Функционирование пузырьково-струйного сопла-распылителя

Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мкс подается на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500^оС. На его поверхности температура превышает 300^оС. Мощность нагрева поверхности настолько велика, что при увеличении длительности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагревательный элемент моментально бы разрушился.

Сразу же 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, при чем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новые чернила под действием капиллярных сил не будут засосаны из резервуара.

Пузырьково-струйная печать с боковым и прямым распылением чернил

С самого начала пузырьково-струйные печатающие головки делились на две группы. Компания Canon, изобретатель системы, предпочла вариант Edlgeshooter. Почти одновременно фирма Hewlett-Packard разработала головку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает и компания Olivetti.

Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли «за угол», т.е. 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.

С другой стороны, при прямом распылении красителя для сопел требуется более обширная поверхность, что может доставить неприятности, в частности, создателям будущих систем печати с большим количеством распылителей и повышенным разрешением. Вдобавок чернила, с силой, ударяющиеся о поверхность нагревательного элемента после опадания пузырька пара, рано или поздно вызовут ее повреждение вследствие кавитации. Возможно, по этой причине способ прямого распыления до сих пор использовался только в сменных печатающих головках с ограниченным сроком службы.

Требования к качеству чернил для любой системы струйной термопечати очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах. Принцип функционирования и высокие температуры обусловливают применение только смешанных растворимых красителей на водяной основе.

Красители должны соответствовать целому ряду требований:

ü быть совместными с материалами, из которых сделан печатающий механизм;

ü не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также не расслаиваться;

ü храниться в течение длительного времени;

ü обладать определенными показателями плотности, вязкости и поверхностного натяжения при температурах от 10 до 40 ^оС;

ü не содержать ядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.

К тому же красители для струйной термопечати должны образовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживать кратковременное нагревание до 350 ^оС.

Почему же струйная печать считается наиболее экологически чистым способом печати на бумаге? Во-первых, пользователям, жаловавшимся на шум, понравилось, что струйный принтер работает почти бесшумно. Больше не слышно ни действующего на нервы скрежета иголок о бумагу, ни вечного жужжания вентилятора – только шелестят листы бумаги и тихо щелкают при переключении механические приводы перемещения головки и подачи бумаги. Во-вторых, устройство с минимальным выделением тепла, не производящее шума и озона, потребляет и меньше энергии – вот причина тому, что все современные, независимые от сети принтеры малого размера являются струйными.

Наконец сам краситель не содержит никаких экологически вредных добавок; при сжигании распечатанных документов не образуется двуокиси углерода в отличие, например, от тонера лазерных принтеров и копировальных аппаратов.

И даже утверждение, что печатающие головки пузырьково-струйных принтеров необходимо регулярно заменять новыми, больше не соответствует истине: ведь печатающий элемент почти на 98% состоит из кремния или стекла. К стати изготовителям вскоре придется задуматься о том, каким образом можно утилизировать многие миллионы изготовленных печатающих головок или резервуаров для чернил.

Обычные устройства черно-белой печати с разрешающей способностью 600 точек/дюйм и эмуляцией PCL(Deskjet Hewlett-Packard) уже выдержали испытания временем. Эмуляция языка PCL стала фактическим стандартом в области струйных принтеров, к тому же она обеспечивает совместимость с современными и будущими моделями лазерных принтеров.

Хотя разрешение 600 точек/дюйм и достаточно для безукоризненной распечатки текста и графики, оно не годится для картинок в полутонах, растровых изображений и фотореалистических изображений. Соответствующего качества можно добиться, если значительно повысить разрешение или найти возможность целевого варьирования количеств красителя.

Уже можно привести примеры реализации обоих этих способов в других методах печати. Так в издательской сфере давно работают с разрешением 2540 точек/дюйм и более. С другой стороны, диффузионные принтеры – усовершенствованный вариант термографических принтеров – способны печатать на специальной глянцевой бумаге каждую точку растра с желаемой интенсивностью цвета.

Требования к качеству воспроизведения информации на бумаге растут, и функция цветной печати, вероятно, станет не исключительной, а скорее стандартной особенностью следующих моделей принтеров. Таким образом, число сопел-распылителей будет постоянно увеличиваться. Вследствие возрастания мощностей и усиления нажима со стороны конкурентов изготовителям придется уменьшать размеры своих изделий и интегрировать новые функции.

Способ струйной печати, зародившийся около 50 лет назад, – относительно молодая технология. Вполне очевидно, что струйные принтеры завоевывают массовый рынок, вытесняя, таким образом, матричные принтеры. Если же разработчикам удастся повысить разрешение и скорость печати струйных принтеров, то изготовителям медлительных лазерных принтеров придется всерьез побороться за место на рынке.

До сих пор никакой другой метод печати не порождал такого разнообразия вариантов, как струйная печать, при чем не подлежит сомнению, что возможность этой технологии еще долго не будет исчерпана.

Лазерные принтеры

В них применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в одноимённых копировальных аппаратах. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения – электрический заряд стекает с засвеченных лучом лазера точек на поверхности барабана. После проявления электронного изображения порошком красителя (тонера), налипающего на разряженные участки, выполняется печать – перенос тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления.

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с разрешением до 50 точек/мм (1200 dpi) и скорость печати до 1000 зн./с. Широко используются цветные лазерные принтеры.

Многие быстродействующие принтеры имеют собственную буферную память ёмкостью до нескольких сотен килобайт.

По данным фирмы экспертов, почти две трети всех применяемых в сфере бизнеса принтеров - лазерные. 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.

Кроме того, уменьшаются габариты лазерных принтеров, таким образом, изготовители добиваются снижения цены и возможности установку 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.

Следуя примеру изготовителей струйных принтеров, поставщики лазерных устройств тоже стремятся повысить ценность, включая в комплект поставки программное обеспечение.

Первое и самое важное из технологических новшеств - переход на принтерные архитектуры, базирующиеся на использовании ресурсов ведущего ПК. Раньше в печатающих устройствах для формирования выводимого на печать изображения, как правило, применялись языки управления принтерами. Лазерные принтеры подразделялись на две категории: работающие под управлением PCL (Printer Control Language - язык управления принтерами) компании Hewlett-Packard и PostScript фирмы Adobe. В струйных принтерах применялся в основном язык PCL или один из стандартных командных языков для матричных принтеров (таких, как эмуляторы режимов Epson и IBM).

Преимущество такого подхода состоит в том, что компьютер пересылает сравнительно компактные инструкции в контроллер принтера, а контроллер затем преобразует их в изображение на странице. Таким образом, передача системой достаточно сложных страниц происходит очень быстро; пока контроллер принтера занят интенсивной черновой работой (форматированием изображения), компьютер может вернуться к выполнению других задач. Недостаток - функции контроллера может выполнять лишь весьма совершенный микрокомпьютер с мощным процессором и большим объемом памяти. А это обходится недешево.

Устройство лазерного принтера

1. Генератор лазера.

2. Вращающееся зеркало.

3. Лазерный луч.

4. Валики, подающие бумагу.

5. Валик, подающий тонер.

6. Фотопроводящий цилиндр.

7. Узел фиксации изображения.