Технологии струйной печати для домашних задач. Пьезоэлектрическая струйная печать это

Чтобы мельчайшие капельки краски смешались, образовали миллионы оттенков и попали на материал, в конструкции современного широкоформатного принтера работает целая система подачи чернил , в которой создается избыточное давление. За счет него краска и выбрасывается на поверхность.

Еще совсем недавно все принтеры работали по одному методу, и давление создавалось путем нагрева чернил. Этот метод называется термическим, и сегодня применим, как правило, в оргтехнике для офиса. В промышленных масштабах используется редко.

Для больших объемов печати и высоких скоростей, а также идеального стабильного результата, вне зависимости от материала, был создан другой метод - механический или пьезоэлектрический. На нем работают принтеры VitRex и Kincolor .

Вместе с оригинальной технологией подачи чернил в сопло в широкоформатных принтерах невозможно обойтись без главного элемента - особой печатной головки - системы drop-on demand («непрерывный поток»). Симбиоз этих двух деталей дает превосходные результаты печати на любых материалах, повышает скорость печати и позволяет работать с разными чернилами.

Печатная головка действует следующим образом: в ней находится микрокристалл, который изменяет свою форму под воздействием электричества, тем самым создавая давление на чернильную плату. В это время в дюзы печатающей головки проталкиваются капли чернил.

С широкоформатниками с системой «непрерывного потока» совместимы печатные головки фирмы Epson , Konica Minolta , Spectra и XAAR . Кстати говоря, сам метод пьезоэлектрической подачи чернил был разработан именно в компании Epson, главным образом, для своих устройств. Теперь печатные головки нового поколения используются в других принтерах.

Микропьезо от Epson

Итак, для реализации данного метода применяется многослойный пьезо-элемент, его толщина всего 20 микрометров , но он обладает большими преимуществами:

давление формируется высокое, что позволяет быстро и непрерывно подавать краску;
срабатывает всегда без сбоев;
обеспечивает долговечность работы печатной головки и экономичность расхода краски;
поддерживает высокую скорость печати;
делает возможным печать с расширением 1440-2880 DPI .

Использование метода пьезо-элемента напрямую влияет на качество печати и производительность принтеров.

Три составляющих успеха

Стоит отметить, что не только технология пьезоэлектрической печатающей головки работает на получение непревзойденного качества печати, - также очень важен размер капель и такая система, как активный контроль мениска.

Что такое менисковый контроль? Благодаря нему на материал попадает только одна основная капля за один заход. Мениск осуществляет возвратное движение и втягивает капли-сателлиты, которые неизбежно формируются после основной. У термоструйных печатных головок такой технологии нет, и соответственно, качество печати не такое высокое, а самое главное - возможно появление брызг.

Технология пьезоэлектрического давления вместе с активным контролем мениска приводят к тому, что:

капля не меняет и не нарушает траекторию, попадая «точно в цель», в определенную зону на материале;
капля остается правильной формы - в виде сферы, а значит, и точка на материале будет правильной формы;
«чернильный туман» не появляется на носителе.

Все это делает изображение максимально четким.

Также на формирование точки на материале и на параметры капли влияет и форма сопел в печатающей головке. Здесь термическая печатающая головка также отличается от пьезоэлектрической не в лучшую сторону. В первом случае (термоструйная печать) форма сопел не имеет ровных краев. Их можно, скорее, назвать рваными. Тогда как в пьезоэлектрической печати форма сопел ровная.

Плюс ко всему важен и размер сопел. Если сопла маленькие, то велика вероятность, что они быстрее выйдут из строя, поскольку чернила там быстрее засыхают, а дюзы забиваются.

Как же связан размер сопла и процесс формирования капли? Как известно, изображение будет иметь лучшее качество, если в процессе печати использовалась технология переменного размера капли или микрокапли, размер которой не превышает или даже меньше 40 пиколитров .

Чтобы хоть немного приблизить данные параметры и, соответственно, улучшить качество печати, в термоструйных принтерах часто применяют стандартный метод - уменьшается размер диаметра сопла. Как правило, в большинстве моделей он составляет 4-5 мкм . Если взглянуть на дюзы термоструйной печатающей головки и пьезоэлектрической, невооруженным глазом можно увидеть, что дюзы второй значительно больше, так как их диаметр равен 25 мкм . Здесь в работу вступает уже упомянутый выше контроль мениска, поэтому капля, которая извлекается из такой «большой» дюзы, может быть даже меньше по размеру, чем капля из мизерных сопел термоструйной головки.

Температура и размер капли

И последний момент, который также имеет важное значения для качества печати, - это влияние температуры на работу печатающей головки и состояние чернил.

Температура чернил напрямую связана с их консистенцией и влияет на вязкость. А от нее, в свою очередь, зависит размер капель. При работе печатной головки температура среды повышается, тем самым снижая степень вязкости чернил и увеличивая размеры выпрыскиваемых капель. Если температура в головке падает ниже определенного показателя нормы, то вязкость чернил повышается, а размер капли наоборот - уменьшается.

Какой можно сделать вывод из этого? Температуру среды при работе печатной головки необходимо контролировать. Это обеспечит постоянную консистенцию чернил и стабильный нормативный размер капли, а значит, дюзы будут срабатывать без сбоев.

При работе пьезоэлектрической печатной головкой среда вокруг нагревается незначительно, в отличие опять же от термоструйной. Конечно, в обоих устройствах температура при включении и после непрерывной работы в течение нескольких часов будет отличаться.

В печатающих головках Epson изменения температуры отслеживаются, так как в конструкции имеется встроенный датчик, в зависимости от этого, учитывая температурный режим, меняется напряжение, подаваемое к пьезо-элементу.

Предлагаем Вам ознакомиться с нашим ассортиментом широкоформатных принтеров, пройдя по ссылке:

В этой статье поговорим про такой популярный вид печати, как пьезоэлектрическая струйная печать.

Струйная печать печать: что это такое

Пьезоэлектрическая струйная печать это вид печати, при котором изображение наносит на запечатываемый материал с помощью печатающей головки. Такая головка состоит из сотен мелких сопел, из которых под действием мембраны выталкивается жидкий краситель - краска.

Технология печати пьезоэлектрическая струйная позволяет получать очень качественное изображение, из высоким разрешением. Размер капель с красителем в диаметре составляет десятки микрометров, что меньше, чем толщина человеческого волоса.

Процесс пьезоэлектрической струйной печати

Сам процесс печати выглядит так: запечатываемый материал подается из заданной скоростью, а перпендикулярно его движению, перемещается печатающая головка. Она движется от одного края материала к другому, после этого материал продвигается на определенный шаг, и печатающая головка делает новый проход.

Таким образом, запечатывается весь материал.

Этот способ печати разрабатывался из середины 70-х годов, но впервые в серийном производстве применила компания Epson, и в ее принтерах можно было увидеть пьезоэлектрическую струйную печать.

Принцип печатания

Название печати происходит из-за пьезоэлементов, которые применяются в этой технологии. Дело в том, что краситель выталкивается из микроскопических сопел под действием давления, которое создают пьезокристаллы. Эти элементы способны под действием электрического тока изменять свои размеры.

Таким образом, при изменении положительного тока на отрицательное, происходит изменение размера кристалла, и он подобно поршню выталкивает микроскопическую частичку краски из сопла, которая попадает на материал.

Объем капли краски зависит от размеров сопла, эжекционной камеры и силы, с которой кристалл выталкивает краситель наружу.

Таким образом, изменяя электрическое поле, можно управлять изображением, которое нужно получить.

Пьезоэлектрическая печать преимущества и недостатки

Как и любые технологии, пьезоэлектрическая печать пьезоэлектрическая струйная цветная имеет недостатки и преимущества. Кратко их рассмотрим.

Преимущества

Недостатки

1. Иногда, для получения высококачественного изображения, печатающая головка должна несколько раз пройти по той самой странице. Это негативно влияет на скорость и себестоимость печати.

2. Через засохшую краску или попадания воздуха сопла могут закупориваться, что значительно ухудшает качество печати. Для восстановления свойств печатающей головки, нужно ее очищать.

Часто причиной засыхания сопел принтера является использование некачественных поддельных красителей.

3. Принтеры, которые работают на этой технологии, имеют повышенные требования к качеству материала. Ведь краска имеет жидкую консистенцию, и может расплываться на рыхлых бумагах, что ухудшает качество полученного отпечатка. Он будет менее четким, с размытыми границами.

Правда, в последние годы компании Epson разработала новый вид чернил (Epson DURAbrite), который не требует высоких требований к качеству бумаги. Кроме этого, такие краски имеют повышенную устойчивость к воде и солнечному свету.

4. Иногда возможен дефект, когда капли краски не попадают точно на нужное место запечатываемого материала и при детальном рассмотрении это можно заметить.

5. Как правило, печатающая головка устанавливается сразу на принтер, и не является переменной. Кроме этого, эта часть устройства принтера достаточно дорога, в сравнении с головками принтеров, которые используют другие технологии печати.

Иногда, замена печатающей головки по стоимости может равняться едва не цене самого принтера.

Но на бумаге для струйной печати, качество изображения будет очень хорошим.

Как видим, пьезоэлектрическая широко применяется, благодаря своей надежности и качеству печати. И все это при невысоких затратах.

Верим, что наш ответ на вопрос “Пьезоэлектрическая струйная печать это” вас удовлетворил и вы получили информацию про принцип работы, преимущества и недостатки этого вида печати.

В заключение отметим, что кроме описанной нами технологии, в принтерах (пьезоэлектрический принтер) часто используется термоструйная, пузырьковая или . Но это уже тема другой статьи.

Струйные принтеры работают на одной из двух технологий. Первая - термоструйная: выброс красителя на рабочую поверхность происходит под воздействием температуры. При второй краситель переносится на поверхность под давлением, которое возникает при колебаниях мембраны. Именно она называется пьезоэлектрической печатью. Давайте рассмотрим ее особенности.

В зависимости от способа подачи чернил процесс может быть непрерывным (постоянная подача чернил) и импульсным (подача капель регулируется, задаются временные интервалы). В первом случае достигается высокая скорость нанесения изображения, во втором - точность параметров.

Печатающая головка Epson

Головка печатающего механизма состоит из сопел, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Она движется перпендикулярно запечатываемому материалу и оставляет на нем краску. Так получаются качественные изображения с высокой детализацией и четкостью.

Суть технологии

Пьезоэлектрическая струйная печать получила свое название из-за пьезокристаллов. Технология используется с 70-х годов прошлого столетия, хотя изобретена была практически на сто лет раньше. Ее открытие принадлежит П. Кюри и Ж. Кюри.

Суть пьезоэффекта ученые описали следующим образом: на кристаллических телах под давлением возникают противоположные по знаку электрозаряды. Если не давить на эти тела, а растягивать их, то заряды сменят свой знак на противоположный. При смене положительного заряда на отрицательный кристаллы меняются в размере и действуют как поршень, выдавливая краску из сопел.

На практике это означает, что к пьезоэлементам можно подвести переменный ток, под воздействием которого они будут сжиматься и расширяться, создавая колебания. Для получения желаемого изображения достаточно менять электрическое поле. Объем капли варьируется и зависит от диаметра сопел печатающей головки, давления, размера эжекционной камеры.

Высокая детализация изображений позволяет распечатывать фото на специальной бумаге

Развитие технологии компанией Epson

Принцип пьезоэлектрической струйной печати в принтерах реализован и запатентован компанией Epson. Она выпустила оборудование, работающее по этой методике в конце двадцатого столетия.

На начальном этапе развития метода в головку устройства встраивали кристаллические пластины. Позже их заменили пластинчатыми пьезопреобразователями. C 1994 года такими ламелями стали оснащать все устройства Epson серии Stylus. Компании принадлежит монопольное право производства подобного оборудования. Для этого представителям Epson пришлось получить несколько тысяч патентов в разных странах.

Несмотря на то что пьезометодику отождествляют с именем Epson, первые устройства такого типа были созданы компанией Siemens в 1977 году. В них роль преобразователя выполняли пьезотрубочки.

Пьезоэлектрический струйный принтер Epson

Особенности печати на струйных принтерах

Пьезопреобразователи пластинчатого типа пришли на смену трубчатым и плоским. Они компактны, обеспечивают высокочастотное распыление красителя.

Современные принтеры оснащены пьезопреобразователями пластинчатого типа, чувствительными к электрическим импульсам. При электрическом заряде они прогибаются и давят на мениск резервуара с чернилами. Резервуар выталкивает краску на бумагу.

После этого преобразователь приводится в обратное движение и уводит за собой мениск. Резервуар увеличивается в размере, за счет чего создается тяга и он снова наполняется чернилами.

Печать на струйных принтерах имеет такие особенности:

Контроль мениска. Благодаря активному контролю и отсутствию нагрева в системе из сопел выделяются только основные капли, без так называемых «сателлитов». Изображение получается четкими, с хорошо очерченными контурами. Улучшается цветопередача.
Настройку объема капель. При меньшем объеме капель повышается качество, но снижается производительность. Регулируя их размер, удается выбрать оптимальное соотношение между продолжительностью процесса и характеристиками отпечатка.
Нанесения краски микрокаплями. Так удается добиться максимально высокого разрешения, однако опция есть только у устройств, печатающих с разрешением 2880х1440 dpi.

Объем микрокапель в принтерах Epson составляет 2 пл. Это наименьший показатель для струйного оборудования. У принтеров Lexmark размер капли достигает 3 пл, у HP – 4 пл.

Еще одна особенность пьезоэлектрической струйной печати - чернила . В них нет добавок и присадок, как, например, в чернилах для термоструйных устройств. Составы различаются по электропроводности, степени вязкости, они не взаимозаменяемы.

Емкости с чернилами прилагаются к принтеру, но их можно купить и отдельно

Преимущества и недостатки пьезопечати

С помощью пьезоэлектрической технологии удается взять под контроль весь процесс струйной печати - от выбора объема капли и толщины струи, до скорости выброса чернил на бумагу. Эта возможность позволяет более точно выбирать настройки под определенные задачи, материалы и форматы полиграфии.

К другим преимуществам пьезопечати относят:

высокое качество, естественную цветопередачу - походит для изготовления фотографий;
надежность системы - головка устанавливается непосредственно на принтер, а не на сменный картридж, благодаря чему служит долго;
возможность работы с разными изображениями - достигаются нужные характеристики картинки;
энергоэффективность - в отличие от матричных принтеров, для перемещения печатающей головки не требуется прилагать особых усилий, так как у нее небольшая масса.

При этом технология не лишена недостатков. Порой для получения качественного результата необходимо, чтобы печатающая головка прошла по рабочей поверхности несколько раз. Это повышает стоимость и увеличивает срок печати.

При смене картриджей существует риск попадания воздуха в сопла. Они закупориваются, и качество печати заметно снижается. Для исправления ситуация требуется очистка механизма.

Картриджи для принтера Epson Stylus

К печатным материалам предъявляют особые требования. Так как чернила достаточно жидкие, на рыхлой бумаге они могут расплываться и контуры изображения будут нечеткими. Поэтому лучше использовать носители высокого качества, например, мелованную бумагу .

Несколько лет назад компания Epson разработала новые чернила, которыми можно печатать практически на любой бумаге. Они устойчивы к УФ-излучению и влаге.

Смотрите видеообзор пьезоэлектрического струйного принтера Epson L800:

Итоги

Технология пьезоэлектрической струйной печати основывается на способности пьезокристаллов создавать колебания под воздействием электрического тока.
Благодаря возможности регулировать размер капли удается получать изображения высокого качества с реалистичной цветопередачей.
Система надежнее других видов струйной печати.
Технология запатентована компанией EPSON и не может использоваться в принтерах других производителей.

Струйная технология появилась в середине 1980-х как результат попытки избавиться от недостатков двух доминировавших в то время способов печати: матричной и лазерной (электрографической). Лазерная печать была неприемлемо дорогой, причем о цвете еще и не мечтали (да и в настоящее время, хотя цветные лазерники стали доступными, но в области фотоотпечатков не имеют никаких шансов обойти струйники). А струйная печать возникла как дешевая альтернатива для печати офисных документов, лишенная недостатков матричных принтеров - медленных, шумных и дававших отпечатки невысокого качества.

Идея, которая, видимо, почти одновременно (около 1985 года) пришла в голову инженерам компаний Hewlett-Packard и Canon, заключалась в том, чтобы заменить иголку, ударяющую в матричных принтерах по бумаге через красящий слой на ленте, каплей жидких чернил. Объем капли следовало рассчитать так, чтобы она не растекалась и создавала точку определенного диаметра. Реальную жизнь эта технология получила, когда придумали удобный способ формирования дозированной капли - термический.

Способ термической струйной печати фактически монополизирован компаниями Canon и Hewlett-Packard, которые владеют большинством патентов на эту технологию, остальные компании лишь лицензируют ее, внося свои небольшие изменения. При этом HP использует выражение "термический чернильно-струйный" (thermal ink-jet) способ печати, а Canon предпочитает термин "пузырьковый струйный" (bubble-jet).

Хотя между ними есть различия, но принципиально они идентичны.

На рис. 1 показан процесс термической струйной печати в виде условной кинограммы цикла работы форсунки (иногда их называют эжекторами). В стенку камеры встроен миниатюрный нагревательный элемент (выделен красным на верхнем кадре), который очень быстро нагревается до высокой температуры (500 °С). Чернила вскипают (второй кадр), в них образуется большой паровой пузырь (следующие два кадра) и резко растет давление - до 120 атмосфер, отчего чернила выталкиваются через сопло со скоростью более 12 м/с в виде капли объемом около 2 пиколитров (это две тысячные от миллиардной доли литра). Нагревательный элемент к этому моменту выключают, и пузырь вследствие падения давления схлопы вается (нижние кадры). Все происходит очень быстро - за несколько микросекунд. Чернила подаются в форсунку за счет капиллярных сил (что гораздо медленнее), и после заполнения форсунки новой порцией система готова к работе. Весь цикл занимает примерно 100 мс, то есть частота выброса капель составляет 10 кГц, а в современных принтерах - раза в два больше.

Такая автономно управляемая форсунка входит в состав печатающей головки, расположенной на движущейся поперек листа каретке, наподобие печатающего узла матричного принтера. При диаметре форсунки 10 мкм плотность размещения получается 2500 сопел на дюйм; в одной головке может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч форсунок. В современных скоростных устройствах стали применять неподвижные головки - чтобы исключить самый медленный во всем этом процессе этап поперечного движения каретки. Например, HP выпускает высокопроизводительные фотокиоски, в которых головки составлены в блоки по всей ширине листа.

В принтерах Canon термический элемент расположен сбоку камеры (как на рис. 1), а у HP (и Lexmark) - сзади. Возможно, это различие обусловлено исходными идеями: согласно корпоративным легендам, инженер Canon уронил паяльник на шприц с краской (то есть шприц нагрелся сбоку), а исследователи из HP заимствовали принцип у электрочайника, у которого подогрев с торца. Так это или нет, боковое расположение позволяет Canon устанавливать два термических элемента на форсунку, что повышает быстродействие и управляемость размером капли, но усложняет и удорожает конструкцию.

Более дорогие "пузырьковые" головки Canon многоразовые и встроены в принтер. Головки HP проще в изготовлении, потому традиционно встраивались прямо в картридж и с ним же выбрасывались. Это гораздо удобнее, так как гарантирует качество печати (головка просто не успевает выработать ресурс) и высокую надежность узла. Однако при таком подходе совершенствование головок приводит к удорожанию картриджей, поэтому многие современные принтеры HP имеют отдельные головки, как у Epson или Canon. Так, Photosmart Pro B9180, сегодняшний флагман "домашних" фотопринтеров от HP, имеет заменяемые отдельные головки, а его более дешевый аналог Photosmart Pro B8353 - головки, встраиваемые в картридж.

Сегодня на рынке печатных девайсов существует две основных технологии печати: пьезоэлектрическая и термоструйная.

Пьезоэлектрическая технология печати разработана на возможности пьезокристаллов деформироваться под влиянием на них электричества. Из-за использования данной технологии стало возможно осуществлять контроль за печатью, а именно: следить за размером капли, за скоростью ее выхода из дюз, а также за толщиной струи и т.д. Одно из преимуществ такой системы - это то, что можно управлять размером капли. Данная способность позволяет получать более качественные изображения.

На сегодняшний день специалистами было доказано, что надежность таких систем значительно выше, чем другие системы струйной печати.

При использовании данной технологии качество печати получается очень высоким. Даже универсальные и недорогие модели позволяют получить изображения высочайшего качества и высокого разрешения. Также самым главным плюсом ПУ с пьезосистемой является высокая цветопередача, которая позволяет изображению выглядеть ярко и насыщенно.

Технологии компании Epson - качество, проверенное временем

Печатающие головки струйных принтеров EPSON - это высококачественная разроботка, именно этим собственно и объясняется их высокая цена. Если использовать пьезоэлектрическую систему печати, тогда вам гарантирована надежная работа печатающего устройства, а печатающая головка не засыхает и не засоряется, благодаря тому, что она минимально контактирует с воздухом. Пьезоэлектрическая система печати была разработана и внедрена компанией EPSON, патент на использование данной системы имеет только компания EPSON.

Термоструйный принцип печати используется в печатающих устройствах Canon, HP, Brother. Посредство нагревания чернил происходит их поступление на бумагу. Посредством электрического тока идет пропорциональное нагревание жидких чернил, чем и обуславливается название данного метода печати - термоструйного. Повышение температуры воспроизводит нагревающийся элемент, который располагается внутри термоконструкции. При сильном повышении температуры основная часть краски испаряется, в конструкции быстро повышается давление, и из термокамеры через прецизионный дюз выходит небольшая капля краски. Этот процесс повторяется неоднократно по истечению одной секунды.

Основным недостатком термоструйного способа, является то, что при подобной технологии печати в печатающей головке принтера образуется достаточно большое количество осадков, которые со временем могут вывести ее из строя. Также эта накипь со временем сильно забивает дюзы, что приводит к потере качества и скорости печати принтера.

Также устройства, которые используют термоструйную печать, из-за постоянных температурных скачков, портятся печатающие головки, так как она банально сгорает под действием огромной температуры. Это является главным недостатком таких устройств. Период эксплуатации ПГ МФУ Epson абсолютно идентичный сроку службы самого устройства. Это стало возможным благодаря высококачественным материалам из которых разработана печатающая головка. Покупателям, которые пользуются, термоструйной печатью часто придется менять печатающую головку, так как из-за высокой температуры она зачастую будет сгорать, что в значительной мере увеличит финансовые расходы. Качество печатающей головки будет иметь также огромное значение, если пользователи используют перезапрвляемые картриджи .

Использовать струйный принтер Epson совместно с перезаправляемыми картриджами очень выгодно, так как повышается качество работы принтера и уменьшается себестоимость каждого напечатанного изображения.

Печатающая головка принтеров EPSON, имеет огромное значение не только для стабильной работы принтера. Качество ПГ позволяет увеличить качество печати и ее скорость. Также, если печатающая головка не будет контактировать с воздухом и засыхать пользователю не придется ее менять, а соответственно тратить средства зря.Устройства, которые используют термоструйный принцип работы могут сильно перегреваться, а соответственно перегреваться может и печатающая головка, которая при сильном перегреве может банально сгореть и выйти из стоя.

Как показывают многочисленные проверки и тестирования, для того, чтобы печать была как можно экономнее и при этом была яркой и эффектной инженеры рекомендуют использовать печатающие устройства EPSON с СНПЧ. Устройства EPSON работают с системой НПЧ гораздо дольше и эффективней, чем другие ПУ аналогичной цены от других компаний-производителей.

Компания Epson - надежный производитель качественной продукции, которая облегчит работу и сделает ее намного продуктивней.