров послужило появление новой технологии, разработанной фирмой Canon. Специалистами этой фирмы, специализирующейся на разработке копировальной техники, был создан механизм печати LBP-CX. Фирма Hewlett-Packard в сотрудничестве с Canon приступила к разработке контроллеров, обеспечивающих совместимость механизма печати с компьютерными системами PC и UNIX.

Первоначально конкурируя с лепестковыми и матричными принтерами, лазерный принтер быстро завоевал популярность во всем мире. Другие компании-разработчики копировальной техники вскоре последовали примеру фирмы Canon и приступили к исследованиям в области создания лазерных принтеров. Другим важным событием явилось появление цветных лазерных принтеров . Фирмы XEROX и Hewlett-Packard представили новое поколение принтеров, которые использовали язык описания страниц PostScript Level 2, поддерживающий цветное представление изображения и позволяющий повысить как производительность печати , так и точность цветопередачи . Лазерные принтеры формируют изображение путем позиционирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера и лишь затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управлением контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы.

Несмотря на наступление струйных принтеров , господство лазерных устройств на рабочих местах в офисе в настоящее время не подлежит сомнению. Причин, объясняющих популярность лазерных принтеров, много. В них используется апробированная технология, зарекомендовавшая себя высокой надежностью: печать скоростная, бесшумная и вполне доступна по цене, ее качество в большинстве случаев приближается к типографскому. Изготовители лазерных принтеров также не стояли на месте, продолжая повышать скорость и качество печати, добиваясь при этом снижения цены. В 1994 г. номинальное быстродействие типичного лазерного принтера было равно 4 стр./мин., разрешение - 300 dpi при цене $800. В 1995 г мы стали свидетелями увеличения числа изделий, печатающих со скоростью 6 стр./мин, при разрешении 600 dpi и имеющих реальную розничную цену $350.

Каждые два-три года изготовители повышают скорость печати на 1 или 2 стр./мин., и к концу десятилетия персональные лазерные принтеры достигли быстродействия 12-15 стр./мин. Кроме того, уменьшаются габариты лазерных принтеров - таким образом изготовители добиваются снижения цены и возможности установки их изделий на тесном рабочем столе. Одним из следствий этого зачастую становятся ограниченные по сравнению с крупногабаритными моделями средства для работы с бумагой. Входные емкости вмещают, как правило, не более 100 листов, а карман для бумаги нередко одновременно предназначен и для ручной подачи листов - для этого надо сначала удалить из него стопу бумаги. Емкость выходных лотков тоже ограниченна - если принтер вообще оснащен таким приспособлением. У некоторых принтеров тракт подачи бумаги настолько извилист, что поставщики не рекомендуют использовать машины для печати на липких наклейках.

Лазерные принтеры, получившие наибольшее распространение, используют технологию фотокопирования, называемую еще электрофотографической, которая заключается в точном позиционировании точки на странице посредством изменения электрического заряда на специальной пленке из фотопроводящего полупроводника. Подобная технология печати применяется в копировальных аппаратах.

Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан , с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. С помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом, на этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокуг него светящейся ионизированной области, называемой короной. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электческий заряд.

Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьшается от -900 до -200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер - мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение.

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу. Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры около 180° - 200°С. После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати.

Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати. При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии. В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане последовательно для каждого отдельного цвета (Cyan, Magenta, Yellow, Black) формировалось соответствующее изображение, и лист печатался за четыре прохода, что, естественно, сказывалось на скорости и качестве печати. В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цветовых оттенков, почти такая же, как при печати на цветных принтерах с термопереносом красителя.

Принтеры этого класса оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере содержатся разнообразные шрифты и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера . Цветные лазерные принтеры имеют довольно крупные габариты и большую массу. Технология процесса цветной лазерной печати весьма сложна и цены на цветные лазерные принтеры еще очень высоки.

Светодиодный принтер: принцип работы, сходство с принтером лазерным и отличия от него

Светодиодную и лазерную технологию цифровой печати роднит использование в обоих случаях электрографического процесса для получения финального отпечатка. Фактически, это устройства одного и того же класса: в обоих случаях источник света, управляемый процессором принтера, формирует на светочувствительном барабане поверхностный заряд, соответствующий требуемому изображению.

Дальше, говоря попросту, вращающийся барабан проходит мимо бункера с тонером, притягивает частички тонера к `засвеченным` местам и переносит тонер на бумагу. Затем тонер закрепляется на бумаге термоэлементом (печкой) и мы получаем на выходе готовый отпечаток. ¶Теперь вернемся назад и внимательнее познакомимся с конструкцией источника света, засвечивающего барабан. Именно в типе используемого источника света и кроется разница между лазерным и светодиодным принтером: в отличие от лазерного блока, в последнем случае используется линейка, состоящая из тысяч светодиодов. Соответственно, светодиоды через фокусирующие линзы освещают поверхность светочувствительного барабана по всей его ширине.

4.Принцип работы сублимационных принтеров. Основные характеристики, достоинства и недостатки.

Сублимационные принтеры появились около десяти лет назад. Тогда они считались экзотикой, узкопрофессиональным оборудованием. Струйные же принтеры изначально были ориентированы на массового пользователя, а значит, эти две группы изделий не конкурировали друг с другом. Качество изображения сублимационных принтеров десятилетней давности несравненно превосходило то, которое могли обеспечить струйники. Зато стоимость печати на последних была чуть не на порядок ниже.

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.

Обычный струйный принтер печатает на простой бумаге, тогда как для сублимационного принтера требуется особая бумага и картридж с красителями (красящей лентой), которые обычно продаются в наборе. Стоимость набора на 20 фотографий стандартного формата 10 х 15 см может составлять от $5 до $15. Таким образом, печать на сублимационном принтере обходится в 3-4 раза дороже, чем на струйном, и раз в десять дороже, чем проявка и печать обычных (аналоговых) фотопленок в лаборатории. На рисунке это явно отображено.

5.Принцип работы термических принтеров. Основные характеристики, достоинства и недостатки.

Цветные лазерные принтеры пока не идеальны. Для получения цветного изображения с качеством близким к фотографическому или изготовления допечатных цветных проб используют термические принтеры или, как их еще называют, цветные принтеры высокого класса.

В настоящее время распространение получили три технологии цветной термопечати: струйный перенос расплавленного красителя (термопластичная печать); контактный перенос расплавленного красителя (термовосковая печать); термоперенос красителя (сублимационная печать).

Общим для последних двух технологий является нагрев красителя и перенос его на бумагу (пленку) в жидкой или газообразной фазе. Многоцветный краситель, как правило, нанесен на тонкую лавсановую пленку (толщиной 5 мкм). Пленка перемещается с помощью лентопротяжного механизма, который конструктивно схож с аналогичным узлом игольчатого принтера. Матрица нагревательных элементов за 3-4 прохода формирует цветное изображение.

Термовосковые принтеры переносят краситель, растворенный в воске, на бумагу, нагревая ленту с цветным воском. Как правило, для подобных принтеров необходима бумага со специальным покрытие. Термовосковые принтеры обычно используются для печати деловой графики и другой нефотографической печати.

Для печати изображения, почти не отличающегося от фотографии, и изготовления допечатных проб лучше всего использовать сублимационные принтеры. По принципу работы они аналогичны термовосковым, но переносят с ленты на бумагу только краситель (не имеющий восковой основы).

Принтеры, использующие струйный перенос расплавленного красителя, называют еще восковыми принтерами с твердым красителем. При печати блоки цветного воска расплавляются и выбрызгиваются на носитель, создавая яркие насыщенные цвета на любой поверхности. Полученные таким образом "фотографии" выглядят слегка зернистыми, но удовлетворяют всем критериям фотографического качества. Этот принтер не годится для изготовления диапозитивов, поскольку капли воска после высыхания имеют полусферическую форму и создают сферический эффект.

Имеются термические принтеры, которые совмещают в себе технологию сублимационной и термовосковой печати. Такие принтеры позволяют печатать на одном устройстве как черновые, так и чистовые оттиски.

Скорость печати термических принтеров вследствие инерционности тепловых эффектов невысокая. Для сублимационных принтеров от 0,1 до 0,8 страниц в минуту, а для термовосковых - 0,5-4 страницы в минуту.

Вконтакте

Одноклассники

Первый пьезоэлектрический принтер был изготовлен компанией Siemens в 1977 году. В качестве электромагнитного преобразователя в нём использовались пьезоэлектрические трубочки, окружённые литой пластмассой. Инициатива Siemens была подхвачена компанией Epson , которая в начале 1985 года представила на суд общественности свой первый пьезоэлектрический принтер Epson SQ-870/1170.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, окружённых пластмассой, компания Epson использовала встроенные в печатающую головку небольшие плоские пьезокристаллические пластинки. Двумя годами позже компания Dataproducts предложила использовать в струйных принтерах пластинчатые пьезопреобразователи – плоские длинные пластинки (ламели), связанные с вибрирующим мениском (диафрагмой) чернильного резервуара. Компания Epson по достоинству оценила инновацию Dataproducts, и начиная с 1994 года стала оснащать пластинчатыми преобразователями все принтеры серии Epson Stylus.

Сегодня Epson – это единственная в мире компания, выпускающая пьезоэлектрические принтеры. Для поддержания своего монопольного положения Epson запатентовала технологию пьезоэлектрической печати во всех странах мира. Для этого ей пришлось получить более 4 000 патентов.

Технология пьезоэлектрической печати наглядно показана на рисунке ниже. Раскроем её основные этапы.

Технология пьезоэлектрической печати

Под воздействием электрических импульсов пластинчатый пьезопреобразователь (ламель) выгибается и оказывает давление на мениск чернильного резервуара, к которому он прикреплён. Резервуар, сокращаясь под давлением ламеля, действует по принципу насоса, и выталкивает из сопла микроскопические порции чернил, которые распыляются на бумагу. После вылета чернильной капли ламель получает противоположное напряжение и выгибается в обратную сторону, увлекая за собой мениск резервуара. Объём резервуара при этом увеличивается, за счёт чего в него затягивается новая порция чернил.

Пластинчатые преобразователи совмещают в себе преимущества как трубчатых, так и плоских систем – компактную конструкцию и высокую частоту распыления чернил.

Пьезоэлектрическая печать включает в себя три важных компонента, гарантирующих её качество:

1. активный контроль мениска;
2. печать микрокаплями;
3. регулирование объёма капель.

Активный контроль мениска (Active Meniscus Control) и отсутствие термоэлементов в пьезоэлектрических принтерах предотвращают появление капель-сателлитов (спутников), вылетающих из сопел вслед за основными каплями. Это позволяет избежать ореола вокруг изображения, придаёт отпечаткам отчётливость и улучшает цветопередачу.

Пьезоэлектрический принтер Epson

Пьезоэлектрические принтеры Epson печатают микрокаплями, объём которых составляет всего 2 пл – это самый маленький объём капель среди струйных принтеров (для сравнения: объём микрокапель Lexmark – 3 пл, HP – 4 пл). Микроскопичность чернильных капель, получаемых в процессе пьезоэлектрической печати, позволяет добиться высокого качества и разрешения изображений. Максимальное разрешение пьезоэлектрических принтеров Epson, представленных на российском рынке, составляет 2880х1440 dpi.

Диаметр сопел в пьезоэлектрических принтерах Epson больше диаметра сопел в термоструйных принтерах, что позволяет регулировать размер чернильных капель (Variable Size Droplet технология). Использование микрокапель повышает качество изображения, но снижает скорость печати. Чтобы ускорить процесс печати при удовлетворительном качестве отпечатка пользователь может увеличить объём микрокапель. При этом скорость печати значительно повысится.

Печатающая головка пьезоэлектрического принтера – дорогое высокотехнологическое изделие. Она монтируется на каретке принтера. Соответственно, пьезоэлектрические картриджи – это так называемые «чернильницы» без печатающей головки. По заявлению компании Epson ресурс обычной печатающей головки пьезоэлектрического принтера составляет 5 лет, широкоформатного принтера – 10 лет.

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.

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТРУЙНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ.

Самые распространенные сегодня плоттеры 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 сложились две разновидности:
. 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 Seiko), впервые была использована в струйных принтерах Epson в 1993 г.

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. Пьеззотехнология 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. Однако поскольку цены на термические струйные принтеры непрерывно снижаются и они все больше захватывают рынок принтеров начального уровня, то для пьезосистем остается рынок продукции среднего и высшего класса.

Преимущества и недостатки.

РАЗРЕШЕНИЕ - ЗНАК 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).
При четырехцветной печати (три цвета плюс черный) высота печатающего элемента для каждого цвета составляет около трети высоты печатающего элемента для черного цвета .

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.

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.

Минимальный размер видимого элемента.

Разрешение - это параметр, определяемый размером чернильных капель. При нанесении более мелких капель четкость изображения будет выше, если сравнивать с равной по площади поверхностью, заполненной меньшим количеством более крупных капель. Однако у этого правила имеется ограничение, связанное с порогом восприятия человеческим глазом объекта, удаленного на комфортную для обзора дистанцию: есть большая вероятность, что чернильную каплю объемом менее 2-х пиколитров(10 в -12 степени) наблюдатель просто будет не способен увидеть.

Объективные факторы.

Не все на свете субъективно, поэтому число печатаемых элементов позволяет нам дать количественную оценку качества документа, начав с разрешения, которое определяется размером чернильной капли и общим числом капель, которые можно нанести на страницу.

Печатная матрица.

Каждый напечатанный на странице элемент называется элементарной точкой или в некоторых случаях пикселом. При двоичной растровой печати точка отождествляется с каплей чернил, т.е. чернильное пятно присутствует (что эквивалентно черной точке) или отсутствует (белая точка).

Полутоновая печать.

Полутоновая печать, также известная как шкала уровней серого цвета, дает возможность увеличить число оттенков серого цвета при монохромной печати, и таким образом передавать различные цвета с помощью оттенков серого (задаваемых процентным содержанием черного цвета). Элементарная точка в этом случае представляет композицию из нескольких капель. Комбинация нескольких элементарных точек разного типа дает возможность печатать разнообразные оттенки серого цвета.

Число возможных полутонов серого цвета равно числу капель, из которых можно образовать элементарную точку + 1 (отсутствие капли эквивалентно белому цвету). К примеру, четыре заполняемых чернилами позиции на одну элементарную точку задают 5 возможных оттенков (уровней) серого цвета. Объединение таких элементарных точек создает градуированное затенение (шкалу оттенков серого цвета).

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.

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 является 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.

Принцип работы пьезоэлектрических печатных головок.

В основе сопла лежит пьезоэлемент (как правило кристалл кварца). Как известно из школьного курса физики если кристалл кварца колебать с определенной частотой, то на гранях кристалла вырабатывается напряжение, также справедливо и обратное правило, если к граням кристалла приложить напряжение, то он начнет вибрировать с определенной частотой. Ниже приведенная схема наглядно иллюстрирует принцип работы одного из сопел печатной головки.

Верхний рисунок показывает сопло в состоянии покоя. Синим цветом указан пьезоэлемент, малиновым - канал подачи краски, выходное отверстие сопла находится слева. Серым указано керамическое основание печатающий головки.

На среднем рисунке показано сопло с пьезоэлементом в состоянии возбуждения. Под воздействием напряжения кристалл изгибается, из-за чего увеличивается объем камеры подачи краски. Краска поступающая в печатную головку под небольшим давлением заполнят весь объем камеры сопла.

На нижнем рисунке показано сопло, после снятия напряжение с граней кристалла и возврата его в состояние покоя, в результате чего происходит выброс капли краски.
В процессе печати пьезокристалл колеблется с частой 4-9 кГц (на разных типах головок частота вибрации различна), чем выше частота вибрации, тем выше качество и/или быстрее линейная скорость печати.

Что такое "истинное разрешение".

Пьезоэлектрические струйные головки нового поколения, обеспечивающие истинное разрешение 720 x 720 dpi.

Полноцветные (CMYK) принтеры оснащены долгоживущими головками нового поколения, позволяющими печатать с истинным разрешением 720 x 720 dpi и достигать фотореалистической передачи изображений на высокой скорости.

На следующих иллюстрациях наглядно представлены преимущества струйной печати с истинным разрешением 720 dpi.

Преимущества при печати линий с истинным разрешением 720 dpi по сравнению с разрешением 600 dpi. (Слева 6 точек в разрешении 720 х 720 dpi. Справа 5 точек в разрешении 600 х 600 dpi.) Сравнивая печать линий с истинным разрешением 720 dpi с печатью с истинным разрешением 600 dpi мы видим, что на каждые 5 точек добавляется шестая, что увеличивает качество печати в 1,2 раза. Визуально это отражается в уменьшении ступенчатого эффекта при печати линий; тем самым скорость струйного плоттера комбинируется с качеством перьевого.

Преимущества цветной печати с разрешением в 720 x 720 dpi (справа) против цветной печати с разрешением в 300 x 300 dpi (слева).

Расположение точек при разрешении Расположение точек при разрешении
300 x 300 dpi - 25 точек 720 x 720 dpi - 144 точки

При разрешении в 720 x 720 dpi печатается в 5,76 больше точек, чем при разрешении в 300 x 300 dpi на единицу площади. В сочетании с интеллектуальной RIP-программой мы можем добиваться фотореалистического качества печати.

Преимущества при цветной печати с истинным разрешением 720 dpi по сравнению с "адресуемым" разрешением 600 dpi. (Слева - истинное разрешение 720 х 720 dpi; 6 точек. Справа - "адресуемое" разрешение 600 dpi; 4 точки). Некоторые производители добиваются эффекта разрешения в 600 dpi размещая точки, печатаемые при разрешения 300 dpi, настолько часто, что они перекрывют друг друга, тем самым достигая эффекта печати в 600 dpi. Эта техника называется "адресуемым разрешением в 600 dpi". Эта техника расширяет возможности печати с разрешением в 300 dpi, но все равно не сравнится с истинным разрешением в 720 dpi принтеров семейства Falcon. Каждые 4 точки, распечатываемые при разрешении 600 dpi, плоттеры RJ-800, RJ-4000/RJ-4000P заменяют 6 точками, повышая разрешение до 720 dpi. Размер этих точек меньше и размещены они более точно, что не только повышает в 1,5 раза плотность печати, но и делает распечатку более приятной на вид за счет улучшения качества линий.

Пьезоэлектрическая струйная печать

Пьезоэлектрические струйные головки для принтеров были разработаны в семидесятых годах. В большинстве таких принтеров избыточное давление в камере с чернилами создается с помощью диска из пьезоэлектрика, который изменяет свою форму (выгибается) при подведении к нему электрического напряжения. Выгнувшись, диск, который служит одной из стенок камеры с чернилами, уменьшает ее объем. Под действием избыточного давления жидкие чернила вылетают из сопла в виде капли.

Пионер пьезоэлектрической технологии - фирма Epson - не смогла успешно соревноваться в объеме продаж со своими конкурентами Canon и Hewlett-Packard из-за сравнительно высокой технологической стоимости пьезоэлектрических печатающих головок - они дороже и сложнее, чем пузырьковые печатающие головки.

Пузырьковая струйная печать (bubble-jet)

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.

Часть продукции они продают под своими торговыми марками, часть - на основе лицензионных соглашений под торговыми марками партнеров. Огромные доходы они также получают от торговли "сердцами" струйных принтеров - печатающими головками и связанными с ними другими электромеханическими "органами".

Успех этих принтеров был обусловлен тем, что они обеспечивали качество печати почти такое, как у лазерных принтеров, при цене хорошего матричного принтера. Качество печати таких устройств зависит от размера точки от капельки чернил, а он очень маленький. Конструкция печатающей головки позволяла легко достичь разрешения в 300 точек на дюйм. Полутона на ThinkJet получались не хуже, чем на лазерных LaserJet.

Как уже только что говорилось, и Canon, и Hewlett-Packard производят изделия, использующие один и тот же процесс создания изображения, который можно определить как термическую струйную технологию.

Hewlett-Packard называет его просто струйной технологией (inkjet), а Canon - пузырьковой технологией (bubble-jet). В печатающих системах, использующих струйную пузырьковую технологию, текст и графика воспроизводятся при попадании на бумагу капелек чернил, вылетевших из очень тонких сопел. Происходит это так.

В стенку сопла встроен нагревательный элемент. При подаче электрического импульса его температура резко возрастает. Поэтому практически все чернила, находящиеся в контакте с нагревательным элементом, мгновенно испаряются. Расширение пара вызывает ударную волну. Под действием избыточного давления капелька чернил буквально "выстреливается" из сопла, как из ствола пистолета. После "выстрела" чернильный пар конденсируется, пузырек схлопывается и в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого всасывается новая порция чернил.

Важной особенностью такого печатающего устройства является простота конструкции сопел. Причем, кроме низкой стоимости изготовления, такие устройства имеют ряд других преимуществ: - высокая надежность каждого сопла упрощает конструкцию и, следовательно, уменьшает размер печатающего узла, так как не надо обеспечивать возможность замены сопел; - сопла можно располагать гораздо ближе друг к другу, а это увеличивает разрешение печати; - бесшумная работа печатающей головки.

Несмотря на доминирование на рынке струйных технологий и взаимный обмен лицензиями, Canon и Hewlett-Packard продолжают жестокую конкурентную борьбу за потребителя. В результате выигрывают миллионы пользователей, так как основным средством борьбы является постоянное повышение качества печати струйных головок.

Различие печатающих головок в том, что нагревательный элемент в головке Canon расположен сбоку от сопла, а у Hewlett-Packard - сзади. Поэтому в головке Canon чернила текут по прямой, а в головке Hewlett-Packard внутри есть специальный резервуар с чернилами.

С точки зрения пользователя, конструктивные отличия, на первый взгляд, невелики, но в некоторых случаях они могут иметь решающее значение при выборе между устройствами, снабженными печатающими головками этих двух фирм. Например, струйные плоттеры серии TechJet, производимые фирмой CalComp, снабжены головками Canon. Те, кто работал с первыми струйными плоттерами Hewlett-Packard, знают, что основной их недостаток, с точки зрения нашего пользователя, привередливость к бумаге для печати. Применять обычный ватман или другие стандартные чертежные материалы практически невозможно, так как либо из-за неровности бумаги пишущая головка в некоторых местах задевает за лист и размазывает неуспевшие еще высохнуть чернила, либо чернила слишком хорошо впитываются в бумагу и расплываются. Использовать же для печати только фирменную бумагу Hewlett-Packard - слишком дорого.

Разработчики CalComp учли то, что ширина рабочего поля у плоттера формата А0 в 4 раза больше, чем у принтера, поэтому при той же кривизне листа абсолютная величина отставания его от валика графопостроителя может быть существенно выше. Вывод - надо увеличить зазор между головкой и листом бумаги. Именно успехи Canon в миниатюризации головок и повышении разрешения печати позволили конструкторам CalComp без ухудшения качества получаемого изображения на новых плоттерах отодвинуть головку от листа. Теперь зазор увеличился почти до 6 мм, что позволяет применять любой ватман, даже такой, который сначала слегка отсырел, а потом высох.

Новые чернила Canon также упростили выбор бумаги для плоттера - теперь линии на чертежах не расплываются, так как чернила просто не успевают растекаться - они высыхают.