Классификация и перспективы развития принтеров

Данная технология использует­ся только для цветной печати, а реализующие ее устройства обыч­но относятся к классу «high end». К их основным преимуществам от­носится практически фотографичес­кое качество получаемого изобра­жения и широкая гамма оттенков цветов без использования растрирования. Основным ограничением применения данных принтеров яв­ляется высокая стоимость каждой копии изображения.

1.6 Технология Phase change ink-jet

Принтеры, использующие данную технологию, называются также принтерами с твердым красителем. Принцип работы таких устройств примерно следующий. Восковые стерженьки для каждого первичного  цвета красителя постепенно рас­плавляются специальным нагрева­тельным элементом при температу­ре около 90 градусов и попадают в отдельные резервуары.

Расплавлен­ные красители подаются оттуда спе­циальным насосом в печатающую головку, работающую обычно на основе пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя на бумаге застывают практически мгновенно, но обеспечивают необходимое с ней сцепление. В отличие от обычной технологии liquid ink-jet, в данном случае не происходит ни просачива­ния, ни растекания, ни смешения красителей. Именно поэтому прин­теры, использующие технологию phase change ink-jet, работают с любой бумагой. Качество цветов получается просто превосходное, к тому же допустима и двусторонняя печать. Стоимость одной копии весьма невысока, как впрочем, и скорость печати: около 2 страниц в минуту.

1.7 Технология Colour laser

В лазерных принтерах используется электрографический принцип со­здания изображения – примерно такой же, как и в копировальных машинах. Наиболее важными час­тями лазерного принтера можно считать фотопроводящий барабан или ленту, полупроводниковый лазер и прецизионную оптико-ме­ханическую систему, перемещаю­щую луч. Лазер формирует электронное изображение на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета тонера (CMYK). То есть принтер, работающий в монохромном режиме со скоростью 8стр./мин., в цветном режиме обеспечит только  2 стр./мин. Когда изображение на фоточувствительной ленте полностью построено, подаваемый лист заряжается таким образом, чтобы тонер с барабана притягивался к бумаге. После этого изображение закрепляется на ней за счет нагрева частиц тонера до температуры плавления. Окончательную фиксацию изображения осуществляют специальные валики, прижимающие расплавленный тонер к бумаге.

2 КЛАССИФИКАЦИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРИНТЕРОВ

2.1  Матричные принтеры

Игольчатый принтер долгое время являлся стандартным устройством вывода для РС. В то время, когда струйные принтеры работали еще неудовлетворительно, а цена лазерных была достаточно высока, игольчатые принтеры повсеместно использовались с компьютерами. Они еще часто применяются и сегодня. Достоинства этих принтеров определяются, в первую очередь, скоростью печати и их универсальностью, которая заключается в способности работать с любой бумагой, а также низкой стоимостью печати.

Существуют 4 вида матричного принтера:

             9-игольчатые принтеры;

             18- игольчатые принтеры;

             24-игольчатые принтеры;

             строчный принтер.

Идея матричных пе­чатающих устройств заключается в том, что требуемое изображение воспроизводится из набора отдель­ных точек, наносимых на бумагу. В этом типе принтеров используется для печати печатающая головка (ПГ), которая содержит одни или два ряда тонких игл. Головка устанавливается на ракетке и движется вдоль печатаемой строки. При этом иголки в нужный момент ударяют через красящую ленту по бумаге. Это обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений. В дешевых моделях принтеров используются ПГ с 9 иглами. Качество печати в этих принтерах улучшается при печати информации не в один, а в два или четыре прохода ПГ вдоль печатаемой строки. Более качественная и быстрая печать обеспечивается 24-иголочными принтерами. Однако эти принтеры более дороги по сравнению с 9-иголочными и менее надежны.

Принцип действия матричного принтера представлен на рисунке 2:

Рисунок 2.1 – Принцип  действия матричного принтера

   Для перемещения красящей ленты используется передаточный механизм, придающий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговой двигатель. Еще один шаговый двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 до 60 секунд на страницу.

Игольчатые принтеры оборудованы также внутренней памятью (буфером), который принимает данные от РС. Объем памяти недорогих игольчатых принтеров составляет от 4 до 64 Кбайт. Хотя существуют модели, имеющие и больший объем памяти (например, Seikosha SP-2415 имеет буфер размером 175 Кбайт).

Следует учитывать что, матричный принтер является механическим устройством, а работа механических узлов всегда сопровождается шумом.

2.2 Струйные принтеры

Методу струйной печати уже почти сто лет. Лорд Рейли, лауреат нобелевской премии по физике, сделал свои фундаментальные открытия в области распада струй жидкости и формирования капель еще в прошлом веке, датой рождения технологии струйной печати можно считать только 1948 год. Именно тогда шведская фирма Siemens Elema подала патентную заявку на устройство,  работающее как  гальванометр, но оборудованное  не измерительной стрелкой,  а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

     И даже теперь, спустя почти полвека, эта гениально простая система печати применяется,  например, в медицинских приборах. Правда, жидкостный осциллограф способен печатать лишь кривые, а не тексты и графики. Эта эффективная схема была усовершенствована, и появился  новый  струйный принтер,  функционирующий по принципу непрерывного распыления красителя или печати под высоким давлением.

     Разработчики воспользовались закономерностью, выявленной лордом Рейли: струя жидкости стремится распасться на отдельные капли. Нужно только чуть подправить случайный процесс распадения струи,  накладывая с помощью пьезоэлектрического преобразования на струю красителя, выбрасываемую под высоким давлением (до 90 бар), высокочастотные колебания давления.

     Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду.  Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с.

  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 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам,  кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.

       С начала 70-х годов необычайно активизировалась исследовательская деятельность, направленная на создание систем без недостатков, свойственных системам печати под высоким давлением. Первое решение, найденное специалистами – печатающие головки с пьезоэлектрическими преобразователями, испускающие по запросу отдельные капли красителя.

2.2.1 Печатающие устройства с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами

Первые заявки  на  регистрацию изобретения систем струйной печати с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами были  поданы  в  1970  и 1971 гг.  На протяжении нескольких лет различные фирмы и институты проводили фундаментальные исследования, пока, наконец, компании Siemens не удалось облечь этот принцип в приемлемую для рынка форму. В 1977 году был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Этот принтер, оснащенный двенадцатью соплами-распылителями и печатающий почти бесшумно со скоростью 270 символов в секунду,  произвел революцию даже в кругах специалистов. Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовала пьезоэлектрическую трубочку,  вмонтированную в канал из литьевой смолы. Все каналы заканчивались пластиной с калиброванными отверстиями для  распыления, расположенными на передней стороне устройства. Передача электроэнергии и красителя производилась исключительно посредством  колебаний давления, распространяющихся  в канале в соответствии с законами акустики. Колебания, достигающие конца канала, отражались там с инверсией фазы.

2.2.2 Пьезопластины

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

Вместо пьезоэлектрических трубочек,  как у Siemens,  на  печатающих головках Epson,  выполненных  из  структурированных стеклянных пластинок, были укреплены небольшие пьезопластинки.  Если к ним прикладывалось электрическое напряжение, вследствие чего их диаметр чуть-чуть изменялся, но и этого было достаточно, чтобы они согнулись вместе с пассивной стеклянной многослойной подложкой подобно биметаллической пластине, что приводило к возникновению в канале красителя выталкивающей тяги тем же способом,  что и в печатающих головках  с пьезотрубочками.

     В 1987 году компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков  для  струйной  печати,  основанный  на применении пластинчатого пьезопреобразователя. В последующие годы этот метод оставался сравнительно малоизвестным, причем не столько из-за конструкции на базе преобразователя, сколько из-за жидких восковых чернил, которые применялись во всех струйных принтерах с пластинчатым пьезопреобразователем производства Epson.

     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 пьезопреобазователи сочетают в себе преимущества  как плоских, так и трубчатых систем, высокую частоту распыления и компактную конструкцию. Сегодня на печатающие головки с пьезоламелями делают ставку такие фирмы, как Dataproduts, Tektronix и Epson.

     В начале 1994 года  Epson  продемонстрировал  пьезотехнологию  MACH (Multilayer Actuator  Head – головка с многоуровневым исполнительных механизмом). Тем не менее, и в пьезоэлектрических печатающих головках MACH применяются пьезоламели.

2.2.3 Печатающие устройства с термографическими исполнительными механизмами

В 1985  году  сенсацию  вызвал  Thinkjet компании Hewlett-Packard - первый струйно-пузырьковый термопринтер. Метод пузырьково-струйной термопечати  за  несколько  лет покорил рынок.

В чем же революционность этой технологии? Как часто бывает в подобных случаях, достижением стало сокращение производственных расходов. 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 возникают при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем  структурировании этих слоев.

     Таким образом, по завершении процесса производства, насчитывающего более сотни шагов, на одной подложке появляется очень много термопечатающих элементов. Все структуры должны быть выполнены с точностью до  тысячной доли миллиметра. Кроме того, малейшее загрязнение при производстве приводит к отказу. По этой причине пузырьково-струйные печатающие элементы изготавливаются в чистых помещениях и с применением машин,  типичных для полупроводниковой промышленности.

         Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается мысль об интеграции последних в печатающие кристаллы. И 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.