Струйные принтеры

Posted in Периферия, Печатающие устройства | Комментариев нет

На сегодняшний день струйные принтеры являются наиболее популяр­ными и доступными печатающими устройствами для домашнего использования. Кроме того, это самая недорогая категория печатающих устройств, позволяющих выводить цветные изображения.

В струйных принтерах изображение формируется посредством наносимых на бу­магу микроскопических капель жидких чернил. В настоящее время в струйных принтерах применяется два основных типа чернил: на основе водорастворимых красителей и на основе пигментных красителей.

Чернила наносятся на бумагу через специальные отверстия малого диаметра (дю­зы), имеющиеся в печатающей головке. В современных моделях струйных прин­теров применяются печатающие головки, содержащие по нескольку сотен дюз для подачи чернил каждого из используемых цветов. Изображение в струйных прин­терах наносится последовательно при движении печатающей головки параллельно поверхности носителя. За один проход печатающая головка формирует небольшой горизонтальный участок изображения, после чего носитель смещается на некоторое расстояние; этот цикл повторяется снова до тех пор, пока не будет напечатан ниж­ний край изображения.

Чернила устанавливаются в принтер в специальной емкости — картридже. В боль­шинстве недорогих моделей струйных принтеров картриджи устанавливаются в подвижную каретку печатающего механизма и в процессе печати перемещаются вместе с печатающей головкой.

Основные технологии

В зависимости от метода, используемого для формирования капли, различают две основные разновидности струйной печати: термическую и пьезоэлектрическую. В случае термической струйной печати выброс капли из дюзы печатающей голов­ки происходит за счет быстрого нагрева чернил. В канале, по которому подаются чернила, находится малогабаритный термоэлемент (терморезистор). При включе­нии термоэлемента находящиеся рядом с ним чернила под действием высокой температуры мгновенно вскипают, образуя газовый пузырь. Высокое давление, создаваемое газом, в буквальном смысле выстреливает порцию чернил через дюзу печатающей головки.

В пьезоэлектрической печатающей головке формирование капель производится с помощью пьезоэлемента. При подаче управляющего импульса пьезоэлемент из­меняет свою форму, уменьшая площадь сечения канала. Циклически изгибающийся и возвращающийся в исходное положение пьезоэлемент работает наподобие насо­са, выталкивая дозированные капли чернил через дюзу печатающей головки.

Преимуществом термической технологии является относительно низкая стоимость изготовления печатающей головки. Однако под воздействием огромного количе­ства циклов нагрева материал, из которого изготавливается пластина с дюзами печатающей головки, постепенно разрушается, и в результате изменяется форма дюз. Кроме того, в процессе эксплуатации на поверхности термоэлементов образу­ется нагар, из-за чего изменяются заданные разработчиками параметры нагрева чернил. В конечном итоге это приводит к нарушению формы и направления дви­жения капель и, как следствие, к снижению качества печати. Именно поэтому пе­чатающие головки практически в подавляющем большинстве моделей струйных принтеров, использующих термическую технологию, сделаны сменными.

Пьезоэлектрическая печатающая головка обладает значительно большим ресурсом и способна без замены работать на протяжении всего срока эксплуатации принтера.

Соответственно принтеры, в которых используется пьезоэлектрическая технология печати, оснащаются несменными печатающими головками. Дополнительным пре­имуществом пьезоэлектрической технологии является возможность управления размером наносимых на поверхность бумаги капель. Изменяя длительность и ам­плитуду управляющего импульса, подаваемого на пьезоэлемент, контроллер прин­тера может изменять размер выстреливаемой из дюзы капли. Конечно, у пьезоэлек­трической технологии есть и свои недостатки: например, если капиллярные каналы такой печатающей головки вследствие попадания в них пузырьков воздуха или посторонних частиц засорятся, то ремонт принтера обойдется в весьма внуши­тельную сумму.

Струйные принтеры на базе различных видов струйной термической технологии в настоящее время выпускают компании HP, Canon и Lexmark. Кроме того, неко­торые крупные производители ПК и периферийного оборудования поставляют OEM-модели перечисленных компаний под своими торговыми марками (например, Dell и Samsung активно сотрудничают с Lexmark). Пьезоэлектрическая технология печати используется во всех моделях струйных принтеров EPSON.

Вариации на тему цвета

Еще несколько лет назад можно было найти модели струйных принтеров, которые в зависимости от типа установленного в них картриджа могли работать либо как монохромные, либо как цветные устройства. Все ныне выпускаемые струйные принтеры являются цветными (исключение составляют отдельные виды специа­лизированных струйных принтеров, которые применяются, например, в POS-тер- миналах и кассовых аппаратах).

Первые модели цветных струйных принтеров были четырехкрасочными: для вос­произведения всего многообразия оттенков использовались чернила голубого, пурпурного, желтого и черного цветов (CMYK). Наиболее распространенным решением стало сочетание цветных чернил на основе водорастворимого красителя с черными чернилами на пигментной основе. Однако оно имеет один существенный недостаток: при печати полноцветных изображений используются только цветные чернила (CMY), что во многих случаях не позволяет достичь адекватных оригина­лу насыщенности и контрастности.

В конце 1990-х годов в сегменте струйных принтеров сформировался подкласс фотопринтеров. В отличие от универсальных струйных принтеров, в фотоприн­терах стали применять шестикрасочную схему, в которой используются чернила голубого, светло-голубого, пурпурного, светло-пурпурного, желтого и черного цветов (CcMmYK). В составе шестикрасочной схемы обычно используются черные чернила на основе водорастворимого красителя, что позволяет значительно улуч­шить качество фотоизображений. Определенным недочетом такого решения явля­ется недостаточно высокое качество печати черного текста: свойства черных чернил на основе водорастворимого красителя не позволяют получить на отпечатках глу­бокий черный цвет, сравнимый с тем, который достигается при использовании пигментных чернил.

Чтобы обойти это ограничение, во многих моделях струйных принтеров HP и Lexmark предусмотрена возможность изменения конфигурации печатающих картриджей в зависимости от текущих задач. Устанавливая черный и цветной картриджи, можно использовать четырехцветную систему для печати текста и биз­нес-документов, а сочетание цветного и фотокартриджа позволяет осуществлять печать фотографий в шесть красок.

На протяжении нескольких лет шестикрасочная схема оставалась стандартом де- факто для струйных фотопринтеров непрофессионального класса. Однако развитие технологий струйной печати продолжалось, и в 2003 году появились фотопринте­ры с иными цветовыми раскладками.

Во второй половине 2003 года компания Hewlett-Packard представила новую эво­люцию своей технологии фотореалистичной печати — HP PhotoREt Pro. Одно из наиболее важных отличий от предыдущей эволюции (HP PhotoREt IV) заключа­лось в использовании чернил не шести, а восьми цветов: к «классическому» на­бору были добавлены два оттенка нейтрально-серого (серый и светло-серый). Использование нейтрально-серых чернил позволило добиться идеального баланса по серому во всем диапазоне оттенков, что особенно важно при печати монохром­ных изображений. Что касается цветных изображений, то благодаря применению дополнительных чернил был расширен цветовой охват (до 79,2 млн оттенков) и до­стигнута большая точность воспроизведения тональных переходов в близких по цвету оттенках. Если в предыдущих поколениях системы HP PhotoREt для воспро­изведения средних и темных тонов использовались чернила всех триадных цветов (CMY), то в HP PhotoREt Pro более темные оттенки формируются путем добавления точек нейтрально-серого цвета. Первым принтером, в котором была использована система HP PhotoREt Pro, стал выпущенный в 2003 году HP Photosmart 7960.

В середине 2003 года компания EPSON внедрила в ряде моделей недорогих струй­ных принтеров Stylus С четырехкрасочную систему печати чернилами DURABrite. Отличительной особенностью этого решения является использование пигментных чернил для всех четырех цветов. Применение пигментных чернил позволило улуч­шить качество отпечатков на обычной бумаге и, что также немаловажно, обеспечить высокую устойчивость изображения к воздействию влаги.

В начале 2004 года компания Canon представила восьмикрасочную систему печати ChromaPLUS, дополнив традиционный шесгицветный набор чернилами красного и зеленого цветов. Система ChromaPLUS используется, в частности, в принтере PIXM A iP8500. Кроме того, в некоторых принтерах Canon (например, в модели i990) была применена упрощенная версия ChromaPLUS (без зеленых чернил).

Для улучшения качества печати фотографий в недорогих моделях струйных прин­теров Canon разработала и внедрила пятикрасочную систему ContrastPLUS. В от­личие от ранее применяемой четырехкрасочной системы с тремя цветными черни­лами на основе водорастворимого красителя и черными пигментными чернилами, ContrastPLUS предусматривает использование дополнительных черных чернил на основе водорастворимого красителя. Черные пигментные чернила используют­ся для печати текста, а черные чернила на основе водорастворимого красителя в сочетании с цветными — для печати фотографий.

Цвета чернил, применяемых в системах струйной печати разных производителей

В начале 2004 года компания EPSON представила новую систему полностью пиг­ментных чернил UltraChrome Hi-Gloss с весьма оригинальной цветовой раскладкой. Чернила голубого, пурпурного, желтого, красного и синего цветов используются в сочетании с двумя разновидностями черного (оптимизированными соответ­ственно для глянцевых и матовых носителей). Помимо семи цветов, имеются и про­зрачные чернила (так называемый глянец), которые применяются для формиро­вания глянцевой поверхности в тех областях изображения, где не нанесены какие-либо чернила (то есть на абсолютно белых участках). Описанная система была впервые внедрена в фотопринтере Stylus Photo R800. Спустя некоторое вре­мя EPSON выпустила компактный фотопринтер PictureMate, использовав упро­щенную версию этой системы с чернилами шести цветов (голубого, пурпурного, желтого, красного, синего и «глянцевого» черного).

В феврале 2005 года HP представила новую эволюцию технологии PhotoREt Pro, базирующуюся на использовании чернил девяти (!) цветов. К голубому, светло- голубому, пурпурному, светло-пурпурному, желтому, серому, светло-серому и чер­ному был добавлен еще и синий цвет. Согласно проведенным сотрудниками HP измерениям, это позволило на 25 % увеличить насыщенность участков изображения,
закрашенных данным цветом. Первым принтером, в котором была реализована девятикрасочная система печати, стал HP Photosmart 8753.

Разновидности струйных картриджей

В современных струйных принтерах используется довольно много различных по конструкции картриджей.

Как уже было сказано выше, в моделях EPSON, построенных на базе пьезоэлек­трической технологии, устанавливается несменная печатающая головка. Картрид­жи для таких принтеров фактически представляют собой пластиковые резервуары, наполненные чернилами. В одних моделях используется система из двух картрид­жей — черного и цветного. Цветной картридж в данном случае является совмещен­ным, то есть в его корпусе объединены резервуары с чернилами трех или пяти цветов (соответственно для четырех- или шестикрасочной системы печати). В настоящее время в большинстве выпускаемых EPSON струйных принтеров и многофункциональных устройств (МФУ) используется система раздельных картриджей. В этом случае количество устанавливаемых в принтер картриджей соответствует числу цветов используемых в принтере чернил (четыре, шесть или восемь).

Для семейства компактных фотопринтеров PictureMate выпускается интегриро­ванный картридж, в корпусе которого объединены резервуары с чернилами шести цветов. В отличие от многих других струйных принтеров EPSON, в моделях се­мейства PictureMate картридж устанавливается стационарно и не перемещается вместе с головкой в процессе печати.

В большинстве моделей струйных принтеров HP DeskJet и HP Photosmart, а также в МФУ серии HP OfficeJet используются картриджи, в корпусе которых объеди­нены два функциональных компонента: резервуар с чернилами и печатающая го­ловка. Таким образом, при замене картриджа автоматически меняется

Картридж для струйного принтера EPSON

и изношенная печатающая головка. Обычно в каретку принтера устанавливаются два картриджа — черный и цветной (с чернилами голубого, пурпурного и желтого цветов). Во многих моделях вместо черного можно установить трехцветный фото­картридж (с чернилами светло-голубого, светло-пурпурного и черного цветов) и та­ким образом реализовать возможность шестикрасочной фотопечати по технологии HP PhotoREt IV.

В топовых моделях струйных фотопринтеров семейства HP Photosmart предусмот­рена установка трех картриджей. При этом возможно одновременное использова­ние черного, цветного и фотокартриджа (четырех- или шестикрасочная система печати) либо цветного, фотокартриджа и серого фотокартриджа (восьмикрасочная система печати). В принтере HP Photosmart 8753 в дополнение к этому предусмот­рена возможность использования сочетания цветного, а также синего и серого фотокартриджей для реализации девятикрасочной системы печати.

В портативных принтерах HP Photosmart форматов 10×15и 13×18 см устанав­ливается только один картридж (цветной). Для качественной печати черно-белых фотографий вместо цветного можно установить серый фотокартридж.

В струйных принтерах семейства HP Business Inkjet используется система раздель­ных чернильных картриджей и сменных блоков печатающих головок для чернил каждого из четырех используемых цветов.

Во второй половине 2005 года HP представила новую технологическую платформу для создания струйных фотопринтеров и МФУ. Это решение, получившее назва­ние масштабируемая технология печати (Scalable Printing Technology, SPT), включает в себя три основных компонента: устанавливаемую на заводе (несменную) печатающую головку с резервуарами для чернил, раздельные чернильные картрид­жи (серии № 177) и систему рециркуляции чернил. Ко времени напи­сания этих строк из серийно выпускаемых продуктов, построенных на базе SPT, в продаже были представлены фотопринтер HP Photosmart 8250 и два МФУ (HP Photosmart 3210 и HP Photosmart 3310). В перечисленных устройствах ис­пользуется печать в шесть красок по технологии HP PhotoREt IV.

Одна из особенностей SPT — оригинальная система рециркуляции чернил. Сменные картриджи устанавливаются в принтере стационарно и не перемещаются в процессе печати. В корпусе печатающей головки пре­дусмотрено шесть (по количеству исполь­зуемых цветов) резервуаров для чернил. В процессе печати подача чернил в секции печатающей головки производится из этих резервуаров (аналогичный принцип исполь­зуется в высокопроизводительных принте­рах HP серии Business Inkjet). Когда черни­ла в одном из резервуаров заканчиваются, принтер автоматически паркует головку к заправочному узлу; оставшиеся во всех резервуарах головки чернила откачиваются специальной помпой обратно в картриджи, после чего все резервуары наполняются равным количеством чернил.

В большинстве струйных принтеров Lexmark используются картриджи, в корпусе которых объединены резервуар с чернилами и печатающая головка. В принтере устанавливаются два картриджа — черный и цветной (с чернилами голубого, пур­пурного и желтого цветов). Во многих моделях принтеров вместо черного можно установить трехцветный фотокартридж (с чернилами светло-голубого, светло- пурпурного и черного цветов) для печати в шесть красок.

В 2005 году Lexmark выпустила недорогие модели струйных принтеров, в которых используется всего один картридж, содержащий чернила голубого, пурпурного, желтого и черного цветов.

В большинстве струйных принтеров Сапоп используется съемная печатающая головка и система раздельных чернильниц для каждого из используемых цветов. Чернильницы, представляющие собой резервуары с чернилами, устанавливаются в печатающую головку.

В моделях начального уровня и портативных струйных принтерах Сапоп исполь­зуются две чернильницы, одна из которых содержит чернила черного цвета, а дру­гая — голубого, пурпурного и желтого цветов.

Бесполезные характеристики

Возможно, многие читатели будут разочарованы, но сопоставить технические ха­рактеристики современных струйных принтеров с какими-либо понятными ори­ентирами из реальной жизни практически невозможно. Взять хотя бы такой пара­метр, как разрешающая способность.

Производители струйных принтеров указывают в спецификациях своих изделий разрешающую способность, равную нескольким тысячам dpi. Но если вниматель­нее вчитаться в описание технических характеристик, нетрудно заметить, что в дан­ном случае речь идет о так называемом адаптивном (или оптимизированном) разрешении. На самом деле разница между адаптивным и реальным (физическим) разрешением огромна.

Различие между физической и адаптивной разрешающей способностью

Изначально значение разрешающей способности было напрямую связано с минималь­ным размером точки, наносимой на поверхность бумаги. Например, величина раз­решающей способности 300 dpi показывает, что минимальный диаметр точки, кото­рую принтер позволяет наносить на поверхность носителя, составляет 1/300 дюйма. Иначе говоря, используя принтер с разрешающей способностью 300 dpi, можно напечатать линию толщиной 1/300 дюйма (0,24 пункта).

Достигнув разрешающей способности порядка 600-720 dpi, производители струй­ных принтеров столкнулись с серьезной проблемой: уменьшить размеры пятна, образующегося при попадании капли чернил на поверхность бумаги, стало уже практически невозможно. Кроме того, размер пятна, образующегося при нанесе­нии капли чернил одного и того же объема, может варьироваться в довольно широких пределах в зависимости от типа используемого носителя. При этом возможности печатающего механизма струйного принтера позволяют позицио­нировать наносимую на бумагу каплю чернил с точностью, в несколько раз пре­вышающую физический размер пятна, образующегося в результате попадания этой капли на поверхность бумаги. Этим и воспользовались производители: в характеристиках струйных принтеров физическое разрешение заменили адап­тивным, которое в числовом выражении в несколько раз больше. К настоящему времени уже достигнуты значения адаптивного разрешения 4800 х 1200 (HP, Canon) и 5760 х 1440 dpi (EPSON).

Однако после такой подмены данная величина полностью утратила прежний прак­тический смысл — ведь принтер с адаптивным разрешением 4800 dpi даже теорети­чески не способен напечатать линию толщиной 1/4800 дюйма. Более того — если говорить о технологиях многослойной струйной печати (таких как HP PhotoREt), то физическая разрешающая способность как таковая вообще превращается в до­вольно абстрактное понятие.

Не менее запутанная ситуация складывается вокруг измерения производительно­сти. Проблема заключается в том, что скорость печати изображения на струйном принтере зависит от целого ряда факторов: конфигурации картриджей, выбранных настроек печати, типа используемой бумаги и т. д. Таким образом, использовать приведенные в спецификации данные о скорости печати того или иного устройства можно только в качестве довольно условного ориентира.

В большинстве струйных принтеров для подключения к ПК используется интер­фейс USB. Среди относительно дорогих устройств встречаются модели, оснащен­ные встроенным принт-сервером. Такие устройства можно подключить к провод­ной (а в некоторых случаях — и беспроводной) локальной сети.