Ймовірно, у вас є такий принтер, що стоїть у кутку домашнього офісу або захований під столом. Це струменевий принтер. З того часу, як вони з’явилися на ринку в кінці 1980-х років, ці пристрої стали дешевшими, швидше і дають чіткіше зображення. Вони не є нішевими гаджетами. Вони стали стандартом.
Принцип роботи струминного принтера полягає у вистрілюванні мікроскопічних крапель чорнила на папір. Якщо ви коли-небудь уважно розглядали свіжонадруковане зображення, ви бачили результат. Крапки дуже маленькі. Йдеться розмірах від 50 до 60 мікрон у діаметрі. Товщина людського волосся становить приблизно 70 мікрон. Це означає, що краплі чорнила менше, ніж один волосся на голові.
Розміщення крапель відрізняється високою точністю. Можна досягти роздільної здатності до 1440×720 пікселів на дюйм (dpi). Висока роздільна здатність важлива для чіткості тексту. Але це також має значення для фотографій. Принтер змішує різні кольори чорнила для створення зображень фотичної якості. Він змішує пігменти CMYK, щоб імітувати відтінки шкіри, небо та тіні.
У цій статті ми докладно розберемо, як ці пристрої працюють. Ми розглянемо внутрішні компоненти. Ми пояснимо, як працюють картриджі з чорнилом. Ми також розповімо про спеціальний папір, який деякі принтери вимагають для досягнення найкращих результатів.
Щоб зрозуміти принцип роботи струменевих принтерів, нам потрібно поглянути на ширший контекст технологій друку.
Імпульсні та ненаголошені технології
Не всі принтери працюють однаково. Основний поділ відбувається між імпульсними та ненаголошеними технологіями.
Імпульсні принтери використовують фізичну дію. Вони б’ють по папері через барвисту стрічку. Згадайте старі матричні принтери. Вони громіздкі та галасливі. Сьогодні вони рідко використовуються, крім специфічних промислових завдань.
Ненаголошені принтери не впливають на папір силою. Вони використовують тепло, світло або краплі чорнила. Лазерні принтери використовують статичну електрику та тонер. Струменеві принтери використовують рідке чорнило. Це різниця ключова. Воно пояснює, чому струменеві принтери працюють тихіше і краще справляються з більш щільними типами паперу, ніж імпульсні моделі.
“Принтери наносять на папір надзвичайно дрібні краплі чорнила для створення зображення.”
У наступних розділах ми докладніше розглянемо механіку цих ненаголошених систем. Ми почнемо з обладнання. Потім перейдемо до витратних матеріалів. І, нарешті, розглянемо самий папір.
Принтери зазвичай діляться на дві категорії. Одна група впливає на папір фізично. Інша – ні.
Імпульсні принтери, такі як матричні та символьні, фізично б’ють по паперу через чорнильну стрічку. Матричні принтери використовують крихітні голки для створення сітки з точок. Символьні принтери – це, по суті, комп’ютеризовані машинки з опуклими літерами. Вони швидкі під час друку тексту, але марні для фотографій.
Потім є ненаголошені технології. Сюди відносяться струменеві, лазерні, твердотільні та термальні технології. Вони не стосуються паперу під час друку. Лазерні принтери використовують тонер та статичну електрику. Твердотілі принтери розплавляють воскові стрижні і наносять їх на сторінку. Сублімаційні принтери випаровують кольорові плівки на глянсовий папір. Термальні принтери воску розплавляють воскові стрічки за допомогою нагрітих елементів. Термальні автохромні принтери нагрівають кольорові шари, що вже вбудовані в самий папір.
Але струменеві принтери є абсолютними лідерами. Це найпопулярніша технологія. Лазерні принтери – єдина реальна конкуренція сьогодні.
Давайте заглянемо під капот струминного принтера.
Що таке струменевий принтер і чому це важливо?
Струменевий принтер розпилює мікроскопічні краплі рідкого чорнила безпосередньо на папір. Концепція проста. Виконання складне. Основний механізм включає друкувальну голівку з десятками, а іноді й тисячами крихітних сопел. Ці сопла вистрілюють краплі з ювелірною точністю.
Чому це важливо для вас? Тому що струменеві принтери краще справляються з кольоровим друком, ніж більшість інших споживчих технологій. Вони створюють яскраві фотографії. Вони працюють із різними типами паперу. Від глянцевого фотопаперу до матового картону – струменеві принтери адаптуються.
Як вони порівнюються із лазерними? Лазерні принтери використовують порошок (тонер) та тепло. Вони швидше впораються з великими обсягами тексту. Вони дешевші з розрахунку на сторінку для чорно-білих документів. Але для кольорових зображень? Струменеві принтери зазвичай виграють за якістю та універсальністю.
Як струменеві принтери створюють зображення
Магія відбувається у друкуючій головці. Існує два основних способи подачі чорнила в струменевих принтерах.
- Термальний (Bubble Jet): Нагрівальні елементи скипають чорнило, створюючи міхур. Бульбашка розширюється і виштовхує краплю через сопло. Бульбашка хлопається, створюючи вакуум, який затягує нову порцію чорнила. Цей метод використовується Canon і старішими моделями HP.
- П’єзоелектричний: Кристал змінює форму при подачі електрики. Цей тиск виштовхує чорнило через сопло. Без тепла. Цей спосіб використовується Epson.
Що краще? П’єзоелектричні головки, як правило, служать довше. Вони можуть використовувати ширший спектр хімічних складів чорнила. Термальні головки простіше та дешевше у виробництві. Але чорнило має бути спеціально розроблене, щоб витримувати високі температури.
Самі чорнила мають ключове значення. Стандартне чорнило для струменевих принтерів на водній основі. Вони вбираються у волокна паперу. Чорнило на основі пігментів залишаються на поверхні. Вони більш стійкі до води та вицвітання. Для архівних фотографій зазвичай потрібне пігментне чорнило.
Де струменеві принтери використовуються сьогодні
Домашні користувачі купують принтери для фотографій і шкільних проектів. Малий бізнес використовує їх для рекламних матеріалів. Їм не потрібна висока пропускна здатність лазерних принтерів.
Комерційні друкарні використовують широкоформатні струменеві принтери для банерів та вивісок. Ці машини розпорошують галони чорнила за годину.
Де вони не використовуються? Під час друку великих обсягів тексту. Якщо вам потрібно роздрукувати 10 000 сторінок на день, ви купуєте лазерний принтер. Або матричний принтер для багатошарових форм.
Технологія еволюціонувала. Ранні струменеві принтери були повільними. Вони повільно сохли. Кольори розтікалися. Сучасні струменеві принтери швидкі. Вони сохнуть за секунди. Кольори чіткі.
Але базова фізика залишилася незмінною. Сопла. Чорнило. Папір.
Чому струменеві принтери домінують на ринку
Два слова: колір та вартість.
Ви можете купити хороший кольоровий лазерний принтер. Але картриджі із тонером дорогі. Сам апарат дорогий. Картриджі для струменевих принтерів дешеві. Самі принтери часто продаються на збитки.
Що краще для звичайних користувачів? Більшість людей — струменевий принтер. Він справляється із періодичною печаткою фотографій. Він друкує етикетки. Він справляється із домашніми завданнями. Він тихо сидить у кутку доти, доки не знадобиться.
Компроміс полягає у витраті чорнила. Струменеві принтери засихають, якщо ними не користуватися. Можливо, вам доведеться запустити цикл очищення. Це витрачає чорнило. Лазерний тонер не засихає. Але вам рідко потрібно друкувати кольорові фотографії вдома.
Таким чином, струменевий принтер залишається. Сопло залишається. Чорнило залишаються.
І цикл продовжується.
Вузол друкувальної головки
В основі пристрою лежить вузол друкуючої головки. Це не єдиний компонент, а накопичення деталей, що працюють синхронно. Найважливішою частиною тут є друкарська головка. Усередині неї ви знайдете серію мікроскопічних сопел. Вони розпорошують крихітні краплі чорнила безпосередньо на аркуш паперу. Точність має вирішальне значення. Якщо сопло засмічиться, на відбитку з’являться смуги. Якщо воно спрацює некоректно, з’являться ляпки.
Далі йдуть чорнильні картриджі. Виробники експериментують із їх конфігурацією. У деяких моделях використовуються окремі резервуари для чорного та кольорового чорнила. В інших вони об’єднані у єдиний блок. У моделях високого класу під кожен колір чорнила може виділятися окремий картридж. Ось цікавий нюанс: в деяких конструкціях друкуюча головка вбудована всередину картриджа. В інших вона жорстко закріплена на самому принтері. Ця різниця впливає на обслуговування. Якщо головка виходить з ладу, вам потрібно замінити картридж, або викликати техніка. Різниця у вартості суттєва.
Для переміщення всього цього обладнання потрібна потужність. Тут набуває чинності кроковий двигун друкуючої головки. Цей двигун переміщує вузол назад і вперед над аркушем паперу. Він працює точно. Він не просто «вгадує», де зупинитись. Він відраховує кроки. У деяких принтерах доданий другий двигун, спеціально призначений для паркування головки. Навіщо її паркувати? Щоб зафіксувати її у нерухомому стані, коли принтер простоює. Уявіть собі гальмо стоянки. Це запобігає випадковим поштовхам, які можуть змістити сопла.
Зв’язок між двигуном та головкою? Ремінь. Він передає рух. Але для руху потрібна стабільність. В іншому випадку весь вузол вібруватиме. Тут на допомогу приходить стабілізуюча планка. Вона забезпечує лінійність руху. Контрольованість. Плавність. Без неї кожне завдання на друк було б лотереєю.
Подача паперу
Не можна друкувати без паперу. І доставка паперу до місця друку – це окреме механічне завдання. Більшість пристроїв покладаються на лоток для паперу чи податчик. Лоток є стандартним рішенням. Ви просто вставляєте папір. Податчик влаштований інакше. Зазвичай він відкривається під кутом задньої панелі. Папір розміщується туди. Він містить менше паперу, ніж лоток. Але він часто зустрічається в елегантних моделях, що економлять місце.
Після завантаження в роботу вступають “ролики”. Вони простягають папір усередину. Вони просувають її вперед, коли друкуюча головка готова до наступного проходу. Це ритмічний танець. Рух головки. Просування паперу. Знову рух головки.
Хто керує роликами? Кроковий двигун подачі паперу. Цей двигун забезпечує рух паперу з точними збільшеннями. на величину одного пікселя. Потім ще один. І так далі. Якщо таймінг порушено, зображення спотворюється. Лінії не збігаються. Результат виглядає як жах.
Що живить це все? Блок живлення. У старих принтерах використовувалися зовнішні трансформатори. Громіздкі. Незручні. У сучасних пристроях блок живлення інтегрований у корпус. Чистіше. Безпечніше. Ефективніше.
Але харчування марно без «мозків». Це “керуюча електроніка”. Невелика плата. Проте складна. Вона опрацьовує механічні команди. Вона також декодує потік даних від комп’ютера. Вона переводить цифрові інструкції у фізичні рухи. Одна неправильна команда, і принтер застрягне. Або надрукує нісенітницю.
Як комп’ютер спілкується з принтером? Через інтерфейсні порти. Паралельні порти все ще трапляються. Але вони застаріли. Більшість нових принтерів використовують USB. Деякі старі або спеціалізовані моделі можуть використовувати послідовні (Serial) або порти SCSI. USB є стандартом. Простий. Швидкий. Універсальна.
Тепло проти вібрації
Це підводить нас до основної технологічної суперечки. Термоструминні та п’єзоелектричні принтери. Різниця полягає не лише у маркетингу. Це питання фізики.
Термопринтери використовують тепло. Вони нагрівають крихітний резервуар із чорнилом до кипіння. Утворюється міхур. Міхура розширюється. Виштовхує чорнило із сопла. Пшик. Зникає. Потім міхур остигає. Втягує нове чорнило. Повторюється. Швидко. Дешево. Але тепло зношує сопло. Ви буквально «випалюєте» своє чорнило.
П’єзоелектричні принтери використовують вібрацію.
Основна відмінність між струминними принтерами полягає в тому, як вони наносять чорнило на папір. Виробники, як правило, використовують одну з двох технологій: термальний пухирцевий метод або п’єзоелектричний.
Термальний бульбашковий метод, часто званий bubble jet, домінує на ринку компаній Canon і Hewlett Packard (HP). Всередині друкуючої голівки резистори нагріваються. Це тепло випаровує невелику кількість чорнила, створюючи міхур. Міхур, що розширюється, виштовхує краплю чорнила через сопло на сторінку. Коли міхур хлопається, він створює вакуум, який затягує свіже чорнило з картриджа в друкувальну головку. Типова головка містить 300 чи 600 сопел, які працюють одночасно.
Epson йде іншим шляхом. Їх технологія використовує п’єзокристали, розташовані на задній стінці кожного резервуара для чорнила. Електричний заряд змушує кристал вібрувати. Коли він вібрує всередину, він виштовхує чорнило назовні. Коли він вібрує назовні, він затягує більше чорнила в резервуар, замінюючи щойно розпорошені.
Шлях від кліку до сторінки
Натискання кнопки “OK” запускає швидку послідовність подій. Програма надсилає дані в драйвер принтера, який перетворює їх на формат, зрозумілий апаратному забезпеченню. Перевіряється, чи принтер знаходиться в мережі. Дані передаються через USB або паралельне з’єднання на принтер.
Принтер зберігає ці дані у буфері. Цей ОЗУ варіюється від 512 КБ до 16 МБ залежно від моделі. Буфер має вирішальне значення. Він дозволяє вашому комп’ютеру швидко завершити завдання, не чекаючи фізичного друку сторінки. Більший буфер може вмістити складні документи чи кілька простих сторінок.
Якщо принтер простоював, спочатку він запускає короткий цикл очищення. Це гарантує, що друкувальні голівки вільні від засмічення. Після цього він готовий до роботи.
Електроніка, що управляє, активує кроковий двигун подачі паперу. Ролики захоплюють лист із лотка. Датчик у лотку виявляє папір. Якщо лоток порожній, датчик не натискається. Принтер загорається індикатором “Немає паперу” і повідомляє комп’ютер.
Як тільки папір знаходиться в потрібному положенні, кроковий двигун головки друкує управління на себе. Ремінь переміщує збирання друкувальної головки по сторінці. Двигун зупиняється на частки секунди під час розпилення чорнила. Потім знову рухається. Цей кроковий рух відбувається так швидко, що виглядає як безперервний рух.
На кожній зупинці він розпорошує точні кількості чорнила CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Вони об’єднуються, щоб створити будь-який інший колір, який ви можете собі уявити.
Після кожного проходу двигун подачі паперу просуває аркуш частку дюйма. Більшість сучасних принтерів повертають головку на початок або просто змінюють напрямок для друку при зворотному проході. Це продовжується до завершення сторінки.
Швидкість друку сильно варіюється. Принтер може обробляти 16 сторінок за хвилину (PPM) для чорного тексту. Але одне повнокольорове зображення розміром зі сторінку може тривати кілька хвилин. Це залежить від складності та розміру зображення.
Коли друк завершується, друкуюча голівка паркується. Ролики виштовхують лист у вихідний лоток. Більшість сучасних чорнил сохнуть миттєво. Ви можете взяти лист, не розмазавши чорнило.
Далі ми розглянемо картриджі з чорнилом та типами паперу.
Струменеві принтери дешеві. Дешевше, ніж базові чорно-білі лазерні апарати. І значно дешевше, ніж кольорові лазерні принтери. Виробники фактично продають деякі з цих пристроїв собі на збиток. Часто обладнання можна знайти зі знижкою за ціною, меншою за вартість лише однієї заміни картриджів з чорнилом.
Навіщо компанія віддає “коробку” безкоштовно? Вони роблять це не з доброти.
Устаткування продається за ціною або нижче за собівартість. Як тільки ви купуєте апарат певної марки, ви зобов’язані купувати інші продукти, сумісні з цим обладнанням.
Це модель «бритва та леза». Ігрова індустрія робить те саме. Ви купуєте консоль. Потім ви опиняєтеся заблоковані в їх екосистемі. Ви не можете купити принтер у виробника А, а чорнило у виробника Б. Чіпи та програмне забезпечення не дозволять їм «спілкуватися» один з одним. Ви опиняєтесь у пастці.
Саме тут бізнес-модель зміщується від продажу обладнання до вартості картриджів з чорнилом.
Друкувальна головка в картриджі
Ще один спосіб виробників знизити початкові витрати – це розміщення друкувальної головки безпосередньо в картриджі. Це звучить контрінтуїтивно. Навіщо поміщати тендітну деталь, що зношується в те, що викидається?
Логіка проста. Друкувальна головка – це компонент, який найчастіше виходить з ладу. Замінюючи весь механізм щоразу при зміні чорнила, вони гарантують, що принтер продовжує працювати. У самому принтері залишається менше частин, що рухаються, які можуть зламатися. Але ви платите за цю друкувальну голівку знову і знову. Це є основним фактором у тому, як струменеві принтери заробляють гроші.
Папір важливіший, ніж ви думаєте
У вас може бути найкращий принтер у світі. Якщо ви подаєте до нього стандартний офісний папір, результати будуть посередніми. Це працює. Але зображення не буде чітким. Воно не виглядатиме яскравим.
Якість зображення на струменевому принтері залежить від двох фізичних властивостей паперу:
* Яскравість
* Всмоктування
Яскравість і текстура поверхні
Яскравість це не тільки про білий колір. Це про те, як папір взаємодіє зі світлом.
Шорсткий папір розсіює світло. Вона відбиває його у всіх напрямках. Гладкий папір відбиває його безпосередньо. Коли світло потрапляє на ваше око чисто, зображення здається яскравішим і різкішим.
Згадайте газету проти глянсового журналу. Газетний папір шорсткий. Чорнило осідають у борозенках. Папір для журналу гладкий. Світло відбивається від поверхні. Ось чому фотографії у журналах виглядають соковито. Будь-який папір, позначений як «яскравий», як правило, більш гладкий, ніж стандартний офісний папір.
Всмоктування та розтікання (ефект «перовості»)
Другий фактор – це вбирання. Коли чорнило потрапляє на папір, воно повинно залишатися у вигляді щільної, симетричної точки.
Якщо папір вбирає чорнило надто швидко або глибоко, точка розпливається. Це називається розтіканням (або ефектом «перовості»). Чорнило проникають у волокна. Вони створюють неправильну форму. Результатом є розмиті краї. Текст виглядає м’яким. Об’єкти втрачають чіткість.
Якісний папір для струменевих принтерів проходить обробку для контролю цього всмоктування. Вона утримує чорнило на поверхні або безпосередньо під верхнім шаром. Стандартний папір дозволяє їм поглинатися глибоко. Ось чому ваші фотографії виглядають каламутними.
Який папір слід купувати?
Якщо вам важливий результат, перестаньте використовувати найдешевший офісний папір, який зможете знайти. Різниця як небо і земля. Шукайте папір з високим індексом яскравості та контрольованим вбиранням. Вона коштує трохи дорожче. Але зображення виглядають так, ніби їх надрукував фахівець, а не машина, що бореться з папером.
Саме обладнання – це просто вхідний квиток. Реальна вартість полягає у витратних матеріалах. І в чорнилі, і в папері. Вибираєте одне і ви залишаєтеся в екосистемі.
Розтікання чорнила – це не стилістичний вибір. Це режим відмови. Воно відбувається тому, що звичайний папір вбирає чорнило як губка, змушуючи краплі розтікатися і розмиватися до того, як вони висохнуть. Ви не можете виправити закони фізики, але можете покрити папір спеціальним шаром.
Якісний папір для струминного друку використовує воскову плівку. Це покриття утримує чорнило на поверхні, не даючи їм вбиратися. Результатом стає різке покращення якості друку. Але справжня магія у цифрах дозволу.
Розглянемо типовий струменевий принтер Epson. На звичайному папері він може досягати роздільної здатності 720×720 dpi. Це непогано. Але якщо перейти на крейдований папір, це число підскакує до 1440×720 dpi. Чому подвоюється дозвіл? Принтер знає, що чорнило не розтікатиметься. Він може трохи зміщувати папір і додавати другий ряд точок до кожного нормального ряду. Без цього покриття додаткові точки просто зливалися б один з одним. Покриття забезпечує точність, яку звичайний папір фізично не може забезпечити.
Універсальність носіїв за межами паперу
Струменеві принтери призначені не тільки для документів. Комерційні моделі наносять зображення безпосередньо на вигнуті поверхні, такі як етикетки на пляшках пива. Для домашніх користувачів ландшафт носіїв ще різноманітніший і незвичайний.
У нас є самоклеючі етикетки. Візитні картки. Брошури надруковані на щільному картоні. Потім йдуть термотрансферні плівки для нанесення одягу. Ви можете надрукувати зображення, притиснути його праскою до футболки та піти додому. Це доступний спосіб створення кастомної продукції без використання трафаретного друку.
Низький поріг входу. Стеля творчості висока.
Економіка заправки картриджів
Картриджі дорогі. Їхня заправка — це величезний ринок. Для більшості людей це має фінансовий сенс, але реальні ризики. Ви граєте з хімією та апаратним забезпеченням.
По-перше, підбирайте комплект для заправки відповідно до моделі принтера. Різні принтери використовують різні технології нанесення чорнила. Термобubble-принтери нагрівають чорнило. П’єзоелектричні використовують кристали. Якщо ви використовуєте чорнило на олійній основі в системі, розрахованій на водне чорнило, ви знищите друкувальну головку. Склад сильно варіюється між виробниками. Використання неправильної хімії не тільки погіршує якість виведення, але й може повністю вивести принтер із ладу.
По-друге, перевірте гарантію. Більшість виробників вимагають використання їх схваленого чорнила. Заправка майже завжди анулює гарантію. Якщо машина зламається, ви залишитеся віч-на-віч із проблемою.
По-третє, поводьтеся з інтегрованими друкуючими головками з крайньою обережністю. Деякі картриджі мають головку друку, вбудовану безпосередньо в них. Не заправляйте їх понад дві-три рази. Після цього починається деградація сопел. Сопла, що засмітилися, можуть пошкодити внутрішні схеми принтера. Один раз – нормально. Двічі – ризиковано. Три рази – азартна гра.
“Заправка має сенс, але будьте дуже обережні з тими картриджами, в які вбудована друкуюча головка.”
Якщо ви плануєте заправляти картриджі, проведіть дослідження. Перевірте конкретні посібники для вашої моделі. Не гадайте з хімічним складом.
Часті питання
Як працює струменевий принтер покроково?
Процес починається із цифрових даних. Принтер зчитує ці дані та перетворює їх на команди для друкувальної голівки. Крихітні краплі чорнила викидаються через мікроскопічні сопла і точно потрапляють на папір. Принтер переміщає папір мікрокроками, щоб пошарово формувати зображення.
Як працює головка струменевого принтера?
Усередині друкуючої головки для кожного сопла є невелика камера. При активації тиск виштовхує чорнило з камери на папір. У термобubble-принтерах нагрівач створює міхур, який розширюється та виштовхує чорнило. У п’єзоелектричних принтерах кристал змінює форму, щоб вичавити чорнило. Обидва методи досягають однієї мети: точного розміщення крапель.
Як струменевий принтер робить відбитки?
Він робить відбитки, проеціруя чорнило з картриджів на папір. Картриджі містять рідке чорнило, яке подається трубками до друкуючої голівки. Головка діє як контролер, точно контролюючи, коли куди потрапляє кожна крапля, щоб сформувати текст і зображення.
Додаткові ресурси
- Як працюють лазерні принтери
- Як працюють паралельні порти
- Як працюють послідовні порти
- Як працює FireWire
- Як працюють порти USB
- Як працює SCSI
- Як працюють фотокопіри
- Що таке TrueType шрифти?
Інші відмінні посилання
- Огляди та ціни на лазерні та струменеві принтери
- Огляди та ціни на фотопринтери
- PCTechGuide: Струменеві принтери
- Мікроскопічний огляд картриджа для струменевого принтера
- Подорож до центру картриджа для струменевого принтера
- Whatis.com: Принтер
- Технологія друкувальних головок струменевих принтерів
- Як працюють картриджі для струменевих принтерів
- Патент США 4,532,530: Пристрій для струминного друку з бульбашковою технологією
- Патент США 4,849,774: Пристрій для запису з використанням бульбашкового струменя
- Патент США 5,646,660: Картридж для принтера з інтегрованою мікросхемою логіки приводу
- Патент США 5,063,396: Пристрій для викиду крапель
