Основи технології струминного друку
Основою будь-якого процесу струминного друку є процес створення крапель барвника і перенесення цих крапель на папір або будь-який інший носій, придатний для струминного друку. Управління потоком крапель дозволяє домогтися різної щільності і тональності зображення.
На сьогоднішній день існує два різних підходи до створення керованого потоку крапель. Перший метод, заснований на створенні безперервного потоку крапель, так і називається - метод безперервної струменевого друку. Другий метод створення потоку крапель передбачає можливість безпосереднього управління процесом створення краплі в потрібний момент часу. Системи, що використовують цей метод управління потоком крапель, отримали назву системи імпульсної струминного друку.
Безперервна струменевий друк
Барвник, що знаходиться під тиском, надходить в сопло і розділяється на краплі шляхом створення швидких коливань тиску, одержувані за допомогою будь-якого електромеханічного кошти. Коливання тиску викликають відповідну модуляцію діаметра і швидкості виходить з сопла струменя барвника, яка поділяється на окремі краплі під впливом сил поверхневого натягу.
Цей метод дозволяє досягати дуже великій швидкості створення крапель: до 150 тис. Штук в секунду для комерційних систем і до мільйона штук для спеціальних систем. Для управління потокам крапель використовується електростатичний система відхилення. Вилітають з сопла краплі проходять через заряджений електрод, напруга на якому змінюється відповідно до керуючим сигналом. Потік крапель потрапляє за тим в простір між двома відхиляються електродами, що мають постійну різницю потенціалів. Залежно від отриманого раніше заряду окремі краплі змінюють свою траєкторію по-різному. Цей ефект дозволяє управляти положенням крапки, що друкується, так і її наявністю або відсутністю на папері. В останньому випадку крапля відхиляється настільки, що потрапляє в спеціальний уловлювач.
Подібні системи дозволяють друкувати точки діаметром від 20 мікрон до одного міліметра. Типовою є точка розміром 100 мікрон, що відповідає обсягу краплі в 500 піколітрів. Основне застосування такі системи знайшли на ринку промислової друку, в системах маркування товарів, масової друку етикеток, медицині тощо.
Імпульсна струменевий друк
Цей принцип створення потоку крапель передбачає можливість безпосереднього управління процесом створення краплі в певний час. На відміну від систем безперервної дії, тут відсутня постійний тиск в обсязі чорнила, а при необхідності створення краплі генерується імпульси тиску. Керовані системи принципово менш складні у виготовленні, однак для їх роботи потрібно пристрій створення імпульсів тиску приблизно втричі більше потужно, ніж для систем безперервної дії. Продуктивність керованих систем становить до 20 тис. Крапель в секунду для одного сопла, а діаметр крапель - від 20 до 100 мікрон, що відповідає обсягу від 5 до 500 піколітрів. Залежно від способу створення імпульсу тиску в обсязі з чорнилом розрізняють п'єзоелектричну і термічну струменевий друк.
Для реалізації п'єзоелектричного методу в кожне сопло встановлений п'єзоелемент, пов'язаний з чорнильним каналом діафрагмою. Під впливом електричного поля відбувається деформація п'єзоелемента, завдяки якому стискається і розтискається діафрагма, видавлюючи краплю чорнила через сопло. Подібний метод генерації краплі використовується в струменевих принтерах Epson.
Позитивною властивістю таких технологій струменевого друку є те, що п'єзоефект добре керований електричним полем, що дає можливість досить точно варіювати обсягів одержуваних крапель, а значить і в достатній мірі впливає на розмір одержуваних плям на папері. Проте, практичне використання модуляції обсягу крапель ускладнене тим, що змінюється не тільки обсяг, але і швидкість руху краплі, що при рухомій голівці викликає помилки позиціонування точки.
З іншого боку, виробництво друкувальних головок для п'єзоелектричної технології виявляється занадто дорогим в перерахунку на одну головку, тому в принтерах Epson друкуюча головка є частиною принтера і за вартістю може становити до 70% від загальної вартості всього принтера. Вихід з ладу такої головки вимагає серйозного сервісного обслуговування.
Для реалізації термоструйная методу кожне з сопел обладнано одним або кількома нагрівальними елементами, які при пропущенні через них струму за кілька мікросекунд нагріваються до температури близько 600С. Виникаючі при різкому нагріванні газовий міхур виштовхує через вихідний отвір сопла порцію чорнила, які формують краплю. При припиненні дії струму нагрівальний елемент остигає, міхур руйнується, а на його місце надходить чергова порція чорнила з вхідного каналу.
Процес створення крапель в термічних друкуючихголовках після подачі імпульсу на резистор майже некерований і має порогову залежність обсягу матеріалу, який випаровується речовини від прикладеної потужності, тому тут динамічне управління обсягом капели на відміну від пьзоелектріческой технології досить важко.
Проте, термічні друкують головки мають найвищим співвідношенням продуктивності та вартості виробництва одиниці продукції, тому термоструйная друкуюча головка зазвичай є частиною картриджа і при заміні картриджа на новий автоматично станься і зміна друкуючої головки. Однак, застосування термічних друкувальних головок вимагає розробки спеціального чорнила, які можуть досить легко випаровуватися без спалаху і не схильні до руйнування при термічному ударі.
Друкуюча головка Lexmark
Друкуюча головка чорного картриджа звичайного дозволу 600 dpi для ранніх моделей (Lexmark СJP 1020, 1000, 1100, 2030 3000, 2050) мали 56 сопел, розташованих в два звивистих ряду. Друкуюча головка для кольорових картриджів цих моделей мали 48 дюз розділених на три групи по 16 сопел для кожного кольору (Cyan, Magenta, Yellow). Принтер Lexmark CJ 2070 використовував іншу голівку яка містила 104 монохромних дюзи і 96 кольорових.
Для виробництва друкуючих головок струменевих принтерів Lexmark, починаючи з 7000 серії використовується друкують головки, які виготовляються із застосуванням лазерної технології прошивки дюз (Excimer, Excimer 2). Перші моделі друкуючих головок містили 208 монохромних дюз і 192 кольорових.
Для моделі Z51 і старшої моделі сімейства Zx2 і Zx3 була розроблена своя друкуюча головка з 400 дюзами. У моделі Z51 використовувалася лише половина дюз, а решта працювали в режимі гарячого резерву, коли як в наступних моделях були одночасно задіяні всі дюзи.
Молодші та середні моделі сімейства Zx2 використовують картриджі, які є модифікацією стандартних картриджів з високою роздільною здатністю, а молодші і середні моделі сімейства Zx3, нові моделі картриджів Bonsai.
Не залишайте дюзи друкуючої головки відкритими протягом тривалого часу. Якщо дюзи залишити відкритими - чорнило в них засихають і засмічують канали, що призводить до дефектів при друку. Картридж слід залишати в принтері або в спеціальному боксі ( «гаражі»). Небажано також доторкатися до дюз і контактів руками, так як сальні виділення від шкіри можуть зіпсувати поверхню.
Характеристики друкуючої головки
- Період формування меніска:
Це період часу, необхідний для повторного заповнення камери чорнилом. Він визначає робочу частоту друкуючої головки (від 0 до 1200 Hz).
- Швидкість краплі:
Низька швидкість призводить безперервному розташуванню точки.
Висока швидкість призводить до появи бризок і розлучень.
- Маса краплі визначається:
Розміром нагріваючого елементу.
Діаметром сопла.
Зворотним тиском.
Помічено, що в звичайних струменевих принтерах крапля чорнила, потрапляючи на папір приймає форму маленького трикутника, тому лінії при найближчому розгляді виглядають зазубреними. Це пов'язано з тим, що в польоті крапля деформується, а при зіткненні з папером - розпливається. Особливо це помітно в низькому режимі при економною друку. Lexmark пропонує принтери з новою, прогресивною технологією друку, при якій форма сопел і швидкість руху головки збалансовані так, що крапля чорнила дають плями, як рівномірні штрихи. Це дозволяє зробити лінії гладкими, а якість друку майже не відрізняються від лазерного друку. Крім того, така форма плями дозволяє уникнути білястих смуг на відбитку.
Що таке чорнило?
Кожен виробник струменевих принтерів розробляє і вдосконалює свій склад чорнил, який найбільш адаптований до техніки. У Lexmark основними компонентами чорнила для струменевих принтерів є:
-Деионизированная вода (85-95% загального обсягу)
-Пігмент або барвник
-Розчинник (для пігментів)
-Зволожувач (Humectant)
-Поверхнево-активна речовина (Surfactant)
-біоцид
-Буфер (стабілізація pH)
Пігмент або барвник. Чорнило на основі пігментів (тільки чорні) виготовлені з твердих частинок, що знаходяться в рідині. При попаданні таких чорнила на папір рідина випаровується і частково вбирається, а порошок прилипає до поверхні, не розтікаючись по ній. Тому чорнило на основі пігментів водостійкі, мають слабкий проникненням в волокна паперу, але вони чутливі до світла.
Чорнило на основі барвників - це, як правило, кольорові чорнила. Барвник розчинний у воді і вбирається разом з нею в товщу паперу при висиханні. Такі чорнило висихають швидше пігментних, светоустойчивость, але зате дають в середньому плям неправильної форми більше, ніж останні.
Зволожувач. Концентрація зволожувача впливає на в'язкість чорнила. Цей параметр повинен бути оптимальний для даного складу чорнила і голівки, спільно з якою вони будуть використовуватися. Дійсно, з одного боку, чим більше в'язкість, тим гірше чорнило розтікаються по поверхні паперу, даючи менший розмір точки і тим чіткішим буде зображення. З іншого боку, занадто велика в'язкість призводить до затягнутому часу формування меніска, що погіршує швидкість друку. Зазвичай, в'язкість чорнила є ключовим параметром при визначенні геометричних каналів в друкуючій голівці.
Поверхневий натяг впливає на змочуваність чорнилом всіх поверхонь, з якими вони стикаються, починаючи від резервуарів в картриджі і закінчуючи поверхнею паперу. Занадто низька статистичне поверхневий натяг призводить до більш швидкому висиханню чорнила на поверхні паперу, але при цьому середній обсяг краплі при видавлюванні чорнила з дюз виявляється завищеним. Занадто високий поверхневий натяг збільшує час висихання, а отже погіршує стійкість зображення при друку.
Рівень кислотності (РН) низька кислотність призводить до низької розчинності компонент чорнила в воді і як наслідок - поганий водостійкості зображення Стандартним вважається рівень кислотності в діапазоні від 7.0 до 9.0.
У нутрії картриджа є резервуари з чорнилом, дюзи друкуючої головки і електричні контакти.
Кольоровий картридж містить 3 окремих осередки для чорнила трьох різних кольорів. У монохромному картриджі міститься тільки одна комірка з чорним чорнилом.
Чорнило і кольору
Правильна передача кольору зображення на папір є високо технологічним процесом, що вимагає обліку чималої кількості факторів, включаючи суб'єктивну оцінку. В першу чергу колірна передача зображення залежить від хімічного складу чорнила і паперу, архітектури принтера.
Обов'язковою вимогою до чорнила є дуже тонкий спектральний склад, інакше одержувані при змішуванні кольору будуть «брудними». Після висихання чорнила повинні залишатися прозорими, інакше не буде природного змішування кольорів.
Важливим фактором є також стійкість до вицвітання, екологічна чистота і нетоксичність.
Вважається, що оптимальний склад чорнил вуджу відомий. Практично у всіх виробників вони представляють суспензія дуже дрібних частинок мінерального пігменту. З кольоровими чорнилом справа йде гірше, оскільки дуже важко підібрати мінеральні барвники потрібного спектрального складу.
В даний час процедури передачі кольору базуються на так званих кольорових таблицях, які використовуються для перетворення колірного простору, в якому було створено зображення-оригінал, в якийсь «деформований» колірний простір, що враховує особливості передачі кольорів на папері й чорнилом. Зазвичай, окремі колірні таблиці будуються для кожного типу паперу і оптимізовані для кожного окремого типу чорнила і друкуючих головок.
драйвери Lexmark
фотодрук
Серйозною проблемою в струминного друку є правильна передача світлих тонів зображення. Справа в тому, що звичайні колірні рішення для струменевого друку дають точки зображення насиченого кольору, тому для отримання блідих відтінків потрібно наносити краплі чорнила досить рідко. Це призводить до того, що при передачі дуже світлих тонів плями розташовуються так далеко один від одного, що стає помітна зернистість зображення, а також виникає проблема з передачею в світлих тонах.
Одним з радикальних способів вирішення цієї проблеми є використання додаткових чорнила світлих тонів. В цьому випадку темні тони виходять за рахунок заливки освітленим чорнилом. Картридж з такими чорнилом зазвичай стає замість другого картриджа (чорного) і містить чорнило освітленого Cyan, освітленого Magenta і чорного. Світло жовтий тон не використовується, оскільки цей колір сприймається людським оком без особливої різниці як і жовтий.