Устройство и принцип работы струйного принтера

Сегодня мы поговорим про струйную печать, как наиболее распространенную в мире, а именно про устройство и принцип действия струйных принтеров.

Что бы ни говорили о превосходстве электронных носителей ин­формации над бумажными, похоже, век бумаги и печатного текста пройдет еще не скоро. Давно известно, что напечатанный текст вос­принимается совершенно иначе, чем его «электронная» копияна экра­не монитора. И до того светлого дня, когда безбумажный стандарт ин­формации восторжествует и нам больше не придетсяпереводить на бу­магу весело шумящие леса. А пока нам нужно печатать. Печатать как дома так и на работе. Печатать монохромный текст, цветные картинки да и фотографии хочется распечатывать не в фотосалоне, а дома.

По принципу работы струйные принтеры напоминают матричные, только вместо иголок ударяющих по красящей ленте, краска в струйных принтерах наносится непосредственно на бумагу каплями краски через очень малые отверстия называемые дюзами. Каждая капля краски имеет объем порядка нескольких пиколитра с диаметром порядка от нескольких до десятых микрон (для сравнения толщина человеческого волоса порядка 100 — 130 микрон). В одном кубическом миле метре помешается приблизительно десять тысяч таких капель. Если распечатанное на струйном принтере изображение рассмотреть под микроскопом (Рис.1), то мы увидим что изображение состоит из миниатюрных точек-капелек.

Рис.1 — Вид капелек краски на бумаге под микроскопом

Главным узлом струйного принтера является печатающая головка (около 80% от стоимости принтера), которая собственно и наноситкапельки краски на бумагу. Краска наносится через маленькие отверстия называемые дюзами. Полный диаметр одной дюзы составляет порядка от трех (при разрешении 4800 dpi) до нескольких десятков микрон. Увеличенный вид дюзы представлен на рисунке два.

Рис. 2 — Увеличенное изображение дюзы струйного принтера

Под отверстия расположены миниатюрные полости, куда чернила поступают из основного резервуара картриджа. Сами чернилачерез дюзы вылиться не могут так отверстие очень маленькое и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То естькраску нужно выдавить принудительно. Есть два основных способа выдавливания краски: Пьезоэлектрический и термический.

Пьезоэлектрический (Piezoelectric Ink Jet) — над дюзой расположен пьезокристалл. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток, он (в зависимости от типа печатающей головы) изгибается, удлиняется или тянет диафрагму вследствие чего создаётся локальную область повышенного давления возле дюзы — формируется капля, которая впоследствии выталкивается на материал.В некоторых головках технология позволяет изменять размер капли

Рис. 3 — Принцип пьзоструйной печати

Термический (Thermal Ink Jet) (также называемый BubbleJet, разработан компанией Canon, в конце 1970-х годов) — в дюзерасположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагреваетсядо температуры в несколько сотен градусов, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. bubbles — отсюдаи название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

Рис. 4 — Принцип термической печати

Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не свободен и от недостатков. Пьезоэлектрическая технология наиболее дешевая, отличается более высокой надежностью (т. к. не используется высокая температура). Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.

Рис. 5 — Увеличенное изображение пескоструйной печатающей головки EPSON

Термоэлектрическая технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временемпокрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя.В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел.

Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение — тип, количествои расположение печатающих голов на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкойна каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того чем меньше голов, тем проще и эффективнеесистема их калибровки и сведения.

Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем (Рис.6) и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно (Рис. 7) — при этом заменяется только картридж.

Рис. 6 — Печатающая головка с интегрированным картриджем (обведена кругом). Стрелкой показана установленная система СНПЧ

Рис. 7- Принтер с раздельными картриджами

Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы, что чернильная емкость без печатающей головки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации с печатающей головкой. На деле этого не происходит и заметногоудешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головки не наблюдается. В то же время, легко сменная печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных с засыханием чернил в ее каналах. Следует помнить, что если чернила засохнут в головке, то ее, как правило, следует менять, если своевременно не будут приняты соответствующие меры.Для того, чтобы уменьшить риск засыхания чернил в каналах головки, предусматривается специальное положение парковки.В большинстве принтеров предусмотрена функция очистки сопел. Тем не менее, все это не дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головку не придется менять.

Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке (рис. 8), которая по специальной направляющей совершает возвратно-поступательное движение поперек листа бумаги.

Рис. 8- Направляющая каретки струйного принтера

Хотя способ объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивно наиболее прост и в силу этого получил самое широкое распространение, он не является оптимальным. Дело в том, что каретка должна достаточно быстро двигаться, а такжедостаточно быстро изменять направление движения, ибо скоростью ее движения определяется скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть мало инерционной, т. е. иметь возможно меньшую массу. С этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому, предпочтительнее оказывается размещение емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернилк печатающим головкам осуществлять с помощью специальных трубопроводов.

Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить емкости для чернил, однако система трубопроводов конструктивно столь сложна, что такая конструкция используется очень редко.