Что такое пьезоэлектрическая струйная печать? Как работает струйный принтер PRINT Image Matching - шаг навстречу цифровой фотографии

• высокая надежность и долговечность печатающей головки;
• точный контроль над размером и размещением чернильной капли - для высочайшего качества печати;
• гибкость в использовании водорастворимых, пигментных, сольвентных и других видов чернил - адаптация для применения в многочисленных сферах.

Нововведения, принесенные технологией Epson Micro Piezo в струйную печать: струйная печать фотографий, печать фотографий без полей, раздельные картриджи, печать на CD/DVD, пигментные чернила всех цветов.

Факты о технологии Epson Micro Piezo

• Технология печати Epson Micro Piezo была разработана компанией Epson для своих струйных принтеров в 1989 году.
• Изобретатель технологии Epson Micro Piezo - г-н Минору Усуи (Minoru Usui). В 2006 году Минору Усуи был удостоен престижной награды Перкина (Perkin Medal) за создание технологии Epson Micro Piezo. Эта награда присуждается за выдающийся вклад в развитие технологий в области цвета. С момента учреждения этой премии в 1901 году было вручено всего 22 награды. В 2008 году Минору Усуи назначен президентом Seiko Epson Corporation.
• Пьезоэлемент, установленный в печатающей головке принтеров на основе Epson Micro Piezo, меняет форму при подаче на его электрического напряжения и таким образом создает давление, выталкивающее чернила из дюз печатающей головки. Технология Epson Micro Piezo коренным образом отличается от термоструйной технологии печати, используемой другими производителями струйных принтеров, в которой для выталкивания чернил применяется нагревание.
• Первый коммерческий принтер на основе технологии печати Epson Micro Piezo - Epson Stylus 800 - был выпущен в 1993 году.
• Максимальное разрешение печати Epson Stylus 800 - 360 dpi, минимальный размер чернильной капли - 90 pl (пиколитров). Современные принтеры Epson печатают с разрешением до 5760 dpi, минимальный размер капли составляет 1,5 pl.
• Современная технология Epson Micro Piezo позволяет ежесекундно и с высочайшей точностью позиционировать на носителе до 43 000 чернильных капель.
• Технология Epson Micro Piezo используется во всех струйных принтерах Epson.
• Технология Epson Micro Piezo работает в решениях для промышленной и коммерческой печати таких производителей как Noritsu, Mimaki, Roland, Robustelli и некоторых других.
• Уникальные характеристики Epson Micro Piezo, надежность и совместимость с различными чернилами и субстанциями, позволяют уже сегодня широко использовать технологию не только для домашней и профессиональной печати, но и в разных отраслях промышленности: для «печати» микросхем жидким кремнием, для печати на ткани, а также в производстве цветофильтров для больших ЖК-панелей и ЖК-панелей для проекторов Epson. Такие производства компактны, отличаются крайне малым потреблением энергии и других ресурсов и имеют потенциал стать экономически и экологически эффективными «заводами будущего».
• Последнее поколение печатающих головок Epson Micro Piezo Thin Film Piezo™ (TFP), производство которых основывается на инновационной методологии обработки тонких пленок (TFP - thin-film-piezo), имеет самую высокую для пьезоэлектрической технологии плотность размещения дюз - 360 dpi, что позволяет значительно увеличить скорость печати при сохранении точного размера и позиционирования капель.
• Для достижения оптимального результата рекомендуется выполнять печать хотя бы один раз в месяц.

Создано 02.01.2013 06:26

Фирменные особенности струйных принтеров Epson

В том, что струйные принтеры Epson удерживают технологическое лидерство по возможностям цветной печати среди множества моделей современных устройств аналогичного предназначения, сомневаться не приходится: во многих тестовых сравнениях марка Epson занимает лидирующие позиции. А в сочетании с хорошей надежностью печатающих механизмов и разумной ценой устройств это позволяет фирме с каждым днем привлекать все больше и больше пользователей в ряды своих почитателей. Да, принтеры Epson печатают просто великолепно, и многие об этом знают не понаслышке. Однако, уверен, очень немногие имеют представление о том, с помощью каких технологий и каким таким образом достигается столь завораживающая красота получаемых на этих устройствах отпечатков. Давайте же попробуем разузнать об этом поподробнее.

На рынке струйных принтеров модели компании Epson прежде всего известны как изделия, предлагающие помимо прекрасного качества печати, при высоких параметрах надежности устройств, еще и легкость, удобство в использовании. Также одним из немаловажных достоинств при эксплуатации струйных принтеров этой фирмы является более низкая цена на расходные материалы для них - если сравнивать с большинством моделей остальных фирм-производителей устройств подобного рода. Такое положение дел, в конечном счете, тоже обусловлено именно особенностями технологии печати, применяемой различными компаниями в своих изделиях. Ведь Epson - практически единственная фирма на рынке, которая остается приверженцем пьезоэлектрической технологии, не предусматривающей смены печатающей головки вместе с картриджем, что в итоге ощутимо сказывается на уровне цен на расходные материалы.

Возможно, многие полагают, что качество отпечатков принтера определяется только лишь разрешением - если девайс натыкал побольше точек на дюйм, значит, и картинка лучше получится, и качество выше. Однако подобный подход - совершенно дилетантский. На самом деле в области высокой печати, как и моды, все далеко не так просто, как кажется непрофессионалу. За отменным качеством отпечатков, получаемых на струйных принтерах Epson, стоит ряд научных и технических достижений, целый комплекс технологий, разработанных компанией для применения в собственных продуктах. И хотя каждая из этих технологий решает какую-то свою конкретную задачу, все они в итоге являются составляющими одной системы, направленной на достижение главной цели - обеспечить вывод на печать изображения наилучшего качества.

А от чего же зависит это самое качество?

Epson выделяет такие основные составляющие, влияющие на данный показатель:

технология печати;

технология растрирования;

размер чернильной капли;

разрешение;

количество цветов в картридже;

качество расходных материалов.

В результате непрерывных инженерно-технических поисков и научных разработок в области струйной печати (чтобы добиться успеха в деле переноса электронных изображений на твердые носители, включая ту же бумагу) компанией Epson была разработана уникальная система формирования изображения Perfect Picture Imaging System. Эта система - основа большого комплекса тщательно технологически выверенных, проработанных оптимальных решений. Она включает в себя четыре основных базовых компонента, находящихся, впрочем, в тесном взаимодействии между собой. И хотя все четыре составляющие Perfect Picture Imaging System постоянно обновляются (а они совершенствуются практически с каждой новой линейкой принтеров), их базовый набор остается неизменным. Вкратце охарактеризуем их.

1. Пьезоэлектрическая печатающая головка Epson MicroPiezo. Печатающая головка MicroPiezo (рис. 1) - основная часть PerfectPicture Imaging System, фактически базис всей фирменной струйной системы печати Epson.

2. Epson AcuPhoto Halftoning. AcuPhoto Halftoning - это технология, которая определяет, какой цвет в итоге получится на конечном отпечатке. Она оптимизирует результаты печати и позволяет лучше передать полутона и цветовые градации.

3. Быстросохнущие чернила Epson QuickDry Ink. Быстросохнущие чернила QuickDry Ink, проникая внутрь носителя, моментально высыхают, благодаря чему исключается смешение цветов и сохраняется идеально круглая форма наносимой точки. Уникальный химический состав чернил обеспечивает получение чистых и ярких цветов при великолепной резкости изображения, сравнимой с четкостью отпечатков на лазерном принтере. Это справедливо как для печати текстовых документов, так и фотореалистичных изображений.

4. Оригинальные носители Epson. Ассортимент оригинальных носителей Epson (материалов, на которых осуществляется печать) поистине огромен. Причем, что немаловажно, независимо от формата, размеров, формы и плотности использование оригинальных расходных материалов Epson в струйных принтерах компании гарантирует отличное фотографическое качество получаемых отпечатков. Фактически нам предлагается широчайший выбор носителей для реализации любых творческих идей.

1. Технология печати MicroPiezo

В современных струйных принтерах используются два основных, но кардинально между собой различающихся метода печати: термоструйный и пьезоэлектрический. Принципиальное отличие обеих технологий заключается в способе формирования чернильных капель, которые будут наноситься на поверхность носителя и, в конечном счете, сформируют изображение. Это отличие обуславливает разность и в печатающих механизмах, и во многом остальном - вплоть до требований к чернилам.

Термоструйный метод печати применяется в принтерах HP, Canon, Lexmark. Технология Bubble Jet (инжектируемые пузырьки) была разработана компанией Canon и используется в ее принтерах. В основу печатающих устройств HP положена технология печати, называемая Drop-on-Demand . Однако никаких существенных отличий от технологии Bubble Jet она не имеет, используя совершенно одинаковые принципы работы.

Суть технологии термоструйной печати заключается в том, что у термоструйной печатающей головки каждое из сопел оснащено нагревательным элементом или, как еще иногда говорят, испарителем чернил. Под воздействием электрического тока температура такого нагревательного элемента за несколько микросекунд достигает примерно 500°С. При столь резком разогреве возле термоэлемента происходит практически мгновенное закипание чернил, этакий микровзрыв, в ходе которого образуются газовые пузырьки. Они-то, увеличиваясь в размерах, и выталкивают чернила из сопел печатающей головки наружу (рис. 2). А когда паровой пузырь схлопывается, он подтягивает очередную порцию чернил из картриджа к дюзе. Вроде бы все просто, удобно и практично.

Но у термоструйной технологии есть один недостаток - очень трудно управлять формой чернильной капли, так как процесс ее формирования и выброса из-за взрывного механизма происхождения капли трудноконтролируем. А ведь неправильная форма капли искажает первоначально заданную ей траекторию движения и, соответственно, негативно влияет на точность ее позиционирования на бумаге. Что влечет за собой нарушение не только формы точки изображения, но и ее расположения на листе. При этом страдает как печать текста (текст <размывается>), так и качество цветопередачи при цветной распечатке из-за возможного смешения чернил. Из вышеприведенного нетрудно сделать вывод, как все-таки важно иметь надежный контроль над процессом формирования капли при ее вылете из дюзы печатающей головки.

Особенности печатающих головок Epson, многослойный пьезоэлемент,
влияние формы сопел на формирование капли, влияние температурных изменений на печать.

У термоструйных печатающих головок при вылете чернил из сопла основную каплю может сопровождать значительное количество меленьких капелек-сателлитов, инициированных воздействием все того же резкого вскипания чернил. Эти небольшого размера частицы выталкиваются вместе с основной каплей как в момент выстрела, так и формируются в результате избыточного давления в сопле от нестабильных вибраций чернильной массы уже после выброса основной капли. И если создаваемое вибрационными процессами давление превысит порог сил поверхностного натяжения чернил у кромки дюзы - из сопла вновь срываются <незапланированные> чернильные капельки (рис. 1).

Капли-сателлиты являются главной причиной образования <чернильного тумана> по контуру основного изображения. Кроме того, из-за них происходит случайное смешение цветов на поверхности носителя, что может сильно ухудшать качество цветопередачи.

В отличие от большинства производителей, использующих метод термоструйной печати, обладающий вышеописанными недостатками, Epson применяет свою уникальную технологию печати Микропьезо (MicroPiezo), в корне отличающуюся от термоструйной. Главным отличием является пьезоэлектрический метод формирования чернильных капель, который представляет собой уникальную разработку Epson и используется во всех моделях струйных принтеров этой компании.

В современной линейке струйных принтеров Epson применяется печатающая головка нового поколения (рис. 2). В ней для реализации пьезоэлектрического метода печати используется многослойный пьезоэлемент, толщина которого составляет 20 микрометров.

Многослойный пьезоэлемент обладает следующими преимуществами:

Основой любого процесса струйной печати является процесс создания капель красителя и переноса этих капель на бумагу или любой другой носитель, пригодный для струйной печати. Управление потоком капель позволяет добиться различной плотности и тональности изображения.
На сегодняшний день существует два различных подхода к созданию управляемого потока капель. Первый метод, основанный на создании непрерывного потока капель, так и называется - метод непрерывной струйной печати . Второй метод создания потока капель предусматривает возможность непосредственного управления процессом создания капли в нужный момент времени. Системы, использующие этот метод управления потоком капель, получили название системы импульсной струйной печати .

Непрерывная струйная печать

Краситель, находящийся под давлением, поступает в сопло и разделяется на капли путем создания быстрых колебаний давления, получаемые с помощью какого-либо электромеханического средства. Колебания давления вызывают соответствующую модуляцию диаметра и скорости выходящий из сопла струи красителя, которая разделяется на отдельные капли под воздействием сил поверхностного натяжения.
Этот метод позволяет достигать очень большой скорости создания капель: до 150 тыс. штук в секунду для коммерческих систем и до миллиона штук для специальных систем. Для управления потокам капель используется электростатическая система отклонения. Вылетающие из сопла капли проходят через заряженный электрод, напряжение на котором меняется в соответствии с управляющим сигналом. Поток капель попадает за тем в пространство между двумя отклоняющимися электродами, имеющими постоянную разность потенциалов. В зависимости от полученного ранее заряда отдельные капли изменяют свою траекторию по-разному. Этот эффект позволяет управлять положением печатаемой точки, так и ее наличием или отсутствием на бумаге. В последнем случае капля отклоняется настолько, что попадает в специальный улавливатель.
Подобные системы позволяют печатать точки диаметром от 20 микрон до одного миллиметра. Типичной является точка размером 100 микрон, что соответствует объему капли в 500 пиколитров. Основное применение такие системы нашли на рынке промышленной печати, в системах маркировки товаров, массовой печати этикеток, медицине и пр.

Импульсная струйная печать

Этот принцип создания потока капель предусматривает возможность непосредственного управления процессом создания капли в определенное время. В отличие от систем непрерывного действия, здесь отсутствует постоянное давление в объеме чернил, а при необходимости создания капли генерируется импульсы давления. Управляемые системы принципиально менее сложны в изготовлении, однако для их работы требуется устройство создания импульсов давления примерно втрое более мощно, чем для систем непрерывного действия. Производительность управляемых систем составляет до 20 тыс. капель в секунду для одного сопла, а диаметр капель - от 20 до 100 микрон, что соответствует объему от 5 до 500 пиколитров. В зависимости от способа создания импульса давления в объеме с чернилами различают пьезоэлектрическую и термическую струйную печать.
Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен пьезоэлемент, связанный с чернильным каналом диафрагмой. Под воздействием электрического поля происходит деформация пьезоэлемента, благодаря которому сжимается и разжимается диафрагма, выдавливая каплю чернил через сопло. Подобный метод генерации капли используется в струйных принтерах Epson.
Положительным свойством таких технологий струйной печати является то, что пьезоэффект хорошо управляем электрическим полем, что дает возможность достаточно точно варьировать объемов получаемых капель, а значит и в достаточной степени влияет на размер получаемых пятен на бумаге. Тем не менее, практическое использование модуляции объема капель затруднено тем, что изменяется не только объём, но и скорость движения капли, что при движущейся головке вызывает ошибки позиционирования точки.
С другой стороны, производство печатающих головок для пьезоэлектрической технологии оказывается слишком дорогим в пересчете на одну головку, поэтому в принтерах Epson печатающая головка является частью принтера и по стоимости может составлять до 70% от общей стоимости всего принтера. Выход из строя такой головки требует серьезного сервисного обслуживания.

Для реализации термоструйного метода каждое из сопел оборудовано одним или несколькими нагревательными элементами, которые при пропускании через них тока за несколько микросекунд нагреваются до температуры около 600С. Возникающие при резком нагревании газовый пузырь выталкивает через выходное отверстие сопла порцию чернил, формирующих каплю. При прекращении действия тока нагревательный элемент остывает, пузырь разрушается, а на его место поступает очередная порция чернил из входного канала.
Процесс создания капель в термических печатающих головках после подачи импульса на резистор почти неуправляем и имеет пороговую зависимость объема испаряемого вещества от приложенной мощности, поэтому здесь динамическое управление объемом капели в отличие от пьзоэлектрической технологии весьма затруднительно.
Тем не менее, термические печатающие головки обладают самым высоким соотношением производительности и стоимости производства единицы продукции, поэтому термоструйная печатающая головка обычно является частью картриджа и при замене картриджа на новый автоматически происходи и смена печатающей головки. Однако, применение термических печатающих головок требует разработки специальных чернил, которые могут достаточно легко испаряться без возгорания и не подвержены разрушению при термическом ударе.

Печатающая головка Lexmark

Печатающая головка черного картриджа обычного разрешения 600 dpi для ранних моделей (Lexmark СJP 1020, 1000, 1100, 2030, 3000, 2050) имели 56 дюз, расположенных в два зигзагообразных ряда. Печатающая головка для цветных картриджей этих моделей имели 48 дюз разделенных на три группы по 16 дюз для каждого цвета (Cyan, Magenta, Yellow). Принтер Lexmark CJ 2070 использовал иную печатающую головку, которая содержала 104 монохромных дюзы и 96 цветных.
Для производства печатающих головок струйных принтеров Lexmark, начиная с 7000 серии используется печатающие головки, изготавливаемые с применением лазерной технологии прошивки дюз (Excimer, Excimer 2). Первые модели печатающих головок содержали 208 монохромных дюз и 192 цветных.
Для модели Z51 и старшей модели семейства Zx2 и Zx3 была разработана своя печатающая головка с 400 дюзами. В модели Z51 использовалась лишь половина дюз, а остальные работали в режиме горячего резерва, когда как в следующих моделях были одновременно задействованы все дюзы.
Младшие и средние модели семейства Zx2 используют картриджи, являющиеся модификацией стандартных картриджей высокого разрешения, а младшие и средние модели семейства Zx3, новые модели картриджей Bonsai.
Не оставляйте дюзы печатающей головки открытыми в течение продолжительного времени. Если дюзы оставить открытыми - чернила в них засыхают и засоряют каналы, что приводит к дефектам при печати. Картридж следует оставлять в принтере или в специальном боксе («гараже »). Нежелательно также дотрагиваться до дюз и контактов руками, так как сальные выделения от кожи могут испортить поверхность.

Характеристики печатающей головки

Период формирования мениска:
Это период времени, необходимый для повторного заполнения камеры чернилами. Он определяет рабочую частоту печатающей головки (от 0 до 1200 Hz).

Скорость капли:
Низкая скорость приводит непрерывному расположению точки.
Высокая скорость приводит к появлению брызг и разводов.

Масса капли определяется:
Размером нагревающего элемента.
Диаметром сопла.
Обратным давлением.

Замечено, что в обычных струйных принтерах капля чернил, попадая на бумагу принимает форму маленького треугольника, поэтому линии при ближайшем рассмотрении выглядят зазубренными. Это связано с тем, что в полете капля деформируется, а при соприкосновении с бумагой - расплывается. Особенно это заметно в низком режиме при экономной печати. Lexmark предлагает принтеры с новой, прогрессивной технологией печати, при которой форма сопел и скорость движения головки сбалансированы так, что капля чернил дают пятна, как равномерные штрихи. Это позволяет сделать линии гладкими, а качество печати почти неотличимы от лазерной печати. Кроме того, такая форма пятна позволяет избежать белесых полос на отпечатке.

Что такое чернила?

Каждый производитель струйных принтеров разрабатывает и совершенствует свой состав чернил, который наиболее адаптирован к выпускаемой технике. У Lexmark основными компонентами чернил для струйных принтеров является:
-Деионизированная вода (85-95% общего объема)
-Пигмент или краситель
-Растворитель (для пигментов)
-Увлажнитель (Humectant)
-Поверхностно-активное вещество (Surfactant)
-Биоцид
-Буфер (стабилизация pH)

Пигмент или краситель . Чернила на основе пигментов (только черные) изготовлены из твердых частиц, находящихся в жидкости. При попадании таких чернил на бумагу жидкость испаряется и частично впитывается, а порошок прилипает к поверхности, не растекаясь по ней. Поэтому чернила на основе пигментов водостойкие, обладают слабым проникновением в волокна бумаги, но они чувствительны к свету.
Чернила на основе красителей - это, как правило, цветные чернила. Краситель растворим в воде и впитывается вместе с ней в толщу бумаги при высыхании. Такие чернила высыхают быстрее пигментных, светоустойчивы, но зато дают в среднем пятен неправильной формы больше, чем последние.
Увлажнитель. Концентрация увлажнителя влияет на вязкость чернил. Этот параметр должен быть оптимален для данного состава чернил и печатающей головки, совместно с которой они будут использоваться. Действительно, с одной стороны, чем больше вязкость, тем хуже чернила растекаются по поверхности бумаги, давая меньший размер точки и тем более четким будет изображение. С другой стороны, слишком большая вязкость приводит к затянутому времени формирования мениска, что ухудшает скорость печати. Обычно, вязкость чернил является ключевым параметром при определении геометрических каналов в печатающей головке.
Поверхностное натяжение влияет на смачиваемость чернилами всех поверхностей, с которыми они соприкасаются, начиная от резервуаров в картридже и кончая поверхностью бумаги. Слишком низкое статистическое поверхностное натяжение приводит к более быстрому высыханию чернил на поверхности бумаги, но при этом средний объем капли при выдавливании чернил из дюз оказывается завышенным. Слишком высокое поверхностное натяжение увеличивает время высыхания, а следовательно ухудшает стойкость изображения при печати.
Уровень кислотности (РН) низкая кислотность приводит к низкой растворимости компонент чернил в воде и как следствие – плохой водостойкости изображения Стандартным считается уровень кислотности в диапазоне от 7.0 до 9.0.
В нутрии картриджа имеются резервуары с чернилами, дюзы печатающей головки и электрические контакты.
Цветной картридж содержит 3 отдельных ячейки для чернил трех разных цветов. В монохромном картридже содержится только одна ячейка с черными чернилами.

Чернила и цвета

Правильная передача цвета изображения на бумагу является высоко технологичным процессом, требующим учета немалого количества факторов, включая субъективную оценку. В первую очередь цветовая передача изображения зависит от химического состава чернил и бумаги, архитектуры принтера.
Обязательным требованием к чернилам является очень тонкий спектральный состав, иначе получаемые при смешении цвета будут «грязными». После высыхания чернила должны оставаться прозрачными, иначе не будет естественного смешения цветов.
Немаловажным фактором является также устойчивость к выцветанию, экологическая чистота и нетоксичность.
Считается, что оптимальный состав чернил ужу известен. Практически у всех производителей они представляют взвесь очень мелких частиц минерального пигмента. С цветными чернилами дело обстоит хуже, поскольку очень трудно подобрать минеральные красители нужного спектрального состава.
В настоящее время процедуры цветопередачи базируются на так называемых цветовых таблицах, которые используются для преобразования цветового пространства, в котором было создано изображение-оригинал, в некоторое «деформированное» цветовое пространство, учитывающее особенности передачи цветов на бумаге чернилами. Обычно, отдельные цветовые таблицы строятся для каждого типа бумаги и оптимизированы для каждого отдельного типа чернил и печатающих головок.

Драйверы Lexmark

Драйверы принтеров Lexmark после установки готовы к печати с автоматическим режимом распознавания объектов, позволяющим получить хорошее качество изображения без предварительной настройки. Автоматический режим также позволяет добиться оптимального сочетания качества и скорости печати документа. Настройки драйвера на специальную бумагу или выбор цветовых таблиц для более контрастного или естественного тона изображения выполняется очень просто в разделе настроек драйвера «Качество документа» (Document Quality)
Драйверы Lexmark серии Color Fine 2 позволяют автоматически определять тип картриджа, тем самым заметно упрощая процедуру настройки всех систем на другой тип картриджа или смену старого на новый. Характерной особенностью драйверов этой серии является их возможность работать с изображением в стандартах sRGB и ICM.
Стандарт sRGB предлагает, что для описания цветного изображения используется аппаратно-независимое цветное пространство, встроенное в OC Microsoft или в средства работы с Internet. Используя стандартизованное RGB-описание цветового пространства UTI-R BT.709, этот стандарт позволяет минимизировать передачу вместе с изображением дополнительной системы информации, связанной с цветовым профилем оборудования, на котором это изображение создавалось. В системной части файла с изображением лишь дается ссылка на стандарт, в котором оно было создано, а положение-получатель активно используется описанием цветового пространства, представленным операционной системой.
Стандарт ICM позволяет более точно определить разнообразие устройств генераций и отображение цветных изображений посредством использования цветных профилей оборудования для каждого типа устройств, генерирующих изображение и отображающих устройств. Однако, такой подход подразумевает, что системная информация, связанная с профилем оборудования, на котором создано изображение предается в месте с этим изображением.

Фотопечать

Серьезной проблемой в струйной печати является правильная передача светлых тонов изображения. Дело в том, что обычные цветовые решения для струйной печати дают точки изображения насыщенного цвета, поэтому для получения бледных оттенков нужно наносить капли чернил достаточно редко. Это приводит к тому, что при передачи очень светлых тонов пятна располагаются так далеко друг от друга, что становится заметна зернистость изображения, а также возникает проблема с передачей в светлых тонах.
Одним из радикальных способов решения этой проблемы является использование дополнительных чернил светлых тонов. В этом случае темные тона получаются за счет заливки осветленными чернилами. Картридж с такими чернилами обычно становится вместо второго картриджа (черного) и содержит чернила осветленного Cyan, осветленного Magenta и черного. Светло желтый тон не используется, поскольку этот цвет воспринимается человеческим глазом без особой разницы как и желтый.

Струйные принтеры работают на одной из двух технологий. Первая - термоструйная: выброс красителя на рабочую поверхность происходит под воздействием температуры. При второй краситель переносится на поверхность под давлением, которое возникает при колебаниях мембраны. Именно она называется пьезоэлектрической печатью. Давайте рассмотрим ее особенности.

В зависимости от способа подачи чернил процесс может быть непрерывным (постоянная подача чернил) и импульсным (подача капель регулируется, задаются временные интервалы). В первом случае достигается высокая скорость нанесения изображения, во втором - точность параметров.

Печатающая головка Epson

Головка печатающего механизма состоит из сопел, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Она движется перпендикулярно запечатываемому материалу и оставляет на нем краску. Так получаются качественные изображения с высокой детализацией и четкостью.

Суть технологии

Пьезоэлектрическая струйная печать получила свое название из-за пьезокристаллов. Технология используется с 70-х годов прошлого столетия, хотя изобретена была практически на сто лет раньше. Ее открытие принадлежит П. Кюри и Ж. Кюри.

Суть пьезоэффекта ученые описали следующим образом: на кристаллических телах под давлением возникают противоположные по знаку электрозаряды. Если не давить на эти тела, а растягивать их, то заряды сменят свой знак на противоположный. При смене положительного заряда на отрицательный кристаллы меняются в размере и действуют как поршень, выдавливая краску из сопел.

На практике это означает, что к пьезоэлементам можно подвести переменный ток, под воздействием которого они будут сжиматься и расширяться, создавая колебания. Для получения желаемого изображения достаточно менять электрическое поле. Объем капли варьируется и зависит от диаметра сопел печатающей головки, давления, размера эжекционной камеры.

Высокая детализация изображений позволяет распечатывать фото на специальной бумаге

Развитие технологии компанией Epson

Принцип пьезоэлектрической струйной печати в принтерах реализован и запатентован компанией Epson. Она выпустила оборудование, работающее по этой методике в конце двадцатого столетия.

На начальном этапе развития метода в головку устройства встраивали кристаллические пластины. Позже их заменили пластинчатыми пьезопреобразователями. C 1994 года такими ламелями стали оснащать все устройства Epson серии Stylus. Компании принадлежит монопольное право производства подобного оборудования. Для этого представителям Epson пришлось получить несколько тысяч патентов в разных странах.

Несмотря на то что пьезометодику отождествляют с именем Epson, первые устройства такого типа были созданы компанией Siemens в 1977 году. В них роль преобразователя выполняли пьезотрубочки.

Пьезоэлектрический струйный принтер Epson

Особенности печати на струйных принтерах

Пьезопреобразователи пластинчатого типа пришли на смену трубчатым и плоским. Они компактны, обеспечивают высокочастотное распыление красителя.

Современные принтеры оснащены пьезопреобразователями пластинчатого типа, чувствительными к электрическим импульсам. При электрическом заряде они прогибаются и давят на мениск резервуара с чернилами. Резервуар выталкивает краску на бумагу.

После этого преобразователь приводится в обратное движение и уводит за собой мениск. Резервуар увеличивается в размере, за счет чего создается тяга и он снова наполняется чернилами.

Печать на струйных принтерах имеет такие особенности:

• Контроль мениска. Благодаря активному контролю и отсутствию нагрева в системе из сопел выделяются только основные капли, без так называемых «сателлитов». Изображение получается четкими, с хорошо очерченными контурами. Улучшается цветопередача.
• Настройку объема капель. При меньшем объеме капель повышается качество, но снижается производительность. Регулируя их размер, удается выбрать оптимальное соотношение между продолжительностью процесса и характеристиками отпечатка.
• Нанесения краски микрокаплями. Так удается добиться максимально высокого разрешения, однако опция есть только у устройств, печатающих с разрешением 2880х1440 dpi.

Объем микрокапель в принтерах Epson составляет 2 пл. Это наименьший показатель для струйного оборудования. У принтеров Lexmark размер капли достигает 3 пл, у HP – 4 пл.

Еще одна особенность пьезоэлектрической струйной печати - чернила . В них нет добавок и присадок, как, например, в чернилах для термоструйных устройств. Составы различаются по электропроводности, степени вязкости, они не взаимозаменяемы.

Емкости с чернилами прилагаются к принтеру, но их можно купить и отдельно

Преимущества и недостатки пьезопечати

С помощью пьезоэлектрической технологии удается взять под контроль весь процесс струйной печати - от выбора объема капли и толщины струи, до скорости выброса чернил на бумагу. Эта возможность позволяет более точно выбирать настройки под определенные задачи, материалы и форматы полиграфии.

К другим преимуществам пьезопечати относят:

• высокое качество, естественную цветопередачу - походит для изготовления фотографий;
• надежность системы - головка устанавливается непосредственно на принтер, а не на сменный картридж, благодаря чему служит долго;
• возможность работы с разными изображениями - достигаются нужные характеристики картинки;
• энергоэффективность - в отличие от матричных принтеров, для перемещения печатающей головки не требуется прилагать особых усилий, так как у нее небольшая масса.

При этом технология не лишена недостатков. Порой для получения качественного результата необходимо, чтобы печатающая головка прошла по рабочей поверхности несколько раз. Это повышает стоимость и увеличивает срок печати.

При смене картриджей существует риск попадания воздуха в сопла. Они закупориваются, и качество печати заметно снижается. Для исправления ситуация требуется очистка механизма.

Картриджи для принтера Epson Stylus

К печатным материалам предъявляют особые требования. Так как чернила достаточно жидкие, на рыхлой бумаге они могут расплываться и контуры изображения будут нечеткими. Поэтому лучше использовать носители высокого качества, например, мелованную бумагу .

Несколько лет назад компания Epson разработала новые чернила, которыми можно печатать практически на любой бумаге. Они устойчивы к УФ-излучению и влаге.

Смотрите видеообзор пьезоэлектрического струйного принтера Epson L800:

Итоги

• Технология пьезоэлектрической струйной печати основывается на способности пьезокристаллов создавать колебания под воздействием электрического тока.
• Благодаря возможности регулировать размер капли удается получать изображения высокого качества с реалистичной цветопередачей.
• Система надежнее других видов струйной печати.
• Технология запатентована компанией EPSON и не может использоваться в принтерах других производителей.

Струйный принтер со встроенной СНПЧ — Epson M100

Печатающая головка устройства оснащена множеством микроскопических отверстий, называемых дюзами, или соплами, через которые на бумагу, пластик или другой материал попадают чернила. ПГ перемещается вдоль неподвижного листа, не касаясь его поверхности, и выстреливает капельками красителя.

Концепция струйной печати появилась еще в XIX веке, а в 1951 году компания Siemens запатентовала струйный принтер, основанный на технологии непрерывной подачи чернил (Continuous Ink Jet).

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.

Подача по требованию

Сотрудники компаний Siemens, Canon, HP несколько лет занимались разработками технологии, позволяющей сделать принтер не таким сложным и большим. Задача, которую они хотели решить, должна была позволить капле чернил поступать через сопло только тогда, когда это действительно необходимо. Все три команды добились успеха.

Первой свой принтер PT-80 представила компания Siemens в 1977 году. По разработанной технологии капельки чернил в нужное время попадали на бумагу при помощи пьезоэлектронных трубок. Через два года компания Canon закончила разработку способа нагревания красителя термоэлементами и назвала его BubbleJet или метод газовых пузырьков. Практически одновременно завершила проект компания HP, использовавшая в своих исследованиях тот же принцип. Но технология несколько иная и, естественно, команда придумала другое название: падение по требованию, или Drop-on-demand.

BubbleJet

Метод основан на использовании термических элементов, нагревающихся при прохождении через них электрического тока до 500 °C. Чернила вскипают, образующийся газовый пузырь выдавливает через сопло капельку краски. После прекращения нагревания пузырек опадает и в камеру поступает новая порция красителя.

Высокое качество печати текста, линий, гистограмм, но несколько размытое графическое изображение в области сплошного наполнения, объясняется наличием вырывающихся из сопла брызг, сопровождающих основную каплю чернил. Термический принцип работы струйного принтера предъявляет определенные требования к составу краски:

• совместимость с материалами, из которых изготовлены другие детали печатающей головки;
• водная основа, позволяющая образовываться газовым пузырькам;
• способность выдерживать температуру нагрева и при этом не расслаиваться, не оставлять нагара, не воспламеняться.

Drop-on-demand

Нагревательный элемент находится непосредственно напротив дюзы, газовые пузырьки двигаются в одном направлении с чернилами, а не выдавливают краситель в сторону, как по методу BubbleJet.

Это не единственное отличие. Нагрев термоэлемента здесь происходит до температуры 650° C, что заставляет чернила вскипать, и вырываться через сопло в газообразном состоянии. Такие облачка пара делают более четкой печать в области сплошного заполнения, что является явным преимуществом по сравнению с технологией газовых пузырьков.

Существенный недостаток обоих методов: печатающая головка быстро выходит из строя в результате постоянного воздействия на детали высоких температур. Размер и стоимость нагревательной системы невелики, что позволило производителям совместить ПГ и картридж. Потребителям предлагается выбрасывать расходник по окончании чернил.

Многие пользователи заправляют картриджи самостоятельно или устанавливают СНПЧ , но особой долговечности головки ждать не приходится именно из-за метода печати. Владельцам термоструйных принтеров производства Canon, HP, Lexmark особенно важно следить за уровнем чернил. Именно краситель выступает как охлаждающая жидкость, и при печати пустым картриджем ПГ наверняка выйдет из строя без возможности восстановления.

Пьезоэлектрический метод

Компания Epson разработала собственную технологию, основанную на расширении пьезокристалла под воздействием электрического тока. Получив импульс, пьезоэлемент деформируется и приводит в действие вибропластину, или диафрагму, которая оказывает давление на чернильную камеру, выдавливая через сопла каплю. При этом температура значительно не меняется, что способствует продолжительности срока службы печатающей головки. Это важно, так как ПГ сложна и является неотъемлемой частью устройства. Конечно, у любого струйного принтера может засохнуть печатающая головка, если она долго не работала, или картриджи были заправлены неподходящими чернилами. Но для принтеров производства Epson очень велика вероятность успешного восстановления детали.

Цветное изображение более четкое и контрастное, что объясняется тем, как работает струйный принтер с пьезоэлектрической схемой подачи чернил. Сразу после выталкивания мембраной капли через сопло, на пьезокристалл поступает противоположный импульс, заставляющий вибропластину выгнуться в обратном направлении. Чернильная камера увеличивается, что позволяет не только впустить в нее следующую порцию краски из картриджа, но и затянуть обратно чернила, следующие за каплей и предотвратить образование капелек-сателлитов. Именно такие внеплановые брызги чернил, следующие за основным выбросом, делают слегка размытой печать сплошных графических изображений термоструйными принтерами.

Качество печати фотографий повышается при уменьшении капли. В термических головках эта задача решается изменением размера дюз. Для пьезоэлектрической технологии диаметр сопла неважен, достаточно контролировать силу тока, чтобы выбрасывался соответствующий объем красителя. Печать всего изображения микрокаплями размером в 1 пиколитр, как это происходит на термоструйных принтерах, занимает много времени.

Пьезотехнология позволяет использовать капли разных размеров по мере необходимости: при печати зоны сплошного заполнения – большие, для мелких деталей или оттенков – маленькие. За один проход каретки могут выбрасываться капли трех размеров, что существенно увеличивает скорость печати.

Производство пьезоэлектрической печатающей головки значительно дороже термической, однако технология позволяет обеспечить длительный срок службы и высокое качество печати.

Печатайте с удовольствием.