Что такое струйный принтер: принцип печати, устройство

Как возникла струйная печать

Созданию струйных принтеров предшествовало изобретение Уильяма Томсона – самопишущие приборы для приёмных телеграфов. Принцип работы прародителей струйных принтеров основан на электростатических силах, с помощью которых осуществлялась запись какого-либо текста, посредством задания траектории падающим каплям чернил на бумагу. Дата создания этого устройства – 1867 год.

Самопишущие струйные приборы так бы и канули в лету, если бы не компания Siemens, которая намеревалась воссоздать и адаптировать под современные реалии технологию далекого прошлого. Что им и удалось в 1951 году, однако технологии тех струйных принтеров были весьма далеки от нынешних. Он был необходим для регистрации на бумаге каких-либо измерений и подсчетов каких-либо устройств, таких как: сейсмографы, электрокардиографию сердца, мультиметров и прочих.

Однако обладали огромным количеством недостатков:

• Дороговизна;
• Неаккуратность (пачкал бумагу);

Даже сами разработчики не питали многих надежд в отношении к своему изобретению. Однако, технологию струйных принтеров продвигали и модернизировали создавая устройства с отдельными печатающими головками, распыляющими механизмом и краской.

Кристаллы сыграли не последнюю роль в усовершенствовании технологий струйных принтеров. А точнее пьезоэлектрики. Не сильно глубоко залезая в физику пьезоэлектрики – кристаллы, способные при давлении, сгибании выдавать из себя электроны. Или наоборот – при подаче электрического тока могли сгибаться. Тем самым, при подаче тока, деформации подвергался кристалл, выталкивая из головки определенное количество чернил.

Конкуренция между компанией из страны «Восходящего солнца» и богатейшей фирмы США привело к скорейшему прогрессу оптимизации работ и эффективности устройств струйных принтеров. Инженер из японской компании Canon заметил, что если к наполненному красками шприцу прикасался горячий паяльник, происходило разбрызгивание содержимого шприца. Американцы поступили фактически аналогично .

Компания Canon использовала следующий метод : нагревали краску до температуры 400 градусов по цельсию , вследствие чего получалась капелька из газа , который после падал на бумагу . На западе технология была фактически аналогичная как у принтеров Canon, за исключением меньшего объема теплоты , необходимого для нагрева и пузырька красящей жидкости, падающего на бумагу , вместо капли.

Также были и другие новшества: более простая конструкция , что убавляло цену ; пьезоэлектрические пластины вместо пьезоэлектрических кристаллов.

Более значимым изобретением было добавление цветной головки компанией Hewlett-Packard , смешивающая желтый , голубой и алый цвета . Благодаря этой идее можно было получать практически любые оттенки на печати.

Принцип работы

При работе струйного принтера, чернила, идущие из картриджа, проходят специальные сопла, а затем попадают на бумагу. Тончайшие отверстия сопла, переносят жидкие чернила в виде микрочастиц на бумагу, создавая картинку, фотографию или же документ. В разных моделях принтеров разное количество сопел. В среднем – от 16 до 64 штук, однако многие принтеры из новых линеек могут похвастаться большим количеством сопел. Например – в модели HP DeskJet 1600 установлено 416 сопел для цветных чернил и 300 для черной краски. Исходя из этой особенности, каждый символ при печати задействует все сопла одновременно и ключевой показатель скорости печати – количество символов за одну секунду, однако для более удобного и понятного расчета используется другой показатель – количество страниц за единицу времени.

Как осуществляется хранение чернил? Патрон с чернилами, (составной частью которого и является головка принтера), Отдельная емкость, которая связана с картриджем специальным шлейфом и обеспечивает головку чернилами при печати.

Существует три различных метода нанесения краски на печатный носитель при работе:

• drop-on-deman;
• метод газовых пузырей;
• пьезоэлектрический метод.

Немного истории

Косвенным изобретателем этого вида принтером можно считать Уильяма Томсона. Но его изделие не было «струйником» как таковым, а назначалось для записи приема сообщений с телеграфов. Но принцип печати заключался в применении электростатических законов для «управления» падающими каплями краски на бумагу. Было это давно — в 1867 году.

Подобная технология получила возрождение уже в середине прошлого столетия с легкой подачи инженеров фирмы «Сименс». Их изобретения использовались в разных приборах для фиксации данных на бумаге. Но также имели значительные недостатки: высокая цена, плохое качество воспроизводимой картинки.

Вскоре в струйной печати были использованы законы пьезоэлектрики и кристаллы. Все это стало возможно из-за способности последних при определенном воздействии «излучать» электроны, а при проходе тока менять форму. Уже позже в компании Canon был придуман другой способ «выдавливания» краски из чернильниц. Жидкость выходила в виде пара под воздействием высокой температуры.

Первыми изобретателями цветной струйной печати были специалисты из фирмы HP. Любой оттенок «готовился» смешиванием трех цветовых красок: синей, красной, желтой.

Что же внутри

В данной главе коротко описывается внутреннее устройство струйных принтеров ,подробное описание их функций и механизмов работы будет представлено в следующей главе.

Cтруйный принтер состоит из следующих составных частей:

• Пишущей (печатающей) головки;
• Картриджа или СНПЧ(система непрерывной подачи чернил ) ;
• Механизма подачи бумаги;
• Датчиков;
• Панели управления и корпуса.

Начнём по порядку .

Печатающая головка

Печатающая головка — снабжена множеством микроскопических отверстий(сопел). Через эти отверстия выталкиваются чернила. Иногда это происходит посредством пьезоэлектрических пластин , иногда с помощью термоэлементов.

Печатающая головка обладает следующими характеристиками :

• Количество цветов ( в современных принтерах от 4 до 12) ;
• Размер чернильных капель ( хотя во многих принтерах размер капли может варьироваться ) ;
• Разрешение печати (измеряется в количестве капель на дюйм, чем выше этот показатель , тем качественнее печать) .

Внимание! При длительном перерыве между работами принтера краска можем засохнуть и забить печатающую головку.

Картридж

Как устроен картридж струйного принтера? Он представляет из себя емкость с чернилами и контактные пластины. Картриджи могут быть раздельными или комбинированными. В раздельным могут использоваться чернила только одного цвета, комбинированные обладают привилегией во множестве отсеков с разными цветами, в основном это пурпурный , голубой , желтый .

Помимо картриджей зачастую используется СНПЧ. Состоит из отсека с краской и эластичных труб, через которые текут чернила.

Механизмы подачи бумаги

Механизмы подачи бумаги. Бумага подаётся через вертикаль или горизонталь. Состоит из специальных валиков и моторчиков.

Панель управления

Панель управления. Работа всей этой системы струйных принтеров осуществляется посредством данной панели.

Корпус

Необходим для защиты от пыли и механических повреждений, а также для эстетики.

Подача бумаги

Этот процесс производится специальным механизмом, который состоит из лотка, роликов подачи и моторчиков их привода. Лоток может быть снизу или сверху, в зависимости от типа модели устройства. Основной неисправностью является отказ захвата листов, но это бывает нечасто и легко исправляется даже в домашних условиях.

Управление

Панель управления печатью может быть в виде нескольких кнопок или иметь встроенный дисплей изменения настроек. Расположена, как правило, на передней крышке принтера. Имеет подписи или интуитивно понятное управление.

Моторчики

Внутри принтера используется как минимум четыре небольших мотора. Каждый имеет свое назначение.

1. Приводит в действие ролик, который захватывает лист и тянет внутрь принтера.
2. Отвечает за работу автоподатчика в принтере.
3. Приводит в действие механизм передвижения печатающей головки.
4. Работает в механизме «доставки» жидких красителей из емкостей, где те хранятся.

Разъемы подключения

Раньше активно использовались кабеля LPT, но в современных реалиях они безвозвратно устарели. На смену пришли USB и Ethernet интерфейсы. Они работают быстрее, а их использование проще. Но если у Вас старый принтер или компьютер и нужно именно порт «ЛПТ» или такой кабель, то существуют специальные переходники для таких целей.

Датчики

Работа печатающего устройства невозможна без специальных датчиков. В принтере используются механические и оптические:

• Датчик определения попадания листа бумаги внутрь устройства.
• Датчик энкодера следит за «координатами»  головки в отношении листа.
• PW-датчик следит за размером и характеристиками используемой бумаги.
• Для определения попадания внутрь сторонних предметов используется отдельный сенсор.

Отличие лазерного принтера от струйного: какой из них лучше?

Струйные принтеры используют жидкие чернила, распыляемые через микроскопические отверстия (дюзы) на бумагу, а лазерные принтеры — картридж с тонером (мелким порошком), который нагревается термоэлементом. Разница в подходе к печати обуславливает и разный набор задач, которые может выполнять эти два типа принтеров. Как понять струйный или лазерный принтер будет для вас оптимальным? Нужно немного погрузиться в конструктивные особенности.

Струйные принтеры

Струйные принтеры бывают трех типов: принтеры для документов, фотопринтеры и МФУ. Все они печатают по одной технологии: жидкие чернила из картриджа наносятся на бумагу в виде крошечных точек, из которых формируется изображение.

Струйный МФУ отлично печатает цветные изображения.

• Принтеры для документов — самые дешевые, их стоимость редко превышает 6 тыс. рублей. Лучше всего они справляются с печатью текстовых документов. Она может быть как черно-белой, так и цветной.
• Фотопринтеры чуть дороже, и ориентированы на высококачественную цветную печать небольших фотографий (размером до 8×10). Как правило, этого достаточно для домашней печати или небольшого фотобизнеса.
• Многофункциональные устройства (МФУ) при относительно невысокой цене совмещают в себе функциональность принтера, сканера и копира, а иногда и факса.

К достоинствам струйных принтеров можно отнести следующее:

• Небольшой размер. Большинство струйных принтеров относительно невелики и могут помещаться в тесном пространстве. МФУ немного побольше, но, как правило, они меньше лазерного принтера и намного меньше стандартной офисной копировальной машины.
• Низкая стоимость. Струйные принтеры, в целом, стоят гораздо дешевле, чем лазерные. При поломке струйного принтера его гораздо проще заменить на новый.
• Недорогие расходники. Картриджи для струйных принтеров в последние годы подешевели. Чернильный картридж стоит примерно вполовину меньше, чем картридж с лазерным тонером. Кроме того, он более прост в замене.
• Отличное качество фотопечати. Струйные принтеры, предназначенные для фотопечати, могут создавать потрясающие результаты, печатать изображения с яркими цветами и высокой контрастностью почти без пикселизации.

Среди минусов струйной печати отмечается следующее:

• Неэкономный расход чернил. На то, чтобы напечатать одну страницу, струйному принтеру требуется гораздо больше расходного материала, чем лазерному.
• Медленная печать. Струйный принтер справляется с печатью многостраничных документов гораздо медленнее лазерного.
• Проблемы с картриджем. Временами струйные картриджи могут подтекать, из-за чего пачкается принтер, руки и бумага. Кроме того, при нерегулярном использовании чернильные картриджи имеют свойство засыхать.

В целом, струйный принтер — популярный потребительский выбор для домашнего использования. Приобретайте струйный принтер, если вы:

• выбираете принтер для дома;
• хотите печатать фотографии;
• собираетесь часто печатать небольшие документы;
• ограничены в средствах.

Что такое пьезоэлектрический метод?

Принтеры, оснащенные печатающими головками с пьезоэлементом отличаются тем, что в каждом сопле установлен микроскопический пьезокристалл. При прохождении электрического тока по системе, кристалл деформируется, выдавливая необходимое количество чернил на бумагу, а остаток отправляя назад, в систему. В основном, эту технологию используют при создании принтеров Brother и Epson.

Что такое газовый метод?

Газовый метод, или метод газовых пузырей – это второй способ печати, который реализуется при помощи нагревания сопел. В каждом сопле установлен специальный нагревательный элемент, который при работе пропускает ток и нагревается до высокой температуры. При этом расширяются газовые пузыри, находящиеся в системе, которые и выталкивают на бумагу чернила из системы. Когда ток не поступает – сопла охлаждаются и как следствие – уменьшается газовый пузырь и в систему поступает новая порция чернил. Применение этой технологии освоила фирма Canon.

Принтеры, использующие этот метод, считаются надежнее, за счет меньшего количества деталей и подвижных элементов. Срок службы такого принтера несколько выше, чем у устройств, использующих другие системы. Помимо этого, стоит отметить, что метод газовых пузырей позволяет распечатывать изображения и фотографии с большим разрешением, однако труднее справляется с печатью областей сплошного заполнения. Специалисты утверждают, что этот метод идеально подходит для печати различных гистограмм, графиков и схожих изображений.

Лазерный принтер

Лазерные принтеры подразделяются на принтеры для документов и МФУ. Для печати они используют красящий порошок (тонер), который нагревается лазером и прилипает к бумаге, образуя изображение.

Лазерный принтер для документов позволяет быстро и очень четко печатать текстовые документы.

Лазерные МФУ, точно так же как и струйные, совмещают в себе функции печати, сканирования и копирования.

Среди преимуществ лазерного принтера можно назвать:

• Экономное использование тонера. Расходники для лазерного принтера стоят дороже, но их хватает на более долгий срок, чем у струйного. В целом, печать одной страницы тонером обходится дешевле, чем чернилами.
• Высокая скорость печати. Лазерный принтер гораздо быстрее справляется с печатью многостраничных документов.
• Чистота и аккуратность печати. Тонер — сухой порошок, он не оставляет пятен и не смазывается, если только что напечатанный документ, к примеру, положить в папку.
• Более четкая печать документов. Лазерный принтер более аккуратно печатает мелкий шрифт и детали, поэтому документы, напечатанные тонером, выглядят гораздо читабельнее.

Недостатков, впрочем тоже хватает.

• Дорогие расходники. Картриджи с тонером стоят очень дорого, минимум вдвое больше против чернильных. Но, как уже сказано, они служат намного дольше.
• Большой размер. Лазерный принтер, а тем более МФУ, достаточно громоздкий. Его не так просто втиснуть в тесный уголок.
• Шум. Лазерные принтеры при работе издают шум, который невозможно заглушить (у струйных принтеров имеется беззвучный режим работы).
• Очень дорогая цветная печать. Лазерный принтер — не лучший выбор для печати фотографий, цветной тонер обходится очень дорого. Многие недорогие модели лазерников вообще не поддерживают цветную печать.

Можно сказать, что лазерные принтеры — лучший выбор для печати больших объемов текста. Поэтому их часто можно встретить в офисах, библиотеках, образовательных учреждениях. Лазерный принтер стоит приобрести, если:

• вам нужно устройство для офиса;
• вы хотите печатать большие документы;
• вы хотите принтер для дома, но будете им редко пользоваться;
• вам не очень нужны возможности цветной печати;
• вы готовы потратить больше денег.

Немного о лазерном принтере

Лазерный принтер – это разновидность оборудования, предназначенного для нанесения отпечатка текста или изображения на бумажный носитель. История создания этого типа оборудования весьма необычна. И имеет маркетинговый подход, в отличие от струйного принтера, при создании которого были разработаны сотни научных концепций.

Только в 1969 году компанией Xerox начал разрабатываться принцип печати лазерного принтера. Несколько лет велись научные работы, было использовано множество способов по усовершенствованию существующего аппарата. В 1978 году в мире появился первый копир, который использовал лазерный луч для создания отпечатка. Принтер получился огромных размеров, да и цена не позволяла приобрести этот агрегат каждому желающему. Спустя некоторое время, разработкой заинтересовалась компания Canon, и в 1979 году был выпущен первый настольный лазерный принтер. После множество компаний занялось оптимизацией копиров и выпуском новых моделей, однако принцип печати лазерного принтера не изменился.

Как печатает лазерный принтер

Отпечатки, полученные таким способом, обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Для них не страшна влага, они не боятся стирания и выцветания. Изображения, полученные таким способом, получаются очень качественными и стойкими.

Принцип печати лазерного принтера кратко:

• Лазерный принтер наносит изображение на полотно в несколько этапов. Тонер (специальный порошок) под действием температуры плавится и прилипает к бумаге.
• Ракель (специальный скребок) снимает с барабана неиспользованный тонер в накопитель отработки.
• Каронатор поляризует поверхность барабана, и посредством электростатических сил присваивает ему положительный или отрицательный заряд.
• Изображение формируется на поверхности барабана с помощью вращающегося зеркала, которое направляет его в нужное место.
• Барабан перемещается по поверхности магнитного вала. На валу находится тонер, который прилипает в те места барабана, где отсутствует заряд.
• После барабан прокатывается по бумаге, оставляя тонер на полотне.
• На завершающем этапе бумага с распыленным на ней тонером прокатывается через печку, где вещество под воздействием высоких температур плавится и надежно пристает к бумаге.

Принцип печати лазерного принтера имеет много общего с технологией, используемой в копировальных аппаратах.

Цветные лазерные принтеры и их главные отличия

Процесс печати на цветном принтере отличается от черно-белого наличием нескольких оттенков, которые при смешивании в определенной пропорции способны воссоздать все известные нам цвета. В цветных лазерных принтерах используется четыре отдельных отсека для каждого цвета краски. Это и есть их основное отличие.

Печать на цветном принтере состоит из следующих этапов: анализ изображения, его растровое изображение, расположение цветов и соответствующих им тонеров. Затем формируется распределение зарядов. После процедура такая же, как и при черно-белой печати. Лист с краской проходит через печку, где тонеры расплавляются и надежно схватываются с бумагой.

Их преимущество заключается в том, что принцип печати лазерного принтера позволяет добиться очень тонких лучей, которые разряжают нужные участки. В итоге мы получаем очень качественное изображение высокого разрешения.

Преимущества современных лазерных принтеров

К преимуществам печати лазерных принтеров относится:

• Высокая скорость печати.
• Стойкость, четкость и выносливость отпечатков (им не страшен влажный микроклимат).
• Высокое разрешение изображения.
• Низкая себестоимость печати.

Непрерывная подача

Метод строится на постоянном выталкивании краски через сопла насосом высокого давления. На уровне дюз струя чернил разбивается на множество капель акустической волной, создаваемой пьезоэлектрическим кристаллом. Одновременно капли, которые не должны попасть на бумагу, отклоняются электростатической системой и по специальному резервуару поступают обратно. В процессе печати используется относительно малое количество капель, основная масса возвращается для повторного использования.

Технология имеет определенные преимущества:

• сопла не пересыхают, так как чернила проходят через них постоянно;
• сила выброса капель велика и печать возможна при значительном расстоянии от печатающей головки до бумаги;
• добавление в состав чернил летучих растворителей позволяет капле долететь до нужного места и быстро высохнуть.

Такие принтеры продолжают использоваться в медицине как самописцы, в промышленности – для маркировки товаров, упаковок. Но они имеют и существенные недостатки:

• растворитель, входящий в состав чернил, испаряется при непрерывной циркуляции через сопла и возврата по специальному желобу, и краситель становится вязким, что требует постоянного контроля и разбавления;
• принтеры громоздки и очень дороги.

Недостатки печати струйного принтера

Как выяснилось выше, струйные принтеры печатают жидкими красителями с помощью матрицы. Изображение формируется из точек. Самая дорогая деталь в принтере – печатающая головка, некоторые фирмы встроили печатающую головку принтера в картридж, для уменьшения общих габаритов устройства. Принцип печати струйного и лазерного принтера значительно отличаются друг от друга

К недостаткам такого принтера можно отнести:

• Невысокую скорость печати.
• Если принтер не эксплуатировался долгое время, чернила могут засохнуть.
• Расходники имеют высокую стоимость и малый ресурс.

Конструкция

СП, обычно, делится на следующие подсистемы:

• Несущая система
• Блок питания
• Система подачи бумаги
• Печатающая головка с механикой для позиционирования
• Чернильный картридж
• Система очистки от чернил сопла печатающей головки
• Система управления

Интересные факты

• Несмотря на характерную для струйных принтеров невысокую скорость печати, самый быстрый струйный принтер из ныне представленных на мировом рынке (состоянием на конец 2011 года) — Lomond EvoJet Office — способен печатать до 60 страниц формата А4/Legal в минуту.

Какие чернила используются

1. Водорастворимые (рис. 11). Ими печатают яркие картинки, изображения и фото. В них нет твёрдых компонентов. Имеют небольшой срок годности. Со временем изображение выцветает и теряет насыщенность, особенно под действием солнца. Краска боится воды и повышенной влажности воздуха.
2. Пигментные (рис. 12). В составе есть твёрдые частицы. Они менее подвержены влиянию воды, влаги и солнца. Напечатанные изображения остаются качественными более 70 лет, но фото менее насыщены, плохо отображены реальные тона. Краску нельзя наносить на глянцевую бумагу.
3. Сублимационные (рис. 13). Краситель имеет сходства с пигментными чернилами, но предназначен для печати не на бумаге, а на синтетических тканях. Кроме чернил, для печати нужна термотрансформенная бумага. Рисунок закрепляется под действием высокой температуры. Для экономии расходника лучше использовать СНПЧ.

Отличия между картриджами и СНПЧ

У картриджей имеется своя аббревиатура – ПЗК ( перезаправляемые картриджи) или ДЗК (дозаправляемые картриджи ) .Из чего состоит картридж ? Состоит из прозрачного корпуса , что позволяет наблюдать за количеством оставшейся краски . Оснащён двумя отверстиями . Первый необходим для заправки , крышка данного отверстия сделана из силикона . Заправка осуществляется обычным медицинским шприцом . Второе отверстие предназначено для выравнивания воздушного давления .

В случае с картриджами доступна многократная перезарядка . Это становится возможным благодаря перепрошитым чипам на ПЗК.

СНПЧ – это прозрачные ёмкости для чернил, находящиеся рядом с принтером и подсоединенные с перезаправляемыми тонкими гибкими трубками . Объём такой емкости около 80 мл , что практическими в 40 раз больше среднего значения картриджей . Отсюда и заправлять надо СНПЧ крайне редко. Стопроцентная герметизация в емкостях обеспечивает равномерное давление.

Очень важно оценить преимущества и недостатки тех или иных устройств, провести параллель.

Цена системы непрерывной подачи чернил со специализированной установкой примерно в два раза превышает стоимость покупки обычных картриджей .Однако можно попытаться самому установить и настроить все необходимые системы , что сделаем скидку в 300-500 рублей. Поговорим о том, на что ориентироваться во время покупки. Для начала выделим наиболее значимые минусы той и другой системы. Установка ПЗК в устройство печати проста, без лишних хлопот, не мешают на рабочем столе, так как весят не особо много.

Однако следует выделить существенные минусы, из которых:

• Частая заправка чернил вследствие небольшого объема чернильницы, что довольно муторно, тем более невозможной без обыкновенного аптечного шприца. Затрата большого объёма времени и сил на данную процедуру.
• Извлечение картриджа для определения уровня чернил.
• Существует достаточно большая вероятность не уследить за количеством краски, и упустить момент, когда ее не станет, что приведет к завоздушиванию ПГ. Если речь о термоструйных принтерах, велик риск выгорания отверстий,
• Для минимального снижения уровня чернил необходимо вынимать ПЗК из гнезда.
• Частое вынимание и возвращение на место чернильниц приводит к тому, что контактные пути на чипах повреждаются, частая поломка картриджей ПЗК.

Заправка СНПЧ крайне проста и удобна , достаточно поместить нужное количество краски в емкость. Резкое окончание краски практически невозможно, так как бутылочки постоянно находятся перед глазами. С чернилами также нет никаких проблем.

Несмотря на это существуют и недостатки СНПЧ:

• Рядом с принтером должно быть свободное место, дабы размещать там бутылочки
• Любые движения и перемещения принтера крайне проблематичны, и во избежание различного рода проблем, следует закрывать все отверстия.
• Если чернила в бутылочках подвергаются свету солнечных лучей , они могут испаряться, постепенно терять насыщенность цвета и ощущать другие неприятные последствия.

Основные минусы печатных аппаратов в том, что один ухудшает свою работу из-за крайне частого использования, в то время как другой, напротив, подвергается негативному воздействию впоследствии слишком незначительного количества распечатанных материалов.

Итак, для того, чтобы выбрать правильно и надолго, следует опередить, для чего принтер будет вам служить: если он нужен вам для домашнего использования: печать фотографий, школьных текстов или отчетов для работы, отличным выбором станут перезаправляемые картриджи. Если же аппарат необходим вам в профессиональном деле, для работы или учебы на постоянной основе, более подходящим вариантом будет система непрерывной подачи чернил.