какую технологию часто называют пузырьковой
Пузырьково-струйная печать Canon Bubble Jet
Метод пузырьково-струйной печати получил своё название от английского термина «Bubble Jet», что в переводе означает «пузырьковая печать». Метод пузырьково-струйной печати называют также методом газовых пузырей, пузырьковой технологией печати или методом инжектируемых пузырьков.
Принцип пузырьково-струйной печати был разработан во второй половине 70-х годов ХХ века корпорацией Canon. На суд общественности новая технология была представлена в 1981 году на выставке «Grand Fair». Первый монохромный пузырьково-струйный принтер Canon BJ-80 поступил в продажу в 1985 году, первый полноцветный принтер Canon BJC-440 – в 1988 году.
Первый пузырьково-струйный принтер Canon BJ-80
Рассмотрим принцип пузырьково-струйной печати. Для этого обратимся к следующему рисунку.
Технология пузырьково-струйной печати
Чернила из струйного картриджа попадают в печатающую головку, оснащённую множеством микроскопических дюз (сопел, форсунок). В каждую дюзу печатающей головки встроен микронагреватель (тонкоплёночный резистор), на который подаются электрические импульсы продолжительностью 7-10 микросекунд. Под влиянием электрических импульсов чернила разогреваются до высокой температуры и закипают, аккумулируя при этом мелкие воздушно-чернильные пузырьки (Bubble). Для испарения разных видов чернил требуется различная температура. Так, например, чернила HP начинают активно испаряться при температуре 330°С. С каждым новым электрическим импульсом пузырьки выталкивают из дюзы равные капли чернил диаметром менее 0,16 мм, которые попадают на бумажный носитель. В промежутке между импульсами нагрев резистора прекращается и паровые пузырьки уменьшаются в размерах, что приводит к затягиваю в дюзу новой порции чернил.
Микронагреватель включается и выключается с невероятной скоростью, выпуская из каждого сопла печатающей головки примерно 24 тысячи чернильных капель в секунду. Тепловой поток в дюзе эквивалентен 2 миллиардам ватт в расчёте на 1 м² площади. Скорость прироста температуры составляет 300 млн. °С в секунду. Учитывая, что тепловой импульс длится 2 микросекунды, микронагреватель успевает за это время разогреться только до 300-600°С, в зависимости от модели картриджа.
Растворитель, который входит в состав чернил, начинает активно испаряться при температуре около 330°С. В пузырьке пара при достижении максимальной температуры давление достигает 125 атмосфер – больше, чем в стволе пневматического ружья. За счёт высокого давления чернильная капля вылетает из дюзы печатающей головки со скоростью более 100 м/с.
В полноцветных струйных картриджах сопла подсоединяются к резервуарам с разными цветовыми красителями, что позволяет создавать полноцветные изображения из микроскопических точек.
При использовании пузырьково-струйной печати возникает проблема капель-спутников (сателлитов), вылетающих следом за основными каплями чернил. Капли-спутники значительно меньше основных капель, но всё равно снижают качество отпечатанного изображения.
Пузырьково-струйные картриджи имеют меньше конструктивных элементов по сравнению с пьезоэлектрическими картриджами, поэтому они более надёжны и долговечны.
Отпечатки, полученные при помощи пузырьково-струйных принтеров, имеют высокое разрешение и точную прорисовку линий. При этом области со сплошной заливкой получаются, как правило, немного расплывчатыми.
Ещё один недостаток пузырьково-струйной печати заключается в том, что образование воздушно-чернильного пузырька сопровождается испарением растворителя и налипанием сухого красителя на стенки дюз печатающей головки. Сухой краситель под воздействием высокой температуры разлагается и образует смолистые вещества, которые забивают дюзу. По этой причине пузырьково-струйные картриджи имеют встроенную печатающую головку, которая после окончания чернил выбрасывается вместе с картриджем. Это увеличивает стоимость обслуживания принтера, но при этом позволяет сохранять его работоспособность в случае приобретения неоригинального картриджа.
IT1407: Принтеры и многофункциональные устройства
Струйная печать – это технология получения изображения при помощи микроскопических капель чернил, распыляемых печатающей головкой принтера на бумагу.
Технология струйной печати похожа на технологию матричной печати, так как и в первом и во втором случае изображение формируется по точкам. Только при матричной печати изображение наносится ударами иголок по красящей ленте, а при струйной – распылением чернил на бумагу печатающей головкой.
Важнейшей деталью струйного принтера является печатающая головка, о которой мы подробнее поговорим далее. Она представляет собой массив, состоящий из множества микроскопических отверстий (сопел, дюз).
Печатающая головка может быть встроена в чернильный картридж или непосредственно в принтер. В первом случае после окончания чернил печатающая головка утилизируется вместе с картриджем. Во втором случае печатающая головка может быть заменена на новую независимо от чернильного картриджа.
Чернила в струйном принтере подаются либо непрерывным способом, либо по требованию. В первом случае чернила поступают в сопла печатающей головки сплошным потоком, а момент их выброса на бумагу определяется модулятором. Во втором случае чернила поступают в сопла печатающей головки лишь в тот момент, когда сопла оказываются над точкой, которую необходимо «залить» пигментом.
В настоящее время наибольшее распространение получили три технологии струйной печати: воздушно-пузырьковая, пьезоэлектрическая и термоструйная.
Технологии струйной печати
Пьезоэлектрическая печать
При пьезоэлектрической печати над соплом печатающей головки располагается пьезокристалл, который выгибается под воздействием электрического тока и выталкивает из сопла на бумагу чернильную каплю. Чем сильнее заряд тока, тем больше выгибается пьезокристалл, и тем больше размер выдавливаемой капли. Регулируя заряд электрического тока можно управлять величиной чернильных капель. Пьезоэлектрическая технология печати используется в струйных принтерах Epson.
Принцип работы пьезоструйной печатающей головки
Пузырьково-струйная печать
При пузырьково-струйной печати в соплах печатающей головки размещаются мельчайшие термоэлементы (микронагреватели, тонкоплёночные резисторы), на которые подаются электрические импульсы продолжительностью 7-10 микросекунд. Нагреваясь, термоэлементы разогревают чернила до образования чернильно-воздушных пузырьков. Пузырьки, увеличиваясь в объёме, выталкивают из сопла чернильные капли. После этого нагревание прекращается и в сопло втягивается новая порция чернил. Термоэлемент включается и выключается с невероятной скоростью, выталкивая из каждого сопла печатающей головки примерно 24 тысячи чернильных капель в секунду.
Термоструйная печать
Термоструйная печать – это наиболее популярная технология струйной печати, которая используется при производстве 75% струйных принтеров.
Термоструйная печать похожа по своей природе на пузырьково-струйную с той лишь разницей, что в пузырьково-струйных принтерах нагревательные элементы встраиваются в сопла печатающей головки, а в термоструйных они находятся непосредственно за соплами. В остальном термоструйная печать напоминает пузырьково-струйную: нагревательный элемент разогревает чернила до температуры испарения. Чернила закипают, увеличиваются в объёме, пузырятся и выталкиваются из полости сопел на бумажный носитель.
Принцип работы термоструйной печатающей головки
Струйные принтеры оперируют с микроскопическими каплями чернил объёмом около одного пиколитра. Диаметр чернильной капли составляет около 13 микрон. В 1 мм3 помещается примерно 10 000 таких чернильных капель. Так как диаметр капли превышает шаг печати, капли накладываются друг на друга при формировании изображения. В формировании изображения участвуют миллионы чернильных капелек, поэтому изображение получается очень насыщенным и качественным.
itpress
itpressОлег Скрипкин
На сегодняшний день изобретено довольно много способов печати. Для каждого способа всегда есть свои плюсы и минусы. Но очень широкое распространение получила именно струйная печать. Постоянно развиваясь, она и не собирается сдавать свои позиции. Теперь же, когда появилась возможность печати фотографий качеством не хуже фотолаборатории, для струйных принтеров с их универсальностью уготована участь попасть в каждый дом. Здесь мы подробно рассмотрим, каких высот достигли производители струйников в решении технологических проблем в области качественной печати.
Два принципа
Струйные принтеры по принципу печати – устройства безударные. Другими словами, работают на расстоянии от бумаги. Получается, что для нанесения чернил необходима особая технология. Сейчас качество печати постоянно увеличивают за счет усовершенствования двух основных методов нанесения чернил: это пьезоэлектрический и термический способы печати. Эти два принципа используют уже более десяти лет, и каждый из них заслуживает внимания.
Термическая печать
Открытие – дело рабочее. В компании Canon произошел переполох после случая, когда работник уронил нагретый паяльник. И дело даже не в цене паяльника – просто он упал на шприц с краской, из которого неожиданно для всех брызнула мощная струя. Это извержение и повлекло за собой целый ряд патентов на использование такого явления. Для компании НР все проходило гораздо цивилизованней и обыденней: их романтичных инженеров зачаровала кофеварка, которая приводила в движение жидкость без помощи каких-либо подвижных частей. Вот и назвали такой принцип термической «пузырьковой» (bubble-jet, или thermal ink-jet) технологией. Из названия сразу видно, что в основу термической печати (называемой еще электротермической) положен принцип расширения жидкости (в данном случае чернил) при резком повышении температуры под воздействием электрического тока. К началу 1990-х годов компании НР и Canon уже дарили жизнь струйным принтерам с новой термической технологией.
Струйная печать чем-то схожа с матричной. Изображение так же формируется из точек, наносимых на бумагу. Чем меньше эти точки и чем плотней они друг к другу, тем ровней будет смотреться отпечаток. Современные технологии позволяют наносить до нескольких тысяч точек на дюйм по горизонтали и по вертикали. Поперек вставляемого листа бумаги в принтере перемещается печатающая каретка, на поверхности которой очень плотно расположены ряды с отверстиями – соплами. Для экономии места их располагают в шахматном порядке. Сопла – это видимая снаружи часть форсунок, которые расположены в глубине печатающей каретки. Форсунка напоминает миниатюрную трубочку, вернее даже канал, внутри которого расположена небольшая инжекционная камера. Именно сюда по капиллярам подаются чернила. Количество чернил ограничивается объемом этой камерки, в которую еще умудряются помещать электрод. При печати на электрод подается электрический импульс, который обеспечивает очень сильный нагрев. Это привело бы к нежелательным по1ледствиям, если бы его продолжительность была больше чем 2 миллионных доли секунды. Именно за это мгновение температура достигает 500 градусов по Цельсию, то есть температуры кипения чернил. В кипящих чернилах образуется воздушный пузырек, который, увеличиваясь, создает давление в 125 атмосфер (такое давление в воде бывает только на глубине километра). Это давление, как поршень, через 3 микросекунды выпрыскивает из камеры порцию чернил со скоростью 12 м/с. После выброса чернил силы поверхностного натяжения втянут по капиллярам новую порцию чернил, и тогда начнется новый цикл формирования капли.
Компания Canon, используя такой же принцип печати, пошла несколько иным путем: на части их принтеров сопла расположены под прямым углом относительно оси форсунки, а в камеру для испарения чернил помещены уже два нагревательных элемента. Для продвижения своих принтеров Canon использует термин – «струйно-пузырьковый принцип печати».
Также известная своими принтерами компания Lexmark использовала в качестве основы наработки фирмы Canon.
Пьезоэлектрическая (piezo ink-jet) технология
В 1993 году компания Epson впервые представила принтер использующий пьезоэффект. Пьезоэффект – это свойство некоторых кристаллов (например, кварца) деформироваться под действием электрического тока. Эта технология работает по схожему сценарию, но чернила здесь выталкиваются уже не пузырьком, а мембраной, расположенной в недрах печатающей каретки, то есть в инжекционной камере. При подаче на эту мембрану напряжения она мгновенно меняет форму, и пускает «волну» чернил наружу. Как только капля отправлена в полет, ток сразу же выключается, и пластина возвращается в первоначальное положение. Возникающая тяга заполняет камеру новой порцией чернил уже готовых к следующему циклу. Это простое механическое упражнение можно проделывать сколь угодно раз.
Японская компания Epson продвигает эту непростую технологию в одиночку. Справедливости ради нельзя не отметить, что вполне успешно. А ведь сложностей хватает. Например, камеры для получения капли гораздо сложней и чисто геометрически больше своих собратьев на термоструйных принтерах. Чтобы решить эту задачу, при качественной печати требуется несколько заходов, то есть печатающая каретка проходит много раз над одним и тем же местом. Сложность изготовления пьезоэлектрического печатного механизма предполагает его долгую жизнь и не предусматривает частую замену, как, например, в принтерах использующих термическую технологию, когда в комплекте с картриджем с чернилами сразу идет и печатная головка. Если же печатный механизм на принтере Epson все-таки выходит из строя, замена обходится в полцены нового струйника.
Производители не рекомендуют при замене картриджа с чернилами надолго оставлять открытыми каналы с краской – это может привести к закупориванию сопел (даже при попадании воздуха). Сопла могут засориться и от долгого простоя принтера – краска просто засохнет. Хотя, в принципе, предусмотрена автоматическая чистка каретки, но все имеет свои пределы. В любом случае не рекомендуется протирать спиртом печатный механизм принтера, особенно если это Epson. Спирт разъедает поверхность сопел. В идеале струйный принтер за год должен распечатывать от 1000 до 5000 страниц – для многих это из области фантастики.
Фотопечать
Как правило, даже простенькие струйные принтеры обладают даром цветной печати. Это, конечно, приятно – всегда иметь под рукой устройство, способное изобразить незамысловатую картинку, но с развитием цифровой фотографии каждый захотел иметь дома компактную фотостудию. Основное отличие фотопринтеров от обыкновенных в том, что цифровая печать должна быть не хуже аналоговой, поэтому все технологии заточены для печати снимков с реалистическим качеством. Также в этих принтерах большое внимание уделено возможностям прямой печати с фотокамеры, с Flash-карт и даже по беспроводным соединениям (Bluetooth и IR) для мобильных телефонов. Фотопринтеры позволяют печатать не только на обычной и фотобумаге, но и на пленках, наклейках, конвертах, дисках со специальным покрытием. Может использоваться и рулонная бумага.
У каждого производителя свои приемы для получения качественных фотографий.
Технологии Hewlett Packard
Photo REt (Photo Resolution Enhancement Tehnology)
Для того чтобы в струйном принтере была задействована технология PhotoREt, необходим дополнительный цветной картридж, который устанавливается вместо картриджа с черной краской. Фотокартридж НР автоматически распознается системой. Он имеет баллончики с чернилами трех цветов: синие чернила с более светлым оттенком, фиолетовые чернила с более светлым оттенком и специальные черные чернила на основе особого красителя. Два картриджа (фото и стандартный) дают 6 основных цветов, из которых в дальнейшем можно получать широкий диапазон «живых» оттенков (воспроизводить цвета неоновой рекламы и пастельные тона). Повышенная яркость достигается благодаря меньшей видимости точек, а более точное воспроизведение цветов обеспечивается за счет цветовой насыщенности. Такая система печати использует технологию чернил с различной концентрацией красителя – MDL (Multiple-Dye load).
PhotoREt III
Технология рассчитана на работу с усовершенствованным цветным картриджем, который способен наносить чернила со скоростью 7.3 млн. капель в секунду при помощи своих 408 сопел, каждое из которых работает со скоростью 18000 капель в секунду. PhotoREt III дает чернильные капли уменьшенного объема с возможностью наносить их до 29 капель на точку. Используются чернила с повышенной стойкостью к выцветанию и особые алгоритмы полутонирования (при этом получается более 3500 цветовых оттенков на точку, без полутонирования). Печать с приличной скоростью возможна на бумаге любого качества, за исключением разве что туалетной.
PhotoREt IV
Специальные фоточернила уменьшают эффект зернистости изображения, что позволяет получать отпечатки фотографического качества. Улучшена передача цветов для плавных переходов и светлых участков изображения. Расширено количество цветовых оттенков. Возможна печать с разрешением 1200 dpi (бинарная печать). Даже если будут использованы не все комбинации, минимальное количество оттенков составляет 1244596. На сетке с 300 dpi каждый цвет имеет 17 оттенков (0-16 капель). Для голубого и фиолетового имеется по дополнительному цвету: 17х17=289 оттенков. При 6-цветной печати используется 24 млн. цветов (289х289х17х17) в каждой точке (300 dpi).
HP PhotoREt Pro
Данная технология реализована в принтере HP PhotoSmart 7960 – это уже 8-цветная печать. Для фотографий используется серый фотокартридж HP 59 (содержит два оттенка серого и новые черные чернила) вместе с картриджем для фотопечати HP 58 и трехцветным картриджем HP 57. PhotoREt Pro точно контролирует объем капли чернил, который может составлять до 4 пиколитров (миллиардных долей кубического миллиметра), и наносит до 32 капель на одну точку. Переходы между тонами сглаживаются, что делает зернистость изображения практически незаметной. При использовании комбинаций наложения цветов технология PhotoRet Pro пользуется собственными тонко настроенными картами цветов (color imaging), получая возможность точно использовать широкую гамму оттенков принтера. Большое внимание уделено светлым тонам и оттенкам кожи.
ColorSmart III
ColorSmart впервые была представлена в 1994 году. ColorSmart III встраивается во все современные принтеры НР DeskJet. Эта технология позволяет увеличить качество и производительность при цветной печати на струйном принтере. Дает широкие возможности пользователю собственноручно выполнить настройку параметров, таких как яркость, насыщенность и тон цвета. Представляет собой сложные алгоритмы и технологии обработки изображений, часть из которых представлена ниже:
SmartFocus – на автоматическом уровне выполняет преобразование изображений полученных с низким уровнем разрешения (например, из Интернета). Искусственное увеличение разрешения делает изображение менее пиксилизованным и более четким. К тому же SmartFocus применяется и качественным изображениям с изначально высоком разрешении. SmartFocus должна увеличивать точность прорисовки кромок на изображении без изменения его основных характеристик, при этом не снижая скорость печати.
АСЕ – это алгоритм, который автоматически расширяет динамический диапозон печатаемой картинки, повышая яркость цветов. В результате работы ACE мелкие детали в снимках, полученных при съемке в условиях слабого освещения, будут более различимы. А повышение тоновой контрастности только увеличит качество, как при низком, так и при высоком разрешении.
sRGB – это открытый промышленный стандарт системы цветопередачи, гарантирующий единообразие цветов независимо от устройств и типов распечатываемых изображений. Широко используется в мониторах, цифровых фотоаппаратах, принтерах и сканерах.
CIECAM97s – это международная цветовая модель, позволяющая воспроизводить большее количество реалистичных оттенков, в том числе натуральных телесных тонов (возможности значительно шире по сравнению с первой версией ColorSmart). Еще цветовая модель CIECAM97s значительно упрощает переход из пространства sRGB в систему цветовой передачи принтера CMYK.
HP Ink backup
Эта технология предупреждает удивительное свойство чернил заканчиваться в самый неподходящий момент. В стихийных условиях, когда кончилась черная краска, и нет возможности сбегать за новым картриджем, принтер может печатать черный текст, используя цветные чернила. Конечно, распечатка будет несколько сероватой, но все же лучше чем ничего.
При бесполевой печати (без белых рамок) у Hewlett-Packard бумага схватывается посередине, причем так жестко, что потом на отпечатке могут оставаться крошки от резинового прижима. Причем, иногда это может быть причиной для дефектов печати.
Технологии Epson
Variable Dot Size – эта технология позволяет, управляя драйвером, получать капли как маленькие, так и большие. Для темных и сплошных участков будут использоваться большие капли, а маленькие, соответственно, для светлых и более детальных участков.
PhotoEnhance – это драйвер, интеллектуально корректирующий передачу цвета. Иногда, он способен показать неожиданные элементы, которые на исходном кадре практически не были видны (например, операция по перераспределению света). Распознав, что на кадре присутствует человек, драйвер пытается самостоятельно «подчистить» кожу от мелких дефектов, так сказать, повысить фотогеничность.
PRINT Image Matching (PIM) – это, скорее всего, даже не технология, а особый язык, на котором цифровая камера сохраняет свои настройки вместе с кадром (гамма, цветовой баланс, насыщенность, яркость, резкость и т.п.) и передает эти данные принтеру. Все данные будут записаны в заголовок стандартного jpg-файла. Технология работает в привычном режиме, при загрузке файлов с камеры в компьютер и затем уже на печать. Только не стоит обрабатывать такие файлы в графических редакторах (цветовая палитра YCbCr цифровой камеры гораздо шире цветового пространства монитора – sRGB). PIM пока поддерживают только последние модели Epson.
Gloss Optimizer – технология оптимизации глянца. В принтере используется специальный отдельный картридж с глянцем (прозрачным полимером). Каждая частица пигмента чернил Epson попадает на бумагу вместе с глянцем. Таки образом, фотография обладает такой же стойкостью ко внешним воздействием, как лазерная печать, улучшается цветопередача и исключается изменение цветов под разным освещением.
Восьмицветная система печати кроме традиционных цветов раскладки CMYK (голубой, пурпурный, желтый и черный) использует дополнительные – красный, синий, матовый черный, и глянец.
Чтобы исключить вероятность заливания чернилами валиков, протягивающих бумагу при печати без белых кромок, Epson установила по краям формата поролоновые подушечки, собирающие лишние чернила.
Технологии Canon
Drop Modulation – эта технология позволяет менять обычный размер капли за счет использования двух нагревательных элементов в каждой форсунке. При одновременной подаче на них напряжения образуется капля в три раза меньше стандартной.
Micro Fine Droplet tehnology – дает возможность уменьшить зернистость и улучшить передачу полутонов в изображении. Сопла форсунок получили звездообразную форму, чтобы наносить капли с большой точностью.
P-POP (Plain Paper Optimized Printing) – перед выбросом капли на бумагу наносится специальное вещество, которое идет в одном картридже с черной краской. Это вещество сильнее скрепляет чернила с поверхностью (при этом темные оттенки смотрятся даже качественней) и защищает в дальнейшем поверхность от воздействия влаги. Позволяет выполнять качественную цветную печать на практически любом типе бумаги (вплоть до салфетки). Так что Canon не менее круто замешивает чернила.
Single Ink – разработанная компанией Canon технология раздельных чернильниц. Ее суть в том, что замене подлежат только использованные цветные чернильницы, что уменьшает потери и снижает расходы на эксплуатацию, а высокоточные программно-аппаратные индикаторы низкого уровня и отсутствия чернил гарантируют, что печать не прервется на середине листа.
Photo Realism – помимо стандартных цветов (Cyan, Magenta, Yellow, Black), используются цвета светлее обычных, это делает цветовые переходы более плавными, уменьшая зернистость.
Color Image Processing System (CCIPS) – улучшает (или даже вытягивает) оттенки и детали картинки на особо темных и очень светлых участках, устраняет цветовой шум, получившийся из-за съемки на цифровую камеру при низкой освещенности (вручную редактирование одного кадра занимает массу времени). Так же CCIPS устанавливает традиционные настройки контраста и цветокоррекции.
Relay Feeding ASF – релейный узел автоподачи бумаги от Canon. Принтер запоминает длину первого листа печатаемого документа и подает последующие листы, не дожидаясь полной выгрузки предыдущего.
Технологии Lexmark
Accu-Feed – система упрощает печать на нестандартных носителях: наклейках, конвертах, открытках и металлизированных поверхностях. Делает практически невозможным «зажевывание» листов, даже при использовании более тонкой бумаги, чем обычная офисная.
Precision Sense – автоматически определяется тип бумаги и подбирается оптимальный режим печати, в том числе монохромная и цветная печать на фотобумаге, прозрачных пленках и простой бумаге с высоким уровнем разрешения. Принцип работы: лазер подсвечивает лист бумаги, а два датчика позволяют проанализировать отраженный и рассеянный свет. Качественная бумага со специальным покрытием отражает лучше, без покрытия – хуже.
В современных картриджах для фотопринтеров Lexmark используются форсунки двух диаметров: маленькие – для получения мельчайших капелек и большие – для заполнения сплошных участков краской.
Вместо заключения
Технологии, позволяющие исключить из процесса получения готовых снимков ПК, продолжают развиваться. Возможность прямой печати и обработки изображения на специальном, встроенном в принтер экране позволяет экономить время. Принтер превращается в элемент бытовой техники для кухни. Скоро он, наверное, уже не будет ассоциироваться с компьютером. Наверное, это хорошо.