Реферат: Струйные принтеры

      Хотяразговоры  о  «безбумажной»  технологии ведуться уже довольно

давно, нормальную работу с компьютером пока ещетрудно  представить  без

использования печатающего устройства.  Не будем, даже кратко,  излагать

историю его развития. Ограничимся констатацией тогофакта, что в настоя-

щее время весь безграничный мир принтеров разделился нанесколько устой-

чивых групп, каждая изкоторых отличается способомперенесения на бумагу.

      Методуструйной печати уже почти сто лет. Появление новых печатаю-

щих головок становится предпосылкой для  дальнейшего процветания  рынка

струйных принтеров.

            С чеговсе начиналось.

     Хотя лордРейли, лауреат нобелевской премии по физике, сделал сво-

и фундаментальные открытия в области распада струй жидкостии формирова-

ния капель еще в прошлом веке, датой рождения технологииструйной печати

можно считать только 1948 год. Именно тогда шведскаяфирма Siemens Elema

   подала патентнуюзаявку на устройство,  работающеекак  гальванометр,

но оборудованое  неизмерительной стрелкой ,  араспылителем,  с помощью

которого регисртировались результаты измерений.

     И дажетеперь,  спустя почти полвека,  эта генально простая система

печати применяется, например, в медицинских приборах. Правда, жидкост-

ный осцилограф способен печатать лишь кривые, а не текстыиграфики. Эта-

эффективная схемабыла усовершенствована  , и  появился  новый  струйный

принтер , функционирующий по принципу неприрывного распыления красителя

или печати под высоким давлением.

     Разработчикамметода струйной печати предстояло решить две проблемы.

 Во-первых, струякрасителя должна была распадаться на микроскопические-

капельки определенного размера,  и, во-вторых большая часть капель вооб-

ще не должма попадать на  бумагу  . (Если,  например,  распечатывается

текст, то  площадьпокрытыхкрасителем участков составляет всего 2-5 про-

центов общей поверхности.)

     Разработчикивоспользовались   закономерностью,  выявленной лордом

Рейли :  струяжидкостси стремится распасться на отдельные капли. Нужно

только чуть подправить случайный процесс распаденияструи,  накладывая с

помощью пьезоэлектрического преобразования на струюкрасителя  , выбрасы-

ваемую под высоким давлением (до 90 бар), высокочастотныеколебания дав-

ления.

     Таким способомможет выбрасываться до милиона капель в секунду.  Их

размеры зависят от геометрической формысопел-распылителей и составляют

всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой онидолетают до бума-

ги, достигает 40 м/с. Речь идет о струйных принтерах, работающих по вы-

шеназванным принципам непрерывного  распыления красителяили печати под

высоким давлением.

     Этипринтеры  способны  маркировать и наносить коды практически на

все поверхности и предметы.  Они в состоянии распылять подавляющее боль-

шинство видов жидкостей: чернила,  лак, масла и дажеклеящие вещества и

смолы.

     Благодарявысокой  скорости  полета капель допускается использовать

поверхности с сильными неровностями и в зависимости оттребований к  ка-

честву печати размещать их на расстоянии 1-<st1:metricconverter ProductID=«2 см» w:st=«on»>2 см</st1:metricconverter> отсопла-распылителя.  В

результате можно наносить маркировку,  например данные о сроке годности-

товара, на картонные коробки,  бутылки, консервные банки, яйца или кабе-

ли. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам,  кажущимся неравно-

мерными и как-бы обтрепаными.

     Дизайнерам иработникам типографии струйные принтеры служат совсем

для других целей, а именно для наиболее точногопредварительного воспро-

изведения изданий, которые затем будут запущены вмассовую печать. С по-

мощью этого метода  можно  распечатать превосходные фотореалистические

изображения в полутонах и с высоким разрешением, и даже вкрупном форма-

те.те.

     С начала 70-хгодов необычайно  активизировалась  исследовательская

деятельность, направленая на создание систем безнедостатков, свойствен-

ных системам печати под высоким давлением. Первоерешение, найденое спе-

циалистами,-печатающие головки  с пьезоэлектричускими преобразователями,

испускающие по запросу отдельные капли красителя.  Так родилась  идея  о

струйной печати с дозированным распылением красителя.

     Аналогичнотермопечати,  технология струйнойпечати  прошла  долгий

путь совершенствования, причем с более чем успешнымирезультатами. За 15

лет разрешающая способность струйных принтеров,предназначенных для мас-

сового применения, выросла почти в 10 раз (до 720 точек на дюйм).  Дос-

тигнут удачный компромисс между требованиями кчернилам  не  засыхать в

соплах печатающей головки и достаточно быстро сохнуть набумаге, не сма-

зываясь  при  этом. Значительно  улучшились  эксплуатационные  свойства

струйных аппаратов, они стали более неприхотливы кбумаге.

     Механизмподачи и протяжки  бумаги  струйных печатающих  устройств

близок  к  вышеописанным группам,  однако применена принципиально другая

печатающая головка. Поскольку струйная технологияиспользует метод «выб-

расывания» капель  красителя на бумагу,  соответствующая матрица печати

представляет собой набор сопел (до 256),  с которыми соединены  емкости

для  чернил  и управляющие механизмы (как правило — пьезоэлектрического

типа).  Требованияк краскам (чернилам) весьма противоречивы и  высоки,

поэтому состав их постоянно совершенствуется. Качествоизображения силь-

но зависит от типа бумаги (пленки),  поэтому для наиболее  ответственных

работ рекомендуются специальные ее типы,  обладающие свойствами быстрого

впитывания чернил (extra-adsorbent paper) без ихпроявления на просвет.

     Первыйудачный   монохромный   струйный  принтер   Thinkjet  фирмы

Hewlett-Packard преодолел основную массу технологическихпроблем и обес-

печил при высоком качестве печати и разрешении, близком кигольчатым пе-

чатающим устройствам, скорость печати до 150 символов вминуту. По срав-

нению  с  основными конкурентами тех лет — игольчатыми печатающими уст-

ройствами,  резкоснизился уровень шума при печати. Современные струйные

принтеры для массового применения,  как правило, имеют разрешающую спо-

собность на уровне 300-360 или 300х600 точек надюйм,  могут печатать  с

удовлетворительным качеством  на  обычной бумаге и с высоким качеством

(приближающимся к печати на лазерном принтере) — наспециальной  бумаге.

Типовое быстродействие при печати текстов составляет50-160 знаков в ми-

нуту, а графики — 0.5-4 листа в минуту.

     Распространеныструйные   печатающие   устройства  фирм   Hewlett-

Packard,  Apple, Brother, Lexmark, Texas Instruments, CalComp идругих.

Удельная стоимость печати струйных принтеров составляетоколо  5 центов

на лист формата А4, а цена самих принтеров являетсясредней между ценами

на матричные и лазерные принтеры.  Фактически, имея цену на 150-200 дол-

ларов ниже,  чем улазерных аппаратов, и качество, приближающееся к ним,

семейство струйных принтеров устойчиво увеличивает своюдолю  на рынке,

чему  способствуети их активная реклама.  Струйные принтерыпрактически

бесшумны и весьма универсальны (особенно аппараты сопцией цветной печа-

ти), цена их постоянно снижается, а качество печатиулучшается.

           Печатающие устройства с пьезоэлектрическими

                  исполнительными механизмами.

     Первыезаявки  на  регистрацию изобретения систем струйнойпечати с

пьезоэлектрическими исполнительными механизмами были  поданы в  1970  и

1971 гг. Напротяжении нескольких лет различные фирмы и институты прово-

дили фундоментальные исследования,  пока, наконец,  компании Siemens не

удалось облечь этот принцип в приемлимую для рынкаформу.  В <st1:metricconverter ProductID=«1977 г» w:st=«on»>1977 г</st1:metricconverter>. был

продемонстрирован первый струйный принтер с дозированнымвыбросом краси-

теля. Этот принтер, оснащенный двенадцатьюсоплами-распылителями и печа-

тающий почти бесшумно со скоростью 270 символов всекунду,  произвел ре-

волюцию даже в кругах специалистов.

     Siemens вкачестве электомеханического преобразователя использовала

пьезоэлектрическую трубочку,  вмонтированую в  канал из литьевой смолы.

Все каналы заканчиваются пластинойс калиброваннымиотверстиями для  рас-

пыления, расположенной на передней стороне устройства.Передача электро-

энергии и красителя производится  исключительно  посредством колебаний

давления, распространяющихся  в канале в соответствии с законами акусти-

ки. Колебания, достигающие конца канала, отражаются там синверсией фазы,

т.е. в этом месте колебание с пониженным давлением инаоборот.

     Пьезопластины.

     В начале <st1:metricconverter ProductID=«1985 г» w:st=«on»>1985 г</st1:metricconverter>. компания Epsonпредставила первый из своих пьезоп-

ланарных струйных принтеров — SQ-200$ современныйSQ-870/1170,  его пре-

емник, работает примерно по тому же принципу.

     Вместопьезоэлектрических трубочек,  как уSiemens,  на  печатающих

головках Epson, выполненных  из  структуированных стеклянных пластинок,

укреплены небольшие пьезопластинки.  Если к ним приложить  электрическое

напряжение, их диаметр чуть-чуть изменится, но и этогобудет достаточно,

чтобы они согнулись вместе с пассивной стеклянноймногослойной подложкой

подобно биметаллической пластине,  что приведет к возникновению в канале

красителя выталкиваются тем же способом,  что и в печатающих головках  с

пьезотрубочками.

     В <st1:metricconverter ProductID=«1987 г» w:st=«on»>1987 г</st1:metricconverter>. компанияDataproducts предложила другой принцип использо-

вания пьезоэлектриков для  струйной  печати, основанный  на применении

пластинчатого пьезопреобразователя.  В последующие годы этот метод оста-

вался сравнительно малоизвестным (причем не столько из-законструкции на

базе преобразователя, сколько из-за жидких восковыхчернил, которые при-

менялись во всех струйных принтерах с пластинчатымпьезопреобразователем

производства Epson), пока не появилась модель Stylus 800.

     Согласноэтому  методу  пьезопреобразователь,  представляющий собой

длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позадинебольшого разер-

вуара с красителем.  При  воздействии на ламель импульсов напряжения ее

длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резер-

вуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли изсопла-распылителя.

     Пластинчатыепьезопреобазователи сочетают в себе преимущества  как

плоских, так  итрубчатых систем высокую частоту распыления и компактную

конструкцию. Сегодня на печатающие головки спьезоламелями делают ставку

такие фирмы, как Dataproduts, Tektronix и Epson.

     В начале 1994года  Epson  продемонстрировал  пьезотехнологию  MACH

(Multilayer Actuator Head — головка с многоуровневым исполнительных ме-

ханизмом) в своем новом струйном принтере модели Stylus800.  Тем не ме-

нее и в пьезоэлектрических печатающих головкахMACH-головках применяются

пьезоламели. Правда, компании Epson удалось изготовитьпьезоламели одно-

го ряда сопел-распылителей  в едином блоке(Multilayer).  Таким образом

оказалось возможным еще уменьшить размеры печатающейголовки, разместить

преобразователи, каналы и  сопла-распылители  с дистанцией всего лишь в

<st1:metricconverter ProductID=«140 км» w:st=«on»>140 км</st1:metricconverter>и одновременно снизить производственные расходы.

     Печатающиеустройства с термографическими исполнительными

     механизмами.

     В 1985  году сенсацию  вызвал  Thinkjet компании Hewlett-Packard -

первый струйно-пузырьковый термопринтер.  Если в начале иной разработчик

пьезомеханизмов печати и ухмылялся,  когда видел патентына пузырьковую

технологию его конкурентов,  то со временем ему стало не до смеха: метод

пузырьково-струйной термопечати  за несколько  лет покорил рынок(коли-

чество проданных струйных термопринтеров составило 10млн.)

     В чем жереволюционность этой технологии? Как часто бывает в подоб-

ных случаях, достижением стало сокращениепроизводственных расходов. Ес-

ли пьезоэлектрические печатающие  механизмы  приходилось с большим или

меньшим трудом собирать из множества  отдельных деталей,  то  пузырько-

во-струйные печатающие головки,  представляющие собой кристаллы на крем-

ниевых подложках (за исключением подложек Thinkjet,  сделанных из стек-

ла), изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

     Притонкослойной технологии применяются в принципе те же производс-

твенные процессы, что и при изготовлении интегральныхсхем. Каналы пода-

чи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмыи токоподводя-

щие шины возникают при поочередном нанесении слоев наподложки, например

способом ионно-лучевого напыления,  и последующем структуировании  этих

слоев.

     Такимобразом,  по завершении процессапроизводства, насчитывающего

более сотни шагов, на одной подложке появляется оченьмного термопечата-

ющих элементов. Все структуры должны быть выполнены с точностью до  ты-

чячной доли миллиметра. Кроме того, малейшее загрязнение при производс-

тве приводит к отказу. По этой причине пузырьково-струйные  печатающие

элементы изготавливаются в чистых помещениях и сприменением машин,  ти-

пичных для полупроводниковой промышленности.

     Очевидно,что  при одновременной обработке многих миниатюрных эле-

ментов на одной подложке расходы на изготовлениерезко  снижаются,  хотя

уровень инвестиций в  чистые производственныепомещения и станки высок.

Затраты на струйно-пузырьковые печатающие элементызавысят не  от  коли-

чества сопел-распылителей или  разрешения печати,  а только от вида по-

верхности кристалла, а также от числа и характера процессов.  Следова-

тельно, печатающая головка, рассчитанная на разрешение400 точек/дюйм, с

64 распылителями не должна стоить дороже, чем головка с24 распылителями

и разрешением 180 точек/дюйм.

     Посколькуголовки струйно-пузырьковой термопечати  изготавливаются

по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается мысль

об интеграции последних в печатающие кристалы.  И первый шаг в этом нап-

равлении сделала фирма Canon, встроив в печатающиеголовки своих принте-

ров BJ-10e и CLC-10 транзисторную  матрицу. Примеру  Canon  последовала

компания Xerox, выпустившая  в  1993 году  модель пузырьково-струйного

принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, иполностью интег-

рированным последовательно-параллельным преобразователем.

    Функционирование пузырьково-струйного сопла-распылителя:

     Сначаласильный  импульс  напряжения длительностью 3-7 мкс подается

на крохотный нагревательный элемент, который мгновеннонакаляется до 500

гр. цельсия. На  его  поверхности температура превышает 300гр.цельсия.

Мощность нагрева поверхности настолько велика,  что при увеличении  дли-

тельности импульса напряжения всего лишь на несколькомикросекунд нагре-

вательный элемент моментально бы разрушился.

     Сразу же  в тонкой пленке над нагревательным элементомначинают ки-

петь чернила,  ичерез 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 пу-

зырек, соединившись с атмосферой,  опять опадает, однако пройдет еще 200

мкс, пока новые чернила под действием капиллярных сил небудут  засосаны

из резервуара.

    Пузырьково-струйная печать с боковым и прямым распылением чернил:

     Edje- иSidechooter.

     С самогоначала пузырьково-струйные печатающие головки делились  на

две группы.  Компания Canon,  изобретатель  системы, предпочла вариант

Edlgeshooter. Почти одновременно фирмаHewlett-Packard  разработала  го-

ловку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает икомпания Olivetti.

     ГоловкаEdgeshooter,  как становится ясно уже изназвания, разбриз-

гивает чернильные капли «за угол», т.е.  перпендикулярно кнаправлению

образования пузырьков. В головке Sideshooter,  где  пластина с  сопла-

ми-распылителями находится поверх нагревательныхэлементов и каналов по-

дачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении.  Поскольку

края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однород-

ного, а не из различных материалов,  как в Edgeshooter, процесс изготов-

ления распылителей с  отверстиями определенного размерадля Sideshooter

значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится

учитывать неодинаковое  смачивание   разнородной   поверхности головки

Edgeshooter.

     С другойстороны,  при прямом распылении красителядля сопел требу-

ется более обширная поверхность,  что может доставить  неприятности,  в

частности, создателям будущих систем печати с большимколичеством распы-

лителей и повышенным разрешением.  Вдобавок чернила, с силой ударяющиеся

о поверхность нагревательного элемента после опаденияпузырька пара, ра-

но или поздно вызовут ее повреждение вследствиекавитации.  Возможно, по

этой причине способ прямого распыления до сих пориспользовался только в

сменных печатающих головках с ограниченным сроком службы.

     Требования ккачеству чернил для любой системы струйной термопечати

очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах. Принцип функциониро-

вания и высокие  температуры  обусловливают применение только смешанных

растворимых красителей на водяной основе.

     Красителидолжны соответствовать целому ряду требований:

     — бытьсовместными с материалами,  из которыхсделан печатающий ме-

ханизм;

     — необразовывать отложений в каналах и распылителях,  а также  не

расслаиваться;

     — храниться втечении длительного времени;

     — обладатьопределенными показателями плотности, вязкости и повех-

ностного натяжения при температурах от 10 до <st1:metricconverter ProductID=«40 гр. цельсия» w:st=«on»>40 гр. цельсия</st1:metricconverter>;

     — ну служитьпитательной средой для образования бактерий и водорос-

лей;

     — не содержатьядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.

     К тому жекрасители для струйной  термопечати  должны образовывать

пузырьки пара без отложения осадков и выдерживатькратковременное нагре-

вание до 350 гр.цельсия.

    Почему же  струйная печать  считается  наиболее экологически чистым

способом печати набумаге? Во-первых, пользователям,жаловамшимся 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 шелестятлисты бумаги и тихощелкают при пе-

реключении механиеские приводы перемещения головки иподачи бумаги.

     Во-вторых,устройство с минимальным выделением тепла, не производя-

щее шума и озона, потребляет и меньше энергии — вот причина  тому, что

все современные, независимые  от  сети принтеры малого размера являются

струйными.

     Наконецсам  краситель не содержит никакихэкологически вредных до-

бавок; при сжигании распечатанных документов необразуется двуокиси  уг-

лерода в отличие, например, от тонера лазерных принтерови 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 придетсязадуматься  о  том, каким

образом можно утилизировать многие миллионы изготовленныхпечатающих го-

ловок или резервуаров для чернил.

     В каком  направлении пойдет  развитие технологийструйной печати в

будующем? Безусловно в направлении цветной  печати. Обычные  устройства

черно-белой печати с разрешающей способностью 300точек/дюйм и эмуляцией

PCL(Deskjet Hewlett-Packard) уже выдержали испытаниявременем.  Эмуляция

языка PCL  сталафактическим стандартом в области струйных принтеров,  к

тому же она обеспечивает совместимость с современными ибудущими моделя-

ми лазерных принтеров.

     Хотяразрешение 300 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

возвожность целевого варьирования количеств красителя.

     Уже можно  привести примеры реализации обоих этихспособов в других

методах печати. Так в издательской сфере давно работают с  разрешением

2540 точек/дюйм и более. С другой стороны, диффузионные принтеры — усо-

вершенствованный вариант термографических принтеров — способны  печатать

на спецальной глянцевой бумаге каждую точку растра с желаемой интенсив-

ностью цвета.

     Требованияк  качеству воспроизведения информации набумаге растут,

и функция цветной печати, вероятно,  станет не исключительной,а скорее

стандартной особенностью следующих моделей принтеров.Таким образом чис-

ло сопел-распылителей будет постоянно увеличиваться. Вследствие возрас-

тания мощностей и  усиления нажима со стороныконкурентов изготовителям

придется уменьшать размеры своих изделий и интегрироватьновые функции.

     Способструйной печати,  зародившийся около 50лет назад, — относи-

тельно молодая технология. Вполне очевидно, что струйныепринтеры завое-

вывают массовый рынок, вытесняя таким образом матричные принтеры.  Если

же разработчикам удастся повысить разрешение и скоростьпечати  струйных

принтеров, то изготовителям  медлительных  лазерных принтеров придется

всерьез побороться за место на рынке.

     До сих порникакой другой метод печати не порождал такого разнооб-

разия вариантов, как струйная печать,  при чем неподлежит сомнению что

возможность этой технологии еще долго не будет исчерпана.

еще рефераты
Еще работы по компьютерам и переферийным устройствам