Тема 4.4. Устройство печатающего узла струйного принтера

Ключевым узлом струйного принтера является печатающая головка, которая конструктивно соединена с емкостью для чернил, вместе они образуют узел, называемый картриджем. Картридж не входит в контакт с бумагой. Наиболее часто встречаются картриджи двух типов: со встроенной печатающей головкой (их используют Hewlett Packard, Lexmark, Xerox, Olivetti и другие) и с отделяемой печатающей головкой.

В первом случае замене подлежит полностью весь узел вместе с печатающей головкой, а во втором случае замене подлежит только емкость для чернил.

Вполне естественно, что картриджи разных производителей имеют различную форму, размеры, конструкцию, но принципиальная схема их работы одинакова. В общем случае картридж струйного принтера состоит из трех частей: печатающая головка, резервуар для чернил и капиллярная система.

Большую часть картриджа занимает резервуар, в котором хранятся чернила и капиллярная система, подводящая чернила из резервуара к соплам, откуда чернила и выбрасываются на носитель. В капиллярной системе находится сетка, фильтрующая чернила, поступающие из резервуара. В картридже есть собственный чип, управляющий количеством подаваемых чернил и реализующий собственно процесс печати. При выходе из строя электрической части восстановить картридж не удастся. В большинстве картриджей емкость для чернил заполнена специальной абсорбирующей губкой (поролоном). Перезаправка этих картриджей технологически проще. Практически все цветные картриджи имеют именно такое строение – по губке на каждый цвет. Среди картриджей для черно-белой печати существуют также модели без губки, где чернила удерживаются внутри за счет разницы внутреннего и наружного давления. Иногда это происходит за счет специальных, воздушных мешков.

Конечное качество печати струйного принтера определяется целым рядом факторов, главными из которых являются: количество дюз в картридже и расстояние между ними, количество базовых цветов красителя в картридже, размер капли, качества чернил и носителя и др.

При струйной печати строгий порядок наложения красок позволяет добиться передачи цветов с фотографической точностью, что достигается смешиванием базовых цветов (голубого, пурпурного, желтого и черного, модель CMYK). Однако специалисты Canon обратили внимание, что при наложении, например, голубого красителя на пурпурный и пурпурного на голубой результаты несколько различаются. Поэтому в блок сопел для цветных чернил ввели еще три ряда, расположенные симметрично базовым (технология Advanced Precision Color Distribution). В этом случае при проходе накладываются последовательно голубой, пурпурный и желтый красители, а затем в обратном порядке желтый, пурпурный и голубой.

Общий подход к расширению цветовой гаммы состоит в использовании фотокартриджей, базовые цвета которых расширены светло-голубым и светло-пурпурным красителями. Плотность цвета этих красителей составляет 15–20% от плотности чернил базовых цветов. В результате натуральнее передаются светлые оттенки за счет более плотного заполнения красителем. Например, вместо одинокой пурпурной точки участок фотографии заполняется пятью светло-пурпурными. Однако дальнейшие подходы к созданию оттенков несколько различаются.

Впервые шестицветная печать была использована в принтерах Epson, a в принтерах HP долгое время использовалась печать с четырьмя базовыми компонентами, добиваясь расширения цветовой гаммы за счет применения технологии PhotoRET. Впоследствии и НР перешла на шестицветную печать. Вместе с тем технология PhotoRET получила дальнейшее развитие. Суть технологии состоит в том, что для получения нужного оттенка точки в область, где она должна появиться, падает до 39 капель одного из шести базовых цветов. При их смешивании можно получить более 72 млн. оттенков. Человеческий глаз такого количества оттенков не различает, но они дают плавные цветовые переходы.

О масштабах современных технологий струйной печати можно судить по следующему факту. Печатная головка картриджа, используемого в принтерах НР, реализующая устаревшую технологию PhotoRET III, состоит из 408 дюз (по 136 на каждый из трех базовых цветов), которые расположены на участке шириной 0.61 см. Каждая из дюз наносит предельно малые (5 пкл, пиколитр = 10^-12 литра) чернильные капли с частотой 18 кГц. Данные особенности конструкции позволяют трехцветному принтерному картриджу наносить чернила на бумагу со скоростью 7.3 млн. капель в секунду. Учитывая, что размер капель современных принтеров составляет 2 пкл, а количество дюз семицветных печатающих головок несколько тысяч, можно оценить скорость выбрасывания чернил на носитель.

На рис. 4.4.1 показан внешний вид шестицветной печатающей головки картриджа EPSON: 5 цветных чернил – C (циан, голубой), LC (светлый циан), M (маджента, пурпурный), LM (светлая маджента), Y (желтый) и K (черный). Физически в принтер устанавливаются два одинаковых черных картриджа, т.е. число картриджей семь, как у семицветных моделей.

Рисунок 4.4.1.

Впоследствии при переходе к семицветной печати один из черных картриджей был заменен на картридж с чернилами серого цвета (Light-Black), позволяющим получить высокое качество передачи оттенков серого за счет более точного смешивания двух базовых цветов (серого и черного).

При формировании изображения в принтерах Epson (технология AcuPhoto Halftoning) и Lexmark также учитываются особенности восприятия цвета зрительной системой человека. В этих принтерах реализуется так называемый дизеринг, т.е. нужный оттенок получается за счет того, что изображения нескольких близкорасположенных точек разного оттенка в нашей зрительной системе сливаются и, например, вместо набора желтых и голубых точек мы видим оттенок зеленого.

Очевидно, что разные технологии предполагают различный порядок расположения цветных точек: в принтерах HP и Canon они должны попасть точно одна на другую, а в принтерах Epson и Lexmark – оказаться поблизости друг от друга (иначе не сольются при рассмотрении).

Поэтому, наряду с уменьшением размера капли, производители наращивают разрешение принтера. Так, при плотности сопел, обеспечивающей разрешение 1200 точек на дюйм (dpi), головка в горизонтальном направлении способна позиционироваться со сдвигом на половину или четверть диаметра сопла. В результате получается так называемое оптимизированное разрешение 4800х1200 dpi (у Epson до 5760х1440 dpi).

При увеличении количества точек на дюйм проявляются такие недостатки, как замедление скорости печати. Большее количество точек на дюйм при печати связано с увеличение объема передаваемой принтеру информации, что приводит к задержкам при печати. Кроме того, из-за большого количества чернил некачественный носитель (простая бумага) намокает и деформируется. Поэтому для достижения хорошего качества печати для многих принтеров требуется специальная бумага с покрытием.

Еще одним существенным фактором, влияющим на качество струйной печати, является тип используемых чернил.

По типу красящего вещества чернила делятся на три типа:

1. Чернила на красителях, которые растворяются в воде.

2. Пигментные чернила, которые не растворяются в воде, а образуют мелкую взвесь.

3. Быстросохнущие чернила – по свойствам являются промежуточными между первыми двумя, поскольку не смываются водой, но растворяются в щелочи.

По функциональным свойствам чернила делятся на: обычные, высокого разрешения и нестандартные. Обычные чернила сделаны на красителе без добавок. В чернила высокого разрешения добавляются компоненты, которые повышают качество печати даже на простой бумаге. К нестандартным чернилам относятся чернила для печати на специальной фотобумаге, неоновые чернила и чернила с нестандартной цветовой гаммой.

В общем, чернила на основе красителя обладают следующими свойствами: проникают в глубинные слои бумаги, рассеивают падающий свет, качество печати сильно зависит от типа бумаги. В свою очередь, для пигментных чернил характерным является следующее: получение более четких кромок, большая глубина черного цвета, высокая свето- и водостойкость, слабая зависимость качества печати от типа бумаги.

В заключение отметим, что основные достоинства струйных принтеров напрямую связаны с их недостатками, главным из которых является малая скорость печати, особенно при высоких разрешениях. Уменьшать время работы печатающего механизма приходится путем увеличения линейной скорости печатающей головки и расширения запечатываемой за один проход площади (больше сопел у печатающей головки). Реализация первого способа упирается в технологические ограничения, а второй влечет за собой усложнение и, соответственно, удорожание конструкции печатающей головки. Работы по обоим направлениям ведутся параллельно. На сегодняшний день предел разрешения 4800 dpi достигнут всеми производителями, поэтому основные усилия направляются на усовершенствование состава красителей и бумаги (для более быстрого и равномерного впитывания), а также на повышение свето- и водостойкости.