Вероятно, у вас есть такой принтер, стоящий в углу домашнего офиса или спрятанный под столом. Это струйный принтер. С тех пор как они появились на рынке в конце 1980-х годов, эти устройства стали дешевле, быстрее и дают более четкое изображение. Они больше не являются нишевыми гаджетами. Они стали стандартом.
Принцип работы струйного принтера заключается в выстреливании микроскопических капелек чернил на бумагу. Если вы когда-либо пристально рассматривали свежеотпечатанное изображение, вы видели результат. Точки очень маленькие. Речь идет о размерах от 50 до 60 микрон в диаметре. Толщина человеческого волоса составляет примерно 70 микрон. Это означает, что капли чернил меньше, чем один волос на вашей голове.
Размещение капель отличается высокой точностью. Можно достичь разрешения до 1440×720 точек на дюйм (dpi). Высокое разрешение важно для четкости текста. Но оно также имеет значение для фотографий. Принтер смешивает различные цвета чернил для создания изображений фотического качества. Он смешивает пигменты CMYK, чтобы имитировать оттенки кожи, небо и тени.
В этой статье мы подробно разберем, как работают эти устройства. Мы рассмотрим внутренние компоненты. Мы объясним, как работают картриджи с чернилами. Мы также расскажем о специальной бумаге, которую некоторые принтеры требуют для достижения наилучших результатов.
Чтобы понять принцип работы струйных принтеров, нам нужно взглянуть на более широкий контекст технологий печати.
Импульсные и безударные технологии
Не все принтеры работают одинаково. Основное разделение происходит между импульсными и безударными технологиями.
Импульсные принтеры используют физическое воздействие. Они ударяют по бумаге через красящую ленту. Вспомните старые матричные принтеры. Они громоздкие и шумные. Сегодня они редко используются, за исключением специфических промышленных задач.
Безударные принтеры не воздействуют на бумагу силой. Они используют тепло, свет или капли чернил. Лазерные принтеры используют статическое электричество и тонер. Струйные принтеры используют жидкие чернила. Это различие ключевое. Оно объясняет, почему струйные принтеры работают тише и лучше справляются с более плотными типами бумаги, чем импульсные модели.
«Струйные принтеры наносят на бумагу чрезвычайно мелкие капли чернил для создания изображения.»
В следующих разделах мы подробнее рассмотрим механику этих безударных систем. Мы начнем с оборудования. Затем перейдем к расходным материалам. И, наконец, рассмотрим саму бумагу.
Принтеры, как правило, делятся на две категории. Одна группа воздействует на бумагу физически. Другая — нет.
Импульсные принтеры, такие как матричные и символьные, физически ударяют по бумаге через чернильную ленту. Матричные принтеры используют крошечные иглы для создания сетки из точек. Символьные принтеры — это, по сути, компьютеризированные пишущие машинки с выпуклыми буквами. Они быстры при печати текста, но бесполезны для фотографий.
Затем есть безударные технологии. Сюда относятся струйные, лазерные, твердотельные и термальные технологии. Они не касаются бумаги в процессе печати. Лазерные принтеры используют тонер и статическое электричество. Твердотельные принтеры расплавляют восковые стержни и наносят их на страницу. Сублимационные принтеры испаряют цветные пленки на глянцевую бумагу. Термальные восковые принтеры расплавляют восковые ленты с помощью нагретых элементов. Термальные автохромные принтеры нагревают цветные слои, уже встроенные в саму бумагу.
Но струйные принтеры являются абсолютными лидерами. Это самая популярная технология. Лазерные принтеры — единственная реальная конкуренция сегодня.
Давайте заглянем под капот струйного принтера.
Что такое струйный принтер и почему это важно?
Струйный принтер распыляет микроскопические капли жидких чернил непосредственно на бумагу. Концепция проста. Исполнение сложное. Основной механизм включает печатающую головку с десятками, а иногда и тысячами крошечных сопел. Эти сопла выстреливают капли с ювелирной точностью.
Почему это важно для вас? Потому что струйные принтеры лучше справляются с цветной печатью, чем большинство других потребительских технологий. Они создают яркие фотографии. Они работают с различными типами бумаги. От глянцевой фотобумаги до матового картона — струйные принтеры адаптируются.
Как они сравниваются с лазерными? Лазерные принтеры используют порошок (тонер) и тепло. Они быстрее справляются с большими объемами текста. Они дешевле в расчете на страницу для черно-белых документов. Но для цветных изображений? Струйные принтеры обычно выигрывают по качеству и универсальности.
Как струйные принтеры создают изображения
Магия происходит в печатающей головке. Существует два основных способа подачи чернил в струйных принтерах.
- Термальный (Bubble Jet): Нагревательные элементы вскипают чернила, создавая пузырь. Пузырь расширяется и выталкивает каплю через сопло. Пузырь схлопывается, создавая вакуум, который затягивает новую порцию чернил. Этот метод используется Canon и более старыми моделями HP.
- Пьезоэлектрический: Кристалл меняет форму при подаче электричества. Это давление выталкивает чернила через сопло. Без участия тепла. Этот метод используется Epson.
Что лучше? Пьезоэлектрические головки, как правило, служат дольше. Они могут использовать более широкий спектр химических составов чернил. Термальные головки проще и дешевле в производстве. Но чернила должны быть специально разработаны, чтобы выдерживать высокие температуры.
Сами чернила имеют ключевое значение. Стандартные чернила для струйных принтеров на водной основе. Они впитываются в волокна бумаги. Чернила на основе пигментов остаются на поверхности. Они более устойчивы к воде и выцветанию. Для архивных фотографий обычно требуются пигментные чернила.
Где струйные принтеры используются сегодня
Домашние пользователи покупают струйные принтеры для фотографий и школьных проектов. Малый бизнес использует их для маркетинговых материалов. Им не нужна высокая пропускная способность лазерных принтеров.
Коммерческие типографии используют широкоформатные струйные принтеры для баннеров и вывесок. Эти машины распыляют галлоны чернил в час.
Где они не используются? При печати больших объемов текста. Если вам нужно распечатать 10 000 страниц в день, вы покупаете лазерный принтер. Или матричный принтер для многослойных форм.
Технология эволюционировала. Ранние струйные принтеры были медленными. Они медленно сохли. Цвета растекались. Современные струйные принтеры быстры. Они сохнут за секунды. Цвета четкие.
Но базовая физика осталась прежней. Сопла. Чернила. Бумага.
Почему струйные принтеры доминируют на рынке
Два слова: цвет и стоимость.
Вы можете купить хороший цветной лазерный принтер. Но картриджи с тонером дорогие. Сам аппарат дорогой. Картриджи для струйных принтеров дешевы. Сами принтеры часто продаются в убыток.
Что лучше для обычных пользователей? Для большинства людей — струйный принтер. Он справляется с периодической печатью фотографий. Он печатает этикетки. Он справляется с домашними заданиями. Он тихо сидит в углу до тех пор, пока не понадобится.
Компромисс заключается в расходе чернил. Струйные принтеры засыхают, если ими не пользоваться. Возможно, вам придется запустить цикл очистки. Это тратит чернила. Лазерный тонер не засыхает. Но вам редко нужно печатать цветные фотографии дома.
Таким образом, струйный принтер остается. Сопло остается. Чернила остаются.
И цикл продолжается.
Узел печатающей головки
В основе устройства лежит узел печатающей головки. Это не один единственный компонент, а скопление деталей, работающих синхронно. Самой важной частью здесь является печатная головка. Внутри нее вы найдете серию микроскопических сопел. Они распыляют крошечные капли чернил непосредственно на лист бумаги. Точность имеет решающее значение. Если сопло засорится, на отпечатке появятся полосы. Если оно сработает некорректно, появятся кляксы.
Далее идут чернильные картриджи. Производители экспериментируют с их конфигурацией. В некоторых моделях используются отдельные резервуары для черного и цветных чернил. В других они объединены в единый блок. В моделях высокого класса под каждый цвет чернил может выделяться отдельный картридж. Вот интересный нюанс: в некоторых конструкциях печатающая головка встроена внутрь картриджа. В других она жестко закреплена на самом принтере. Это различие влияет на обслуживание. Если головка выходит из строя, вам либо нужно заменить картридж, либо вызвать техника. Разница в стоимости существенная.
Для перемещения всего этого оборудования требуется мощность. Здесь вступает в действие шаговый двигатель печатающей головки. Этот двигатель перемещает узел взад и вперед над листом бумаги. Он работает точно. Он не просто «угадывает», где остановиться. Он отсчитывает шаги. В некоторых принтерах добавлен второй двигатель, специально предназначенный для парковки головки. Зачем ее парковать? Чтобы зафиксировать ее в неподвижном состоянии, когда принтер простаивает. Представьте себе стояночный тормоз. Это предотвращает случайные толчки, которые могут сместить сопла.
Связь между двигателем и головкой? Ремень. Он передает движение. Но для движения нужна стабильность. В противном случае весь узел будет вибрировать. Здесь на помощь приходит стабилизирующая планка. Она обеспечивает линейность движения. Контролируемость. Плавность. Без нее каждое задание на печать было бы лотереей.
Подача бумаги
Нельзя печатать без бумаги. И доставка бумаги до места печати — это отдельная механическая задача. Большинство устройств полагаются на лоток для бумаги или податчик. Лоток является стандартным решением. Вы просто вставляете бумагу. Податчик устроен иначе. Обычно он открывается под углом на задней панели. Бумага помещается туда. Он вмещает меньше бумаги, чем лоток. Но он часто встречается в элегантных моделях, экономящих место.
После загрузки в работу вступают ролики. Они протягивают бумагу внутрь. Они продвигают ее вперед, когда печатающая головка готова к следующему проходу. Это ритмичный танец. Движение головки. Продвижение бумаги. Снова движение головки.
Кто управляет роликами? Шаговый двигатель подачи бумаги. Этот двигатель обеспечивает движение бумаги с точными приращениями. На величину одного пикселя. Затем еще на один. И так далее. Если тайминг нарушен, изображение искажается. Линии не совпадают. Результат выглядит как кошмар.
Что питает все это? Блок питания. В старых принтерах использовались внешние трансформаторы. Громоздкие. Неудобные. В современных устройствах блок питания интегрирован в корпус. Более чисто. Безопаснее. Эффективнее.
Но питание бесполезно без «мозгов». Это управляющая электроника. Небольшая плата. Тем не менее, сложная. Она обрабатывает механические команды. Она также декодирует поток данных от вашего компьютера. Она переводит цифровые инструкции в физические движения. Одна неверная команда, и принтер застрянет. Или напечатает бессмыслицу.
Как компьютер общается с принтером? Через интерфейсные порты. Параллельные порты все еще встречаются. Но они устарели. Большинство новых принтеров используют USB. Некоторые старые или специализированные модели могут использовать последовательные (Serial) или SCSI-порты. USB является стандартом. Простой. Быстрый. Универсальный.
Тепло против вибрации
Это подводит нас к основному технологическому спору. Термоструйные и пьезоэлектрические принтеры. Разница заключается не только в маркетинге. Это вопрос физики.
Термопринтеры используют тепло. Они нагревают крошечный резервуар с чернилами до кипения. Образуется пузырь. Пузырь расширяется. Выталкивает чернила из сопла. Пшик. Исчезает. Затем пузырь остывает. Втягивает новые чернила. Повторяется. Быстро. Дешево. Но тепло изнашивает сопло. Вы буквально «выжигаете» свои чернила.
Пьезоэлектрические принтеры используют вибрацию.
Основное различие между струйными принтерами заключается в том, как они наносят чернила на бумагу. Производители, как правило, используют одну из двух технологий: термальный пузырьковый метод или пьезоэлектрический.
Термальный пузырьковый метод, часто называемый bubble jet, доминирует на рынке компаний Canon и Hewlett Packard (HP). Внутри печатающей головкиtiny резисторы нагреваются. Это тепло испаряет небольшое количество чернил, создавая пузырь. Расширяющийся пузырь выталкивает каплю чернил через сопло на страницу. Когда пузырь схлопывается, он создает вакуум, который затягивает свежие чернила из картриджа в печатающую головку. Типичная головка содержит 300 или 600 сопел, которые работают одновременно.
Epson идет другим путем. Их технология использует пьезокристаллы, расположенные на задней стенке каждого резервуара для чернил. Электрический заряд заставляет кристалл вибрировать. Когда он вибрирует внутрь, он выталкивает чернила наружу. Когда он вибрирует наружу, он затягивает больше чернил в резервуар, заменяя только что распыленные.
Путь от клика до страницы
Нажатие кнопки «OK» запускает быструю последовательность событий. Приложение отправляет данные в драйвер принтера, который преобразует их в формат, понятный аппаратному обеспечению. Проверяется, находится ли принтер в сети. Затем данные передаются через USB или параллельное соединение на принтер.
Принтер сохраняет эти данные в буфере. Этот ОЗУ варьируется от 512 КБ до 16 МБ в зависимости от модели. Буфер имеет решающее значение. Он позволяет вашему компьютеру быстро завершить задачу, не ожидая физической печати страницы. Более большой буфер может вместить сложные документы или несколько простых страниц.
Если принтер простаивал, он сначала запускает короткий цикл очистки. Это гарантирует, что печатающие головки свободны от засоров. После этого он готов к работе.
Управляющая электроника активирует шаговый двигатель подачи бумаги. Ролики захватывают лист из лотка. Датчик в лотке обнаруживает бумагу. Если лоток пуст, датчик не нажимается. Принтер загорается индикатором «Нет бумаги» и уведомляет ваш компьютер.
Как только бумага находится в нужном положении, шаговый двигатель печатающей головки берет управление на себя. Ремень перемещает сборку печатающей головки по странице. Двигатель останавливается на доли секунды во время распыления чернил. Затем он снова движется. Это шаговое движение происходит так быстро, что выглядит как непрерывное движение.
На каждой остановке он распыляет точные количества чернил CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Они объединяются, чтобы создать любой другой цвет, который вы можете себе представить.
После каждого прохода двигатель подачи бумаги продвигает лист на долю дюйма. Большинство современных принтеров возвращают головку в начало или просто меняют направление для печати при обратном проходе. Это продолжается до завершения страницы.
Скорость печати сильно варьируется. Принтер может обрабатывать 16 страниц в минуту (PPM) для черного текста. Но одно полноцветное изображение размером со страницу может занять несколько минут. Это зависит от сложности и размера изображения.
Когда печать завершается, печатающая головка паркуется. Ролики выталкивают лист в выходной лоток. Большинство современных чернил сохнут мгновенно. Вы можете взять лист, не размазав чернила.
Далее мы рассмотрим картриджи с чернилами и типы бумаги.
Струйные принтеры дешевы. Дешевле, чем базовые черно-белые лазерные аппараты. И значительно дешевле, чем цветные лазерные принтеры. Производители фактически продают некоторые из этих устройств себе в убыток. Часто оборудование можно найти со скидкой по цене, меньшей стоимости только одной замены картриджей с чернилами.
Зачем компания отдает «коробку» бесплатно? Они делают это не из доброты.
Оборудование продается по цене или ниже себестоимости. Как только вы покупаете аппарат определенной марки, вы обязаны покупать и другие продукты, совместимые с этим оборудованием.
Это модель «бритва и лезвия». Игровая индустрия делает то же самое. Вы покупаете консоль. Затем вы оказываетесь заблокированы в их экосистеме. Вы не можете купить принтер у производителя А, а чернила у производителя Б. Чипы и программное обеспечение не позволят им «общаться» друг с другом. Вы оказываетесь в ловушке.
Именно здесь бизнес-модель смещается от продажи оборудования к стоимости картриджей с чернилами.
Печатающая головка в картридже
Еще один способ производителей снизить первоначальные затраты — это размещение печатающей головки непосредственно в картридже. Это звучит контринтуитивно. Зачем помещать хрупкую, изнашивающуюся деталь в то, что выбрасывается?
Логика проста. Печатающая головка — это компонент, который чаще всего выходит из строя. Заменяя весь механизм каждый раз при смене чернил, они гарантируют, что принтер продолжает работать. В самом принтере остается меньше движущихся частей, которые могут сломаться. Но вы платите за эту печатающую головку снова и снова. Это является основным фактором в том, как струйные принтеры зарабатывают деньги.
Бумага важнее, чем вы думаете
У вас может быть лучший принтер в мире. Если вы подаете в него стандартную офисную бумагу, результаты будут посредственными. Это работает. Но изображение не будет четким. Оно не будет выглядеть ярким.
Качество изображения на струйном принтере зависит от двух физических свойств бумаги:
* Яркость
* Впитывание
Яркость и текстура поверхности
Яркость — это не только про белый цвет. Это про то, как бумага взаимодействует со светом.
Шероховатая бумага рассеивает свет. Она отражает его во всех направлениях. Гладкая бумага отражает его обратно напрямую. Когда свет попадает на ваш глаз чисто, изображение кажется ярче и резче.
Вспомните газету против глянцевой журнала. Газетная бумага шероховатая. Чернила оседают в бороздках. Бумага для журнала гладкая. Свет отражается от поверхности. Вот почему фотографии в журналах выглядят сочно. Любая бумага, обозначенная как «яркая», как правило, более гладкая, чем стандартная офисная бумага.
Впитывание и растекание (эффект «перьевости»)
Второй фактор — это впитывание. Когда чернила попадают на бумагу, они должны оставаться в виде плотной, симметричной точки.
Если бумага впитывает чернила слишком быстро или глубоко, точка расплывается. Это называется растеканием (или эффектом «перьевости»). Чернила проникают в волокна. Они создают неправильную форму. Результатом являются размытые края. Текст выглядит мягким. Объекты теряют четкость.
Качественная бумага для струйных принтеров проходит обработку для контроля этого впитывания. Она удерживает чернила на поверхности или непосредственно под верхним слоем. Стандартная бумага позволяет им впитываться глубоко. Вот почему ваши фотографии выглядят мутными.
Какую бумагу следует покупать?
Если вам важен результат, перестаньте использовать самую дешевую офисную бумагу, которую сможете найти. Разница — как небо и земля. Ищите бумагу с высоким индексом яркости и контролируемым впитыванием. Она стоит немного дороже. Но изображения выглядят так, будто их напечатал профессионал, а не машина, борющаяся с бумагой.
Само оборудование — это просто входной билет. Реальная стоимость заключается в расходных материалах. И в чернилах, и в бумаге. Выбираете одно, и вы остаетесь в экосистеме.
Растекание чернил — это не стилистический выбор. Это режим отказа. Оно происходит потому, что обычная бумага впитывает чернила как губка, заставляя капли растекаться и размываться до того, как они высохнут. Вы не можете исправить законы физики, но можете покрыть бумагу специальным слоем.
Качественная бумага для струйной печати использует восковую пленку. Это покрытие удерживает чернила на поверхности, не давая им впитываться. Результатом становится резкое улучшение качества печати. Но настоящая магия кроется в цифрах разрешения.
Рассмотрим типичный струйный принтер Epson. На обычной бумаге он может достигать разрешения 720×720 dpi. Это неплохо. Но если перейти на мелованную бумагу, это число подскакивает до 1440×720 dpi. Почему удваивается разрешение? Принтер знает, что чернила не будут растекаться. Он может слегка смещать бумагу и добавлять второй ряд точек к каждому нормальному ряду. Без этого покрытия дополнительные точки просто бы сливались друг с другом. Покрытие обеспечивает точность, которую обычная бумага физически не может обеспечить.
Универсальность носителей за пределами бумаги
Струйные принтеры предназначены не только для документов. Коммерческие модели наносят изображение непосредственно на изогнутые поверхности, такие как этикетки на бутылках пива. Для домашних пользователей ландшафт носителей еще более разнообразен и необычен.
У нас есть самоклеящиеся этикетки. Визитные карточки. Брошюры, напечатанные на плотном картоне. Затем идут термотрансферные пленки для нанесения на одежду. Вы можете напечатать изображение, прижать его утюгом к футболке и уйти домой. Это доступный способ создания кастомной продукции без использования трафаретной печати.
Порог входа низкий. Потолок творчества высок.
Экономика заправки картриджей
Картриджи дорогие. Их заправка — это огромный рынок. Для большинства людей это имеет финансовый смысл, но риски реальны. Вы играете с химией и аппаратным обеспечением.
Во-первых, подбирайте комплект для заправки в соответствии с моделью принтера. Разные принтеры используют разные технологии нанесения чернил. Термобubble-принтеры нагревают чернила. Пьезоэлектрические используют кристаллы. Если вы используете чернила на масляной основе в системе, рассчитанной на водные чернила, вы уничтожите печатающую головку. Состав сильно варьируется между производителями. Использование неправильной химии не только ухудшает качество вывода, но и может полностью вывести принтер из строя.
Во-вторых, проверьте гарантию. Большинство производителей требуют использования их одобренных чернил. Заправка почти всегда аннулирует гарантию. Если машина сломается, вы останетесь один на один с проблемой.
В-третьих, обращайтесь с интегрированными печатающими головками с крайней осторожностью. Некоторые картриджи имеют печатающую головку, встроенную непосредственно в них. Не заправляйте их более двух-трех раз. После этого начинается деградация сопел. Засорившиеся сопла могут повредить внутренние схемы принтера. Один раз — нормально. Два раза — рискованно. Три раза — азартная игра.
«Заправка имеет смысл, но будьте очень осторожны с теми картриджами, в которые встроена печатающая головка.»
Если вы собираетесь заправлять картриджи, проведите исследование. Проверьте конкретные руководства для вашей модели. Не гадайте с химическим составом.
Часто задаваемые вопросы
Как работает струйный принтер пошагово?
Процесс начинается с цифровых данных. Принтер считывает эти данные и преобразует их в команды для печатающей головки. Крошечные капли чернил выбрасываются через микроскопические сопла и точно попадают на бумагу. Принтер перемещает бумагу микрошагами, чтобы послойно формировать изображение.
Как работает печатающая головка струйного принтера?
Внутри печатающей головки для каждого сопла есть небольшая камера. При активации давление выталкивает чернила из камеры на бумагу. В термобubble-принтерах нагреватель создает пузырь, который расширяется и выталкивает чернила. В пьезоэлектрических принтерах кристалл изменяет форму, чтобы выдавить чернила. Оба метода достигают одной цели: точного размещения капель.
Как струйный принтер производит отпечатки?
Он производит отпечатки, проецируя чернила из картриджей на бумагу. Картриджи содержат жидкие чернила, которые подаются по трубкам к печатающей головке. Головка действует как контролер, точно контролируя, когда и куда попадает каждая капля, чтобы сформировать текст и изображения.
Дополнительные ресурсы
- Как работают лазерные принтеры
- Как работают параллельные порты
- Как работают последовательные порты
- Как работает FireWire
- Как работают порты USB
- Как работает SCSI
- Как работают фотокопиры
- Что такое шрифты TrueType?
Другие отличные ссылки
- Обзоры и цены на лазерные и струйные принтеры
- Обзоры и цены на фотопринтеры
- PCTechGuide: Струйные принтеры
- Микроскопический обзор картриджа для струйного принтера
- Путешествие в центр картриджа для струйного принтера
- Whatis.com: Принтер
- Технология печатающих головок струйных принтеров
- Как работают картриджи для струйных принтеров
- Патент США 4,532,530: Устройство для струйной печати с пузырьковой технологией
- Патент США 4,849,774: Устройство для записи с использованием пузырьковой струи
- Патент США 5,646,660: Картридж для принтера с интегрированной микросхемой логики привода
- Патент США 5,063,396: Устройство для выброса капель
