Принтеры. Первые модели печатающих устройств для ЭВМ фактически явились модернизацией электрических печатающих машинок

Первые модели печатающих устройств для ЭВМ фактически явились модернизацией электрических печатающих машинок. Принцип работы пишущей машинки довольно прост: каждая клавиша представляет собой рычаг, на один конец которого мы нажимаем, а на втором находится литера. При нажатии на клавишу литера ударяет по окрашенной ленте и оставляет отпечаток на листе бумаги. Электрические машинки устроены так, что нажатие на клавишу давало электрический сигнал на электромагнит, который двигал рычаг. Первые принтеры были устроены точно таким же образом, за тем лишь исключением, что электрический сигнал подавался компьютером, а не человеком при нажатии на клавишу.

Следующий тип принтера перенял принцип работы у пишущей машинки, которая называлась «ромашка». Печатающий механизм представлял собой диск со спицами. На конце этих спиц располагались прямоугольные пластинки, на которых, как штемпели, нанесены литеры. Такой диск укреплялся на оси таким образом, что он был перпендикулярен валу и бумаге. Ось приводилась в движение шаговым двигателем. Позади диска находился ударный механизм, который отпечатывал нужную литеру. Основным достоинством данного типа печатающих машинок и принтеров стала точность позиционирования. Конечно, рассмотренные выше типы принтером не устраивали, прежде всего, низкой скоростью печати и, что существенно, невозможностью печати графических изображений.

Первыми принтерами, способными воспроизвести графические изображения, были, термопечатающие устройства, ставшие впоследствии прототипами для матричных принтеров. Печатающая головка представляла собой матрицу (отсюда и название – матричный принтер) из иголок, которые нагревались. Нагретая иголка касалась поверхности специальной термобумаги и оставляла на ней отпечаток. Естественно, основным недостатком такого принтера стало то, что он мог печатать на бумаге только определенного типа. Кроме того, термобумага требовала очень аккуратного отношения и через определенный период времени портилась, поскольку печать на ней предполагала, что при нагревании происходит некоторая химическая реакция. Печатающей головкой матричного принтера была тоже матрица из иголок, только печать производилась не с помощью нагревания, а иголки ударяли по красящей ленте и таким образом оставляли отпечаток на бумаге. Эти принтеры довольно долго существовали и до сих пор используются по причине дешевизны расходных материалов. Игольчатый и матричный принтер является механическим устройством, и его работа всегда сопровождается шумом, что и явилось его основным недостатком.

Принцип работы струйных принтеров чем-то напоминает работу игольчатых принтеров, только вместо иголок здесь применяются тонкие сопла, которые переносят краску на бумагу. Перенос краски возможен двумя способами: непосредственный перенос и перенос при помощи посредника – алюминиевый барабан, на котором делается первоначальной отпечаток и уже с него происходит перенос изображения на бумагу.

Работа струйного принтера устроена следующим образом: для получения изображения точки необходимо выбросить из тонкого сопла капельку краски, причем, чем меньше будет эта капелька, тем точнее и отчетливее будет печать. Качество печати при этом определяется размером капли краски, который в современных струйных принтерах измеряется несколькими пиколитрами. Существуют два основных принципа выброса капли краски на бумагу: тепловой и пьезоэлектрический. При использовании теплового принтера каждое сопло оборудовано нагревательным элементом – резистором, который при пропускании через него тока выделяет тепло. Пропускается короткий импульс тока, резистор нагревается, и образующиеся при резком нагревании газовые пузырьки стараются вытолкнуть через выходное отверстие сопла каплю краски.

Второй способ – пьезоэлектрический был разработан фирмой Epson. Пьезоматериал обладает очень интересным свойством: при его деформации возникает электрический ток. Имеет место так же и обратный пьезоэффект, который заключается в том, что при подаче электрического тока пьезоматериал деформируется. Поместив пьезоэлемент в сопло струйного принтера, можно отказаться от нагревания. Если к соплу подвести ток, то этот элемент деформируется так, что уменьшает объем емкости, содержащей жидкую краску, и часть краски выбрасывается наружу.

На плечи производителя ложиться задача по расчету скорости выбрасывания капельки краски, ее размер, длительность электрического импульса и так далее. С точки зрения потребителя, принтеры с пьезоэлементами требуют замены только чернильницы и существует режим чистки сопел.

В сублимационных принтерах краски вставляется в виде брикета. Перед печатью чернила расплавляются и в жидком виде выбрасываются на алюминиевый барабан, на котором таким образом появляется изображение. Чернила на барабане высыхают, и далее с барабана делается отпечаток на нагретую бумагу.

Основным недостатком струйного принтера является его потребность в специальной бумаге, которая способна обеспечить правильную впитываемость жидких чернил.

Несмотря на большую конкуренцию со стороны струйных принтеров лазерные принтеры также получили очень широкое распространение. Лазерный принтер не требует дорогих расходных материалов (достаточно лишь через определенное число напечатанных страниц заменить картридж с краской), способен печатать на обычной офисной бумаге. В основу работы лазерного принтера положен принцип электрографии, изобретенный и запатентованный в 40-е годы. Создание и перенос изображения на бумагу в таких принтерах осуществляется намного сложнее, чем в струйных принтерах, и происходит через посредника – барабан, который носит название фотовала. Фотовал устроен следующим образом: сам корпус вала изготовлен из алюминия, далее на него наносится некоторая оксидная прослойка и, наконец, слой из полупроводникового материала, чаще всего селена.

Применение полупроводника обусловлено тем, что он способен менять свои свойства под различным воздействием, в частности под воздействием света. Первое действие, совершаемое при печати, это прокручивание фотовала мимо тонкой проволоки, на которую подается довольно высокий потенциал. Высокое напряжение вызывает возникновение вокруг барабана светящейся ионизированной области, называемой короной. После этого на полупроводниковом слое фотовала появляются носители заряда, и он оказывается заряженным. Носители заряда появились за счет того, что произошло разделение заряда – часть ушла к алюминиевому слою, а часть осталась на поверхности. Далее используется явление внутреннего фотоэффекта. Заряженный полупроводниковый слой построчно освещается полупроводниковым лазером, и там, где произошло освещение, появляется проводимость. То есть в тех точках, которые не освещались, потенциал сохранится, а в остальных – нет. Следующее действие при печати – это смешивание тонера – мелкого как пыль красящего вещества с порошком из магнитных частиц, которые окружены полимерным слоем. Функция этого порошка (он носит название developer) заключается в том, что он способен прикрепить к себе краску и после осесть на барабане. Еще один провод, подобный тому, который наводит потенциал на фотовале, используется для наведения электростатического заряда на порошке, смешанном с краской. Порошок наносится на специальный барабан, мимо которого прокручивается фотовал и забирает часть порошка с краской. Таким образом на фотовале получается позитивной изображение, а на барабане с порошком – негативное. С промежуточного барабана порошок счищается и возвращается опять в работу, а изображение с фотовала переносится на бумагу. Этот последний перенос обеспечивается опять же с помощью электростатики. Теперь на бумаге появляется электростатический заряд, который притягивает к себе краску с фотовала. Закрепление краски на бумаге происходит с помощью ее нагревания, краска расплавляется и запекается. Несмотря на такую сложную систему переноса изображения на бумагу, лазерный принтер оказался самым выгодным и удобным устройством для печати.

Альтернативой лазерного принтера является так называемый светодиодный принтер или LED-принтер (Light Emitting Diode). Вместо лазерных лучей, управляемых с помощью системы зеркал, барабан освещается линейкой светодиодов. Такой механизм освещения позволяет не сканировать каждую строку одну за другой, а сразу делать на фотовале изображение строки. Принтер с линейкой светодиодов оказался немного дешевле лазерного из-за отсутствия сложного многогранного зеркала.

Предполагается, что в будущем конкуренцию принтерам составит электронная бумага и экраны на основе холестерических жидких кристаллов. Эти два устройства не требуют энергии на сохранение отпечатанного изображения. Кроме того, они могут использоваться много раз в отличие от бумаги, на которой изображение создается только один раз.