Копаемся во внутренностях струйных принтеров вместе с вами

 | 13.08

Мой Компьютер, №10 (514), 21.07.2008

Картридж с пористым наполнителем

Основным преимуществом струйных принтеров на данный момент является возможность использования в качестве носителя практически любой мало-мальски ровной поверхности (да и это, в принципе, ограничение не самой технологии, а механизмов подачи). Конечно, без некоторых оговорок не обойтись. В частности, даже к такому банальному расходнику, как бумага, предъявляются определенные требования. И они тем выше, чем более высокие требования выдвигаются к качеству и долговечности отпечатка. Но опять-таки, вопрос прежде всего сводится к тому, что определенные типы чернил рассчитаны на определенные свойства материалов, на которые они наносятся. В этом плане бумага для качественной фотопечати и чернила для той же задачи очень показательны. Производители, как правило, предлагают не просто отдельные продукты, а именно комплексы «бумага+чернила», в которых оба компонента идеально дополняют друг друга. И если взять хорошую бумагу одной серии, но использовать ее с чернилами другой серии (не менее качественной, чем те, которые рекомендованы производителем), результат может оказаться далеко не таким красивым, как хотелось бы.

Тут же можно отметить и третий важнейший фактор, влияющий на качество получаемых отпечатков — это сам принцип работы головки принтера. Но сперва нужно дать небольшую историческую справку.

 Вход в уголок архивариуса

Теоретическая база струйной печати была заложена еще в 1833 году. Французский исследователь Феликс Саварт обнаружил, что капли жидкости, выпускаемые через мельчайшее отверстие, получаются идеально равными. Спустя несколько десятилетий явление было описано математически, однако из-за несовершенства технологии не удавалось создать коммерческую реализацию идеи до 1951 года.

Рабочая поверхность при увеличении

Первопроходцем струйной печати оказалась компания Siemens, в лабораториях которой создали пускай и не принтер, но устройство, разделяющее сплошную струю на одинаковые капли. И лишь в 1960-х годах появилась так называемая «непрерывная струйная печать». С помощью волн давления (насос обеспечивал непрерывное повышенное давление чернил) поддерживался непрерывный поток капель. Им можно было управлять, подавая на часть потока электрический заряд. В результате заряженные капли отклонялись от прямой траектории и попадали не на бумагу, а в специальный коллектор, откуда возвращались в резервуар с чернилами (система рециркуляции чернил). Позднее данный метод был усовершенствован для печати в нескольких градациях серого. Однако из-за частых сбоев механизма рециркуляции и высокой стоимости самого принтера действительно массовой струйная печать стала лишь в 1976 году с выходом IBM 4640 — «периферийного устройства для печати текста на твердых носителях» (так называлась сама модель).

Альтернативой непрерывной печати стал метод «капля по требованию» (Drop-On-Demand). Как легко догадаться из названия, он отличался тем, что поток чернил был непостоянным — капли выпускались только тогда, когда это требовалось. Конечно, первые Drop-On-Demand-принтеры также не были лишены недостатков: форсунки регулярно засорялись, да и качество печати уступало непрерывному методу. С другой стороны, новая технология была на порядок дешевле своего предшественника — ей не требовались никакие системы рециркуляции, никакие механизмы подачи заряда. Поэтому методом Drop-On-Demand заинтересовалось сразу несколько крупных компаний, включая Siemens, Canon, Hewlett-Packard.

 Выход из уголка архивариуса

Из всего вышенаписанного следует, что насос в качестве средства переноса чернил к форсункам и дальнейшему их «распылению» стал несостоятелен. И вот тут-то определилось разделение на два основных направления, которых традиционно придерживаются определенные производители струйных принтеров.

Печатающей головке плохо

Опять-таки, исторически первым был применен способ с использованием пьезокристалла. Это вещество при подаче на него электрического тока способно изменять форму и объем, создавая таким образом давление и «выталкивая» каплю из сопла. В следующий миг при помощи того же пьезокристалла создают вакуум, который втягивает обратно в камеру излишки чернил, которые называют «паразитными брызгами». В итоге получается чистая и ровная капля, которая аккуратно ложится на нужную поверхность.

У пьезотехнологии выделяют два основных преимущества. Во-первых, уровнем подаваемого заряда можно регулировать реакцию кристалла и, соответственно, размер выдаваемой капли (конкурентная технология вынуждает производителей использовать несколько сопел, благодаря которым однотонные области пропечатываются быстрее). А во-вторых, чернила не подвергаются термическому воздействию, что позволяет гораздо свободнее подходить к их созданию, да и сами сопла не покрываются «накипью» (Calgon для струйников еще не изобрели).

Печатающей головке хорошо

Недостатки тоже есть, куда же без них. Пьезотехнология все-таки остается более дорогой, чем термическая (сейчас и до нее дойдем), а чернила, как ни крути, все же имеют свойство высыхать. Поэтому головка принтера, которым долго не пользовались (конкретный срок зависит в первую очередь от чернил), приходит в негодность и восстановлению, как правило, не подлежит.

Идейным последователем пьезопечати является компания Epson, о чем ее представители напоминают практически на каждой презентации, а уж слоган «Мы не кипятим чернила» видел, наверное, каждый, кто хоть раз интересовался принтерами, выпускаемыми под этим брендом. Что ж, отдадим должное Epson’у, если речь заходит о настоящей профессиональной фотопечати на струйниках, равных этой компании нет. Но и цены (как на принтеры, так и на расходники) там получаются, мягко говоря, внушительными.

Более дешевым, но вполне качественным способом печати является уже упомянутая выше термоструйная технология. Из названия понятно, что на чернила действуют высокой температурой, причем процесс этот происходит очень быстро. В головке принтера создается газовый пузырь (из вскипевших чернил), который одновременно создает давление и «подрабатывает» импровизированным клапаном, который не пускает чернила обратно в картридж :-). Естественно, под давлением капля вылетает из сопла прямо на бумагу, ткань или что там будет заряжено в принтер.

Проблем у этой технологии хватает. Сопла гораздо быстрее приходят в негодность, чернила уже не всякие можно использовать, да и с паразитными каплями бороться сложно (Canon’у приходится использовать звездообразные сопла). Но зато в итоге затраты как на сам принтер, так и на расходники (к которым в данном случае нужно добавить и печатающую головку), получаются ниже. Про «неоригинальные» чернила пока тактично умолчим.

Термотехнология пришлась по душе компаниям Canon, Hewlett-Packard и Lexmark — именно они, по большому счету, между собой и конкурируют, а Epson остается как бы немного в стороне :-).

Чем заправляют картридж?

Ну, ясно, что не дизтопливом :-). Тем не менее, ответ «чернила» не будет полным, поскольку на данный момент используется, как минимум, три различных типа чернил с принципиально разными свойствами.

Схема печати с твердыми чернилами

Самым дешевым и, как следствие, распространенным вариантом являются растворимые чернила, иногда называемые «сольвентными». Принцип их работы очевиден: красящие частицы попадают на поверхность вместе с растворителем, который помогает их распределению и проникновению в структуру материала-основы. Большая часть растворимых чернил в качестве растворителя использует обычную воду (именно по этой причине на большинстве струйных распечаток моментально видны места, куда попадала вода). Впрочем, принципиального ограничения на состав растворителя нет, так что там, где требуется более устойчивое окрашивание, используются химически агрессивные растворители.

Ахиллесовой пятой растворимых чернил является их полная беззащитность перед агрессивным воздействием ультрафиолета, озона и веществ, аналогичных их растворителям. Не улучшается ситуация и от того, что сами красящие частицы очень мелкие (суммарная площадь контакта с агрессивной средой выше, значит, выше и скорость старения отпечатка). Хуже всего приходится пурпурным и голубым частицам — именно поэтому старые отпечатки получают такой желто-зеленый оттенок.

Растворимые чернила растворяют и… бумагу

Более прогрессивными являются пигментные чернила, которые представляют из себя мелкодисперсную взвесь (то есть, красящее вещество не растворяется). Главный недостаток таких чернил — это более слабая связь с основой (не происходит такого глубокого пропитывания). Однако проблема решается при помощи заключения пигментной частицы в полимерную оболочку, обладающую повышенной пластичностью. При плотном нанесении чернил оболочки отдельных капель сливаются в общий слой, образуя защитное покрытие, предохраняющее от повреждения не только пигменты, но и основу! Иногда для получения однородного покрытия на всей площади отпечатка используют специальные прозрачные пигментные «чернила», которые занимают ту область, на которой краска не нужна.

Очевидно, что пигментные чернила стоят дороже растворимых, но они более универсальны и надежны.

Третий вариант — твердотельные чернила — пока что не стал особо популярным, но для порядка стоит его упомянуть. Правда, тут название «чернила» получается весьма условным, поскольку красящее вещество является не жидкостью, а твердым телом, которое расплавляется по мере необходимости в самой печатающей головке.

Устройство бака

С «двигателем» и «топливом» для него мы разобрались. Но особенности чернил требуют еще и особенного «бака», в котором они могли бы достаточно долго храниться и удобно подаваться к печатающей головке.

Основной деталью резервуара можно считать систему удержания чернил, которая может быть реализована совершенно по-разному. Главное — чтобы чернила не плескались внутри. Наиболее распространенный вариант сводится к заполнению корпуса резервуара пористым материалом (в худшем случае — поролон), достаточно дешево и действенно. Так поступает большинство производителей, но компания Epson и тут выделилась: у нее резервуары эластичны, и для поддержания постоянного оптимального давления в них используются специальные пружины и системы клапанов.

СНПЧ (система непрерывной подачи чернил) способна заметно удешевить стоимость отпечатков, полученных на струйнике

Собственно, первая проблема, с которой сталкивается пользователь при дозаправке картриджей в домашних условиях, связана как раз с системой удержания чернил. Пористый материал впитывает медленно и со временем теряет свои свойства, не пропуская достаточное количество чернил к соплам. С кустарной дозаправкой принтеров Epson дела не имел, но не думаю, что «раскукожить» их резервуар так уж просто.

Вторая проблема менее критична (как правило), но все же присутствует. На картриджах обычно устанавливается чип, в котором записано начальное количество чернил. А дальше принтер сам вычисляет, сколько расходников у него ушло и сколько осталось. При этом дозаправка может не возыметь нужного эффекта — принтер будет думать, что картридж пуст. Впрочем, те принтеры, с которыми я имел дело, позволяли печатать с сигналом «пусто» практически бесконечно — пока головка не отправлялась в мир иной :-).

Но вообще-то производители не зря так не любят «дозаправщиков» (в первую очередь — домашних), поскольку к процессу заправки надо подходить с умом. Иначе можно элементарно испортить принтер.

Сделаем еще одно лирическое отступление…

 Вход в уголок технического маньяка

Определение типа чернил важно при заправке картриджа, так как при смешивании разных типов чернил происходит образование осадка и засорение сопел печатающей головки. Чтобы этого не произошло, не следует заливать пигментные чернила в картридж, где были водорастворимые и наоборот. Поэтому если вы хотите проводить заправку картриджей самостоятельно, следует уметь определять тип чернил в домашних условиях.

Способ №1: возмите каплю исследуемых чернил и растворите ее в стакане воды. Внимательно наблюдайте за результатом — пигментные чернила, растворяясь, дают оттенки серого, вплоть до прозрачной воды. В то же время, водорастворимые чернила при определенной степени разведения дают оттенки грязно-фиолетового или другого цвета.

Способ №2: разведите каплю иследуемых чернил в 10 мл воды и добавьте несколько капель отбеливателя — водорастворимые чернила обесцветятся, пигментные либо никак не отреагируют, либо выпадут в осадок.

Способ №3: поместите бумагу с распечатанным текстом под струю холодной воды — водорастворимые чернила растекаются. Пигментные — нет.

Способ №4 Размажьте чернила на светлой пластиковой поверхности. Пигментные чернила быстро высохнут и образуют шероховатую поверхность. К тому же, при смывании оставляют грязный след. А вот водорастворимые долго сохнут, образуют видимую пленку и смываются водой без следа.

 Выход из уголка технического маньяка

В общем, с расходниками нужен глаз да глаз. Даже с картриджами, для которых заявлено 99%-ое соответствие оригинальным, не всегда везет (хотя проверенным фирмам доверять можно). А всякий «no name» использовать нельзя уже просто категорически, там последствия могут быть самыми плачевными.

Куда дальше?

Последним из струйников, побывавших в редакции «МК», был Canon серии PIXMA, имеющий сопла, способные выдавать капли по 2 пиколитра. Минимальным же на тот момент был 1 пиколитр у той же компании и в той же серии, но, само собой, за большие деньги. Так вот, если помните, еще тогда мы пришли к выводу, что и 2 пл — это уже вполне достаточно для конкурирования по качеству с отпечатками из фотолабов, дальше расти стоило бы разве что по части точности цветопередачи и ширины цветового охвата. Но для этого и выпускаются фотопринтеры с 6-ю, 8-ю 12-ю и более цветами чернил, тоже, вроде бы, потолок. Но — нет, простор для роста остался.

Прежде всего, струйникам предстоит избавиться от главной нынешней проблемы — низкой скорости работы (особенно в полноцветном режиме). Пока что для этого пытаются использовать увеличенное количество сопел или даже самих головок. Метод простой, очевидный, совсем не элегантный, но вполне действенный. Если верить производителям, струйники со скоростью печати до 70 стр/мин скоро станут реальностью. Что ж, подождем, посмотрим.

Вторая беда — это стоимость отпечатков. Но тут, пожалуй, на большие подвижки надеяться не стоит, дешевые чернила означают компромисс с качеством. А фотографы не для того заводят дома фотопринтер, чтобы терять в качестве по сравнению с фотолабом. Другое дело, что профессиональный уровень цветопередачи нужен далеко не всем.

Не стоит также забывать и об альтернативных путях использования струйной печати. Вы сами видите, до чего дошла миниатюризация, поэтому нет ничего удивительного в разработке технологий производства OLED-дисплеев и даже микрочипов при помощи «принтерного» принципа.

Евгений БАРИЛЮК, Bateau

Robo User
Web-droid editor

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *