Принтеры и как они устроены. Как работает лазерный принтер.

В настоящей главе рассматриваются устройства, предназначенные для ввода-вывода в пакетном режиме (страницами, рулонами и другими крупными блоками информации).

В основном речь пойдет о вводе-выводе графической информации. За редким исключением, большинство современных устройств пакетного ввода-вывода предназначаются именно для работы с этим типом информации. При этом можно утверждать, что принтеры и сканеры - это, как правило (хотя есть и исключения), устройства для работы с растровой информацией. Плоттеры и дигитайзеры предназначены для обработки векторной графической информации.

Принтеры

Принтер - устройство для вывода текстовой или графической информации на различные твердые носители. Существует несколько типов принтеров: матричные, струйные, лазерные, твердочернильные, термосублимационные и так далее

Принтеры ударного типа (impact printer)

Принтеры ударного действия, или impact-принтеры, создают изображение путем механического давления на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов (механизм печатающей машинки), либо иголки, конструктивно объединенные в матрицы.

Барабанные построчные принтеры

Первые модели печатающих Устройств для вывода информации конструктивно представляли собой модернизированные варианты электрических пишущих машинок и применялись в 60- и 70-х годов в основном для диалогового ввода-вывода небольшого количества данных.

Основным типом устройств для вывода массовой информации в те времена были построчные печатающие устройства барабанного типа, использующие механизм, состоящий из символьного барабана, красящей ленты, системы продвижения перфорированной бумажной ленты (обычно рулонной либо сфальцованной в стопу) и ударных пуассонов.

На символьном барабане размещены выпуклые изображения символов (обычно строками по 120 одинаковых символов). При вращении барабана символы проходят между бумагой, красящей лентой и пуассоном. Удар пуассона, синхронизированный с прохождением требуемого символа, оставляет на бумаге отпечаток. Одна строка, таким образом, печатается за один оборот символьного барабана, что обеспечивает весьма высокое быстродействие (5-20 строк в секунду).

Матричные принтеры. В матричных принтерах (dot matrix printer) изображение формируется иголками, расположенными в головке принтера, и обычно активизируется электромагнитным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение независимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Обычно печать выполняется как при прямом, так и при обратном проходе печатающей головки. Бумага продвигается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. У большинства моделей принтеров красящая лента заключена в специальный пластмассовый корпус, называемый картриджем, который различается по величине и форме для различных моделей. Красящая лента находится внутри корпуса картриджа в виде бесконечной ленты Мебиуса.

Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке.

В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Диаметр одной иголки около 0.2 миллиметров. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера (точнее, драйвера) в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается 2 раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки. Качество печати 9-игольчатых принтеров оставляет желать лучшего, но для распознавания букв этого достаточно (подобные принтеры до сих пор применяются, например, при печати железнодорожных билетов). Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера являлся 18-игольчатый принтер, который имел два ряда по 9 иголок.

В 24-игольном принтере, ставшем современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по 12 штук так, что они в соседних рядах сдвинуты по вертикали. За счет этого точки при печати изображений перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что обеспечивает печать на уровне машинописного качества LQ (Letter Quality).

Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров обладают возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты с цветами CMYK.

К числу несомненных преимуществ матричных принтеров относится возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги. Существуют специальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров, которые предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтер самостоятельно заправляет новый лист (sheet feeder).

Достоинствами матричных принтеров являются: дешевизна расходных материалов; долговечность работы; низкая себестоимость печати (один отпечатанный на матричном принтере лист стоит в 20-30 раз дешевле, чем у принтеров других типов); относительная дешевизна матричных принтеров формата A3.

Матричные принтеры обеспечивают скорость печати до 400 знс (знаков в секунду, или cps - characters per second), обладают разрешением 360 х 360 тнд (точек на дюйм, dpi).

Существенным недостатком матричных принтеров как принтеров ударного действия является шум, который достигает 58 дБ. Для устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим (Quiet Mode), однако такое понижение шума приводит к снижению скорости печати в 2 раза. Другое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов.

Струйные принтеры

Главным элементом струйного принтера является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда достигает нескольких сотен.

Чернила подаются к соплам за счет капиллярных свойств и удерживаются от вытекания за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В головку встроен специальный механизм, позволяющий выбрасывать из сопла микроскопическую капельку чернил. Печатающая головка при печати перемещается поступательно слева направо, отпечатав строку, передвигается вниз по листу. Работают эти принтеры практически бесшумно. Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 сантиметра от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, куриные яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными. В зависимости от устройства этого механизма различают принадлежность принтера к тому или иному классу.

Струйные принтеры подразделяются на устройства непрерывного действия (continuous drop) и дискретного (drop-on-demand) действия. Ввиду менее высокой цены более распространенными являются принтеры второго типа, в свою очередь, подразделяющиеся на следующие основные:

• пьезоэлектрические (piezo-ink) - Epson, Brother;
• пузырьковые (bubble-jet) - Hewlett-Packard, Canon, Lexmark.

Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не свободен и от недостатков.

Пьезоэлектрическая технология дешева, отличается надежностью (так как не используется высокая температура). Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.

Пузырьковая (термическая) технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. Достоинством этого типа принтеров является долговечность (исключая печатающие головки, которые быстро изнашиваются и заменяются вместе со сменой чернильного картриджа), а недостатком - низкая резкость получаемых отпечатков.

Печатающие устройства с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами

Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического заряда происходит деформация пьезоэлемента. При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые выдавились наружу, образуют на бумаге точки.

Пьезоэлектрические трубки . В 1977 года был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Он был оснащен двенадцатью соплами-распылителями и печатал почти бесшумно со скоростью 270 знс. В принтере Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовалась пьезоэлектрическая трубка, помещенная в канал литой пластмассы. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства.

Пьезопластины . В начале 1985 года компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, в печатающих головках Epson, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки.

В 1987 года компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. Согласно этому методу пьезопреобразователь, представляющий собой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позади небольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламель импульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли из сопла-распылителя.

Пластинчатые пьезопреобразователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем - высокую частоту распыления и компактную конструкцию.

Печатающие устройства с термографическими исполнительными механизмами

Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 °С. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри выталкивают через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил.

Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремниевых подложках, изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

При тонкослойной технологии применяются в принципе те же производственные процессы, что и при изготовлении интегральных схем. Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмы и токоподводящие шины создаются при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем структурировании этих слоев.

Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, очевидна возможность интеграции последних в печатающие кристаллы. Первый шаг в этом направлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принтеров транзисторную матрицу. Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированным последовательно-параллельным преобразователем.

Процесс функционирования пузырьково-струйного сопла-распылителя иллюстрируется на рисунке. Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мкс подается на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500 °С. На его поверхности температура превышает 300 °С. Мощность нагрева настолько велика, что при увеличении длительности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагревательный элемент моментально бы разрушился. В тонкой пленке над нагревательным элементом начинают кипеть чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырек пара высокого давления (до 10 бар). Он выталкивает каплю чернил из сопла-распылителя, причем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Затем через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новая порция чернил не будут засосана из резервуара.

Пузырьково-струйные печатающие устройства делятся на две группы. Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли перпендикулярно к направлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательных элементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.

Требования к качеству чернил для любых систем струйной термопечати значительно выше, чем в пьезосистемах. Принцип функционирования и высокие температуры обусловливают применение только смешанных растворимых красителей на водяной основе. Красители должны соответствовать ряду требований:

• быть химически нейтральными к материалам, из которых изготовлен механизм;
• не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также не расслаиваться;
• храниться в течение длительного времени;
• обладать определенными показателями плотности, вязкости и поверхностного натяжения при температурах 10 … 40°С;
• не служить питательной средой для размножения бактерий и водорослей;
• не содержать ядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.

Красители для струйной термопечати также должны образовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживать кратковременное нагревание до 350 °С.

Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно - при этом заменяется только картридж. 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 заметного удешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головке не наблюдается. В то же время легко сменяемая печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных с засыханием чернил в ее каналах. Для того чтобы уменьшить рисунок 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, которая по направляющей совершает возвратно-поступательное движение поперек листа бумаги. 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 также достаточно быстро изменять направление Движения, ибо скоростью ее движения определяется скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть малоинерционной, то есть иметь возможно меньшую массу, и с этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому предпочтительнее оказывается Размещение емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернил к 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 редко.

Конструктивно устройство для подачи бумаги выполняется различно в разных типах принтеров, однако существуют две основные схемы.

Схемы с верхней подачей бумаги требуют наличия достаточной зоны обслуживания сверху корпуса принтера, поэтому такие принтеры мало пригодны для установки в нишах с ограниченной высотой. Расположенный снизу приемный лоток часто делается откидным, а иногда и вовсе отсутствует. При таком устройстве принтер занимает меньше места на рабочем столе, что иногда немаловажно. Такая конструкция используется в принтерах Epson, Canon.

В схемах с нижней подачей приемный лоток располагается над подающим, что обеспечивает большее удобство при эксплуатации. Такая схема расположения лотков характерна для большинства струйных принтеров, выпускаемых под торговой маркой HP. Ненужность верхней зоны обслуживания позволяет устанавливать этот принтер в нишах ограниченной высоты, равной высоте принтера. К недостаткам таких принтеров следует отнести то, что они занимают больше места на рабочем столе.

Цветные струйные принтеры

Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и меньшую стоимость по сравнению с лазерными.

Печать цветных изображений на струйных принтерах происходит путем смешения четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. В дорогих моделях принтеров используются дополнительно два цвета - либо светло-голубой и светло-пурпурный, либо оранжевый и зеленый (такие модели называют также фотопринтерами и отличаются повышенным качеством цветопередачи). Хороший струйный фотопринтер представляет собой приемлемую альтернативу дорогим цветным лазерным устройствам.

Отметим, что цветные струйные принтеры очень критичны к качеству бумаги, поэтому здесь следует придерживаться рекомендаций производителя принтера. Наивысшее качество струйной печати достигается на специальной фотобумаге, отличающейся достаточно высокой ценой.

Разрешение цветного принтера соответствует числу физических точек черного либо одного из основных цветов, наносимых на бумагу. Для печати промежуточных оттенков принтер прибегает к растрированию полутонов. С точки зрения пользователя это означает, что только 1-битовое черно-белое (либо бело-голубое, пурпурно-белое, желто-белое) изображение (bitmap) без полутонов может быть напечатано с разрешением, равным заявляемому разрешению принтера, а полутоновое изображение должно иметь разрешение в 6-8 раз лучшее. Иначе говоря, для качественной струйной печати полутонового или цветного изображения с разрешением 120 тнд необходим принтер с разрешением 720 тнд, а для изображения с разрешением 180 тнд - принтер на 1440 тнд. Заметим, что реальное физическое разрешение головок принтеров Epson составляет 720 тнд (1440 у высших моделей), а за счет половинного перемещения головки достигается разрешение 1440 х 720 тнд (соответственно у высших моделей 2880 х 1440 тнд).

Фотоэлектронные печатающие устройства

Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу.

Для освещения поверхности промежуточного носителя используют:

• в лазерных принтерах - полупроводниковый лазер;
• в светодиодных - светодиодную матрицу;
• в принтерах с жидкокристаллическим затвором - люминесцентную лампу.

Лазерные принтеры

Эти устройства обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами-разработчиками лазерных принтеров являются Hewlett-Packard, Lexmark, Epson, Canon, Toshiba, Ricoh.

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, предложенном Ч. Ф. Карлсоном в 1939 году и используемом также в копировальных аппаратах.

Функциональная схема лазерного принтера приведена на рисунке. Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Принтер является постраничным, то есть формирует для печати полную страницу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника (оксид цинка или селен). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд, это обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронируюшим проводом.

• а - общий вид;
• б - схема процессов.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: есть движение луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль барабана и изменяет его электрический заряд в точках падения. Размер заряженной точки зависит от фокусировки луча лазера с помощью объектива. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана изменяется с 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер - краска, состоящая из мельчайших частиц. Под действием статического заряда эти частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение в виде рельефа красителя.

Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед подходом к барабану бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, нанесенные ранее на барабан.

Для фиксации тонера страница вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 °С. После окончания печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, готовясь для печати следующей страницы.

Цветное изображение с помощью лазерного принтера получается по стандартной схеме CMYK, используемой также в струйных принтерах. Это фактически четыре черно-белых аппарата с одним общим фотобарабаном. В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета (голубой, пурпурный, желтый и черный), имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления.

В более старых аппаратах краски каждого из базовых цветов последовательно наносились на фотобарабан и бумагу, в результате лист печатался за четыре прогона. В более современных цветных принтерах краски наносятся отдельными прогонами только на барабан, а на бумагу с него переносятся все сразу.

Цветные лазерные принтеры оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере располагаются образцы шрифтов и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера.

Характеристики

Уровень шума лазерного принтера составляет в среднем 40 дБ, причем в режиме off-line это значение меньше.

Разрешение лазерного принтера по горизонтали и по вертикали зависит от следующих факторов. Вертикальное разрешение определяется шагом вращения барабана и в основном 1/300-1/600 Дюйма. Горизонтальное разрешение определяется числом точек в одной строке и ограничено точностью фокусировки лазерного луча. Многие модели лазерных принтеров имеют «несимметричное разрешение», например 1200 х 600 тнд: точность перемещения лазерного луча составляет V1200 дюйма, а шаг вращения барабана 1/600 дюйма.

Скорость печати лазерного принтера измеряется в страницах в минуту и для обычных принтеров находится в диапазоне от 4 до 8 стр. /мин. При печати сложных графических изображений скорость печати лазерного принтера снижается. Высокопроизводительные сетевые принтеры обеспечивают скорость печати более 20 стр. /мин. Скорость печати лазерного принтера зависит от следующих факторов: времени механической протяжки бумаги, скорости обработки данных, поступающих от ЭВМ, и формирования растровой страницы для печати. Как правило, лазерный принтер оснащен собственным процессором. Скорость печати определяется не только работой процессора, но и существенно зависит от объема памяти, которой оборудован принтер.

Память лазерного принтера, который обрабатывает информацию постранично, должна обеспечивать большое количество вычислений. Например, при разрешении 300 х 300 тнд на странице формата А4 насчитывается почти 9 миллионов точек, а при разрешении 1200 х 1200 - более 140 миллионов. Минимальной величиной памяти лазерного принтера считается 1 Мбайт, а в основном используют память от 2 до 4 Мбайт, причем цветные лазерные принтеры обладают еще большей памятью.

Интерфейс более мощных лазерных принтеров выполнен в виде соединителя параллельного порта, называемого С-порт и отличающегося от обычного разъема Centronics более плотным расположением контактов, длиной кабеля, которая может составлять до 10 м, и лучшими возможностями двунаправленной скоростной передачи данных. При этом имеется возможность использования стандартного разъема Centronics. В отдельных моделях применяется беспроводный интерфейс на основе инфракрасных приемопередатчиков. В противоположность другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к персональному компьютеру.

Язык принтера является для него тем же, чем для персонального компьютера - командный язык операционной системы. Набор команд языка принтера обычно содержится в ROM принтера и соответственно интерпретируется его центральным процессоров. Наиболее распространенными языками для лазерных принтеров являются: PCL6 PCL (Printer Control Language версии 6), HP-GL (Hewlett-Packard Graphic Language), PostScript - стандартизованный язык описания страниц, предполагает наличие соответствующего аппаратного обеспечения. К числу его преимуществ относится то, что значительная часть информации, которую должен печатать принтер, передается в математической форме.

Светодиодные принтеры , или LED принтеры (Light Emitting Diode), основаны на том же принципе действия, что и лазерные. Конструктивным различием является то, что барабан освещается не лучом лазера, развертка которого обеспечивается с помощью механически управляемых зеркал, а неподвижной диодной строкой, состоящей из 2500 светодиодов, которая описывает не каждую точку, а целую строку. На основе этой технологии работают принтеры фирмы OKI.

В принтерах с жидкокристаллическим затвором в качестве источника света служит люминесцентная лампа. Свет лампы управляется жидкокристаллическим затвором, прерывателем света, который выполняет команды драйвера. Скорость печати такого принтера ограничена скоростью срабатывания жидкокристаллического затвора и не превышает 9 листов в секунду.

Принтеры других технологий

Несмотря на то что лазерные и струйные принтеры доминируют на рынке, существуют и другие технологии печати. Технология твердых чернил занимает значительную долю рынка, так как предлагает продукцию хорошего качества в широком ассортименте, в то время как термовоск и сублимация красок играют важную роль в специализированных областях печати.

Твердые чернила

Твердочернильные (Solid Ink) принтеры были разработаны в попытке устранить основные недостатки цветных лазерных принтеров, а именно низкую скорость печати за счет совершения четырех проходов барабана по бумаге. Отпечаток, сделанный на твердочернильном принтере, получается немного зернистым из-за физических свойств красителя (как правило, это окрашенный воск), зато очень насыщенным и хорошо передающим полутона. Типичными представителями этого типа являются устройства Tektronix фирмы Xerox.

Восковые чернильные палочки расплавляются, а затем смесь впрыскивают на передающий барабан, откуда она через отверстия попадает на бумагу, где практически мгновенно застывает (в этом состоит их существенное отличие от струйных принтеров, в которых краситель растекается по бумаге, за счет этого изображение может получаться более темным, чем необходимо). После разогрева восковые тепловые принтеры не следует передвигать, иначе воск может повредиться. Они должны находиться в защищенном месте и их целесообразно использовать в качестве сетевых.

Твердые струйные принтеры дешевле, чем аналогичные цветные лазерные принтеры, и экономичны из-за политики Tektronix, предоставляющей черные чернила бесплатно. Хорошее качество продукции поддерживается высококачественными моделями принтеров. Однако они не так хороши, как цветные лазерные принтеры для графики и текста или хороший чернильный принтер для фотографий. Разрешение начинается с обычных 300 тнд, повышаясь до максимального значения 450-850 тнд. Скорость цветной печати обычно составляет 4 страницу минуту при стандартном разрешении и повышается до 6 страниц в минуту при меньшем разрешении.

• а - твердые чернила;
• б - сублимация красок;
• в - термовоск.

Сублимация красок

В основу действия сублимационных (Dye-Sublimation) принтеров положен термоперенос красителя с помощью испарения с последующим его внедрением в специальную бумагу с полистирольным покрытием. При этом получается довольно высокое качество, близкое к фотографическому, а главное - без заметной глазу дискретности. Поэтому сублимационные принтеры принято относить к устройствам, печатающим непрерывными тонами.

Процессы печати, используемые принтерами сублимации красок и чернильными, различаются. Вместо того чтобы распылять чернила через сопло на страницу, как это делают струйные принтеры, принтеры сублимации красок используют для переноса краски пластиковую пленку. Она имеет форму рулона или ленты и содержит последовательные изображения составных цветов - синего, бордо, желтого и черного (CMYK).

Передающая пленка проходит по тепловой печатающей головке, состоящей из тысяч нагревающихся элементов. Высокая температура заставляет краски на пленке сублимироваться - превращаться в газ, без жидкой фазы, и краска в форме пара поглощается бумагой. Управление количеством краски происходит посредством изменения интенсивности и продолжительности воздействия высокой температуры.

Когда чернила попадают на бумагу, они размываются. Этот эффект позволяет принтеру создавать непрерывные тона цвета, смешивая чернила. Движение бумаги увеличивает область непрерывного цвета.

Принтеры сублимации красок используют систему с тремя этапами: слои синей, бордовой и желтой красок наносятся поверх друг Друга. Затем помещается прозрачный слой, защищающий печать от Ультрафиолетового света.

Существует также ряд струйных принтеров, способных к сублимации красок. Технология, по которой эти принтеры печатают, отличается от исходной технологии испарения красок, здесь чернила находятся в картриджах, которые могут за один проход напечатать только часть страницы. Чернила нагреваются до испарения, до 500 °С (что выше, чем в обычных принтерах сублимации красок). Данный гибридный метод используется в принтерах Alps и относится к технологии Micro Dry. Эти устройства работают в диапазоне разрешения 600-1200 тнд, и некоторые стандартные картриджи могут быть заправлены специальными фоточернилами для высококачественной печати.

Термоавтохром

Термоавтохром (ТА - thermo autochrome) появился сравнительно недавно. Этот процесс печати более сложен, нежели при струйной или лазерной технологиях. Он используется в принтерах, продаваемых в виде сопутствующих устройств к цифровым камерам. Бумага ТА содержит три слоя пигмента - синий, бордовый и желтый, каждый из которых обладает чувствительностью к специфическому диапазону температур. Из этих пигментов желтый имеет самую низкую температурную чувствительность, далее идут синий и бордовый. Принтер оборудован тепловыми и ультрафиолетовыми головками, печать производится в три этапа. При первом этапе бумага нагревается до температуры, необходимой для активизации желтого пигмента, далее облучается ультрафиолетом перед прохождением на следующий цвет (бордо). Хотя последний проход (синий) не следует обрабатывать ультрафиолетом, результат, как утверждают, является более надежным, чем при сублимации красок.

Термовоск

Тепловой воск (thermal wax) - технология, родственная сублимации красок и является подходящей для печати диапозитивов. Принтеры используют рулоны пластиковой пленки CMY или CMYK, покрытой красителями на основе воска.

Тысячи нагревательных элементов на печатающей головке заставляют воск таять и покрывать бумагу или прозрачный материал. Разрешение и скорость печати низкие: обычно 300 тнд и около 1 страницы в минуту

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» копия на экра­не монитора. И до того светлого дня, когда безбумажный стандарт ин­формации восторжествует и нам больше не придется переводить 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 наносит капельки 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 чернила через дюзы вылиться не могут так отверстие очень маленькое и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То есть краску 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 -

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

Рис. 4 -

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 -

Термоэлектрическая технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается 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, количество и расположение печатающих голов на каретке. Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того чем меньше голов, тем проще и эффективнее система 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 заметного удешевления 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 также достаточно 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 чернил к 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.

Взаимодействие чернил с бумагой

Краеугольный камень технологий получения качественного отпечатка всех производителей принтеров. Этот процесс во многом зависит от типа применяемых чернил, которые можно разделить на водорастворимые и пигментные. Водорастворимые чернила легко растворяются в воде, их используют обычно для цветных красителей, так как они дают широкий цветовой охват. При падении на бумагу чернильный раствор впитывается в волокна, окрашивая их. Таким образом, вся поверхность рисунка закрашивается практически непрерывным слоем. Кроме того, они дают достаточное количество оттенков, чтобы обеспечить плавную цветопередачу. К водорастворимым относятся сольвентные чернила - самый распространённый тип чернил. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью, зернистостью и используемой фракцией сольвента. Пигментные чернила - используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фото печати.

В большинстве моделей струйных принтеров используется четыре основных цвета , так называемая модель цветности CMYK , где: Cyan - годубой, Magenta - розовый, Yellow - желтый, Key color - или черный. Мы не будем усугубляться в подробности получения цветов, но стоит знать, что все цвета получаются из трех основных цветов, красного, зелёного и синего, однако это справедливо лишь когда мы посредственно воспринимаем цвет, например с экрана компьютера, где формирования цвета как раз и происходит за счет этих трех цветов (так называемая модель цвета RGB ). Но в на печатаном изображении мы воспринимает отраженный цвет, и его восприятие глазом человека происходит немного по другому.

Несмотря на то, что чёрный цвет можно получать смешением в равной пропорции пурпурного, голубого и жёлтого красителей, по ряду причин такой подход обычно неудовлетворителен.На практике в силу неидеальности красителей и погрешностей в пропорциях компонентов смешение реальных пурпурного, голубого и жёлтого цветов даёт скорее грязно-коричневый или грязно-серый цвет. Добавление черного цвета отдельно дает существенную экономию чернил, так как в большинстве случаев расходуется именно черный цвет и гораздо выгоднее использовать его отдельно.

Рис. 9 - Реальное наложение красок в модели CMYK, видно, что при смешивании трех цветов «черный» цвет не получается

Современные принтеры используют в основном эти четыре цвета, то есть являются четырехцветными. Удивительно но за последние три года большинство производителей идет по пути уменьшения палитры красок в домашних и офисных принтерах. Во многом это связано с отсутствием спроса на полноцветную печать в домашних условиях и небольших офисах. Естественно что для получения качественных фото снимков этих четвырех цветов недостаточно, поэтому в струйных принтерах к четырем основным цветам добавлено еще несколько ярких оттенков цветов, например для шестицветных принтеров применяют палитру CMYKLcLm (где (Lc - светлый Cyan, Lm - светлая Magenta). Цветопередача и насыщенность при использовании расширенной палитры гораздо лучше, поэтому фотопринтера должны иметь расширенную цветовую палитру.

В офисных принтерах, для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил (СНПЧ) , представляющая некое подобие системы подачи краски «самотёком». Элементами СНПЧ являются емкости с чернилами (обычные пластиковые бутылочки или специальные «сосуды Мариотта»), пластиковые или силиконовые трубочки, соединяющие емкости с картриджами или капсулами, установленными на входные патрубки печатающей головки принтера, автоматически обнуляемые микрочипы, аналогичные установленным на оригинальных картриджах устанавливаются на отдельной планке или на картриджах. Общий вид картриджной СНПЧ представлен на рисунке 10.

Рис. 10- Общий вид картриджной СНПЧ

Принцип работы СНПЧ основан на работе мембран пъезоэлементов печатающей головки струйного принтера, в капсуле или картридже СНПЧ создается разрежение. В капсулу или картридж, через верхнюю их часть, начинают по капле поступать чернила из внешних емкостей. Герметичность системы непрерывной подачи чернил позволяет поддерживать постоянный уровень чернил в капсуле/картридже.

СНПЧ помогает существенно сократить расходы на покупку картриджей, но особенно она актуальна когда приходится печатать большие объемы, в этом случаи себестоимость одного отпечатка сравнима со стоимостью печати на лазерном принтере, а при печати в цвете суммарные расходы на круг с учетом стоимости бумаги даже меньше по сравнению с цветным «лазерником».

Основное отличие между системами непрерывной подачи чернил заключается в использовании картриджной или капсульной системы подачи. В картриджной СНПЧ вместо оригинальных картриджей используются постоянные картриджи, внешне похожие на оригинал со встроенным авточипом, самостоятельно обнуляющимся по мере необходимости. Преимущество данного типа СНПЧ в простоте установки. В капсульной системе вместо картриджей применяются капсулы, устанавливаемые непосредственно на входные «иглы» печатающей головки. Капсульная СНПЧ (рисунок 11) является предпочтительной по причине более простого обслуживания, т. к. капсулы прозрачные и в любой момент можно проконтролировать уровень чернил в капсуле.

Рис. 11 - Общий вид капсульной СНПЧ

Установка СНПЧ обычно не вызывает проблем даже у неподготовленного пользователя. В комплект поставки входят все необходимые материалы, инструменты и подробная схема-алгоритм с картинками. Картриджи/капсулы СНПЧ устанавливаются вместо оригиналов, капиллярный шлейф прокладывается в принтере согласно инструкции, с помощью входящих в комплект зажимов и наклеек. Емкости и капсулы заправляются чернилами, производится несколько прочисток головки, и система готова к работе. Обслуживание СНПЧ заключается в добавлении чернил в емкостях по мере расхода, и контроле герметичности системы проверкой уровня чернил в капсулах.

Вот в вкратце мы и рассмотрели принцип работы струйного принтера . В дальнейшем мы поговорим о правильности выбора принтера исходя из своих потребностей.