Устройство и принцип работы струйного принтера

Что же внутри

В данной главе коротко описывается внутреннее устройство струйных принтеров ,подробное описание их функций и механизмов работы будет представлено в следующей главе.

Cтруйный принтер состоит из следующих составных частей:

• Пишущей (печатающей) головки;
• Картриджа или СНПЧ(система непрерывной подачи чернил ) ;
• Механизма подачи бумаги;
• Датчиков;
• Панели управления и корпуса.

Начнём по порядку .

Печатающая головка

Печатающая головка — снабжена множеством микроскопических отверстий(сопел). Через эти отверстия выталкиваются чернила. Иногда это происходит посредством пьезоэлектрических пластин , иногда с помощью термоэлементов.

Печатающая головка обладает следующими характеристиками :

• Количество цветов ( в современных принтерах от 4 до 12) ;
• Размер чернильных капель ( хотя во многих принтерах размер капли может варьироваться ) ;
• Разрешение печати (измеряется в количестве капель на дюйм, чем выше этот показатель , тем качественнее печать) .

Картридж

Как устроен картридж струйного принтера? Он представляет из себя емкость с чернилами и контактные пластины. Картриджи могут быть раздельными или комбинированными. В раздельным могут использоваться чернила только одного цвета, комбинированные обладают привилегией во множестве отсеков с разными цветами, в основном это пурпурный , голубой , желтый .

Помимо картриджей зачастую используется СНПЧ. Состоит из отсека с краской и эластичных труб, через которые текут чернила.

Механизмы подачи бумаги

Механизмы подачи бумаги. Бумага подаётся через вертикаль или горизонталь. Состоит из специальных валиков и моторчиков.

Подача бумаги

Этот процесс производится специальным механизмом, который состоит из лотка, роликов подачи и моторчиков их привода. Лоток может быть снизу или сверху, в зависимости от типа модели устройства. Основной неисправностью является отказ захвата листов, но это бывает нечасто и легко исправляется даже в домашних условиях.

Управление

Панель управления печатью может быть в виде нескольких кнопок или иметь встроенный дисплей изменения настроек. Расположена, как правило, на передней крышке принтера. Имеет подписи или интуитивно понятное управление.

Моторчики

Внутри принтера используется как минимум четыре небольших мотора. Каждый имеет свое назначение.

1. Приводит в действие ролик, который захватывает лист и тянет внутрь принтера.
2. Отвечает за работу автоподатчика в принтере.
3. Приводит в действие механизм передвижения печатающей головки.
4. Работает в механизме «доставки» жидких красителей из емкостей, где те хранятся.

Разъемы подключения

Раньше активно использовались кабеля LPT, но в современных реалиях они безвозвратно устарели. На смену пришли USB и Ethernet интерфейсы. Они работают быстрее, а их использование проще. Но если у Вас старый принтер или компьютер и нужно именно порт «ЛПТ» или такой кабель, то существуют специальные переходники для таких целей.

Датчики

Работа печатающего устройства невозможна без специальных датчиков. В принтере используются механические и оптические:

• Датчик определения попадания листа бумаги внутрь устройства.
• Датчик энкодера следит за «координатами» головки в отношении листа.
• PW-датчик следит за размером и характеристиками используемой бумаги.
• Для определения попадания внутрь сторонних предметов используется отдельный сенсор.

Какие чернила используются

1. Водорастворимые (рис. 11). Ими печатают яркие картинки, изображения и фото. В них нет твёрдых компонентов. Имеют небольшой срок годности. Со временем изображение выцветает и теряет насыщенность, особенно под действием солнца. Краска боится воды и повышенной влажности воздуха.
2. Пигментные (рис. 12). В составе есть твёрдые частицы. Они менее подвержены влиянию воды, влаги и солнца. Напечатанные изображения остаются качественными более 70 лет, но фото менее насыщены, плохо отображены реальные тона. Краску нельзя наносить на глянцевую бумагу.
3. Сублимационные (рис. 13). Краситель имеет сходства с пигментными чернилами, но предназначен для печати не на бумаге, а на синтетических тканях. Кроме чернил, для печати нужна термотрансформенная бумага. Рисунок закрепляется под действием высокой температуры. Для экономии расходника лучше использовать СНПЧ.

Рис. 11

Рис. 12

Рис. 13

Как подаются чернила

Если с тем как работает струйный принтер все понятно, то как чернила производят свою работу остается загадкой. Сейчас разберемся, как создается рисунок. Струйная печать может быть термическая и пьезоэлектрическая.

В случаях, когда используется термическая струйная печать, чернила закипают под воздействием нагретого электрическим током элемента до 500 градусов Цельсия. В это время образуются пузыри с краской и увеличивается давление в чернильной камере, вследствие чего выделяется капля через дюзы. После этого в камере давление понижается и туда отправляется дополнительная порция. Этот способ называют BubbleJet. Поскольку температура работы высокая, то чернила обязательно должны быть на водной основе, чтобы не воспламенялись, не оставляли нагар.

Термическая технология печати выделяет еще один способ, который называется Drop-on-demand. Тогда элемент, с помощью которого разогревается краска, размещается напротив сопла, что позволяет пузырькам двигаться в одном направлении. Разогревание производится до отметки 650 градусов, что позволяет создавать не пузырек, а облако пара с краской. В этом случае картинка гораздо четче.

Печатающая головка при термической технологии очень быстро перестает работать из-за постоянного влияния высокой температуры. Для того чтобы она прослужила дольше, следует контролировать уровень краски, потому что она способна охлаждать печатающую головку.

С помощью этой технологии можно регулировать размер капель, которые будут выпускаться из дюзы, это очень удобно для фотопринтеров, где используется струйная печать, поскольку мелкие капли делают картинку четкой и яркой. Скорость пьезоэлектрической печати на порядок выше чем термической.

Что же внутри

Как же выглядит устройство струйного принтера? Основной элемент – печатающая головка (в её изготовление заложено 80% цены аппарата). Именно сюда поступает красящее вещество, предварительно проходя через дюзы.  Нет повода для беспокойства, ничего не выльется – отверстия слишком малы, да и саму краску удержит поверхностное притяжение. Непосредственно под «дырками» находятся небольшие полости, куда краска будет стекаться из емкостей.

Сама головка вместе с отсеками для чернил закреплена на каретке. Именно эта деталь совершает движения вперед-назад поперек листа бумаги и обеспечивает попадание на него краски.

Конструкция принтера такова, что после получения задания лист попадает в печатный отсек. Далее он будет перемещаться внутри благодаря специальному продвигающему его механизму (валик продвигает мотор). Бумага будет дополнительно прижата к листу специальными валиками. В некоторых устройствах есть возможность двусторонней печати – в этом случае печать идет одновременно на двух сторонах листа бумаги.

Картридж

Картридж – это один из важнейших конструктивных элементов струйного принтера, который состоит из резервуара для чернил, контактной пластины и в некоторых случаях – печатающей головки и чипа.

Картриджи для струйных принтеров могут быть комбинированными или раздельными. В раздельных картриджах используются чернила только одного цвета, комбинированные картриджи разделены на три отсека для пурпурных, голубых и жёлтых чернил. Система раздельных картриджей используется в принтерах старшего поколения с многоцветной раскладкой, система комбинированных картриджей чаще встречается в принтерах младшего поколения, предназначенных для небольших объёмов печати.

Система печати с совмещёнными картриджами

Система печати с раздельными картриджами

При использовании комбинированных картриджей после окончания какого-либо одного цвета чернил приходится выбрасывать весь картридж, даже если в остальных резервуарах имеется достаточное количество красящей жидкости. Поэтому в последнее время в струйных принтерах всё чаще используются системы раздельных картриджей.

Система непрерывной подачи чернил

В некоторых офисных принтерах и принтерах для коммерческой печати для уменьшения стоимости отпечатков используются системы непрерывной подачи чернил или сокращённо СНПЧ, состоящие из ёмкостей с чернилами и гибких трубок, по которым чернила поступают к печатающей головке.

Система непрерывной подачи чернил

Установка на принтер системы непрерывной подачи чернил, как правило, не вызывает проблем даже у неподготовленных пользователей. В комплект поставки СНПЧ входят все необходимые материалы и инструменты, а также подробная схема с картинками. Капсулы или картриджи СНПЧ устанавливаются вместо оригинальных печатающих кассет, капиллярный шлейф прокладывается внутри принтера с помощью входящих в комплект наклеек и зажимов. Капсулы и ёмкости заправляются чернилами, запускается несколько циклов прочистки головки, и устройство готово к работе.

Принтер с СНПЧ

СНПЧ позволяет существенно сократить затраты на приобретение картриджей, но особенно такие системы актуальны при больших объёмах цветной печати. В этом случае себестоимость одного отпечатка сопоставима с себестоимостью отпечатка, сделанного на лазерном принтере.

Характеристики

Качество картинки

При выборе техники надо обратить внимание на количество сопел и поддерживаемое разрешение. Чем выше показатели, тем чётче и ярче будет печать.
Тип бумаги

Лучше, когда принтер может печатать на листах разной толщины, имеющих как матовое, так и глянцевое покрытие.
Скорость печати. На этом параметре не стоит зацикливаться, ведь при высокой скорости работы струйника теряется качество картинки. Для высокоскоростной печати лучше лазерный принтер.
Шумность. Современные бытовые модели издают не более 40 дб, промышленные принтеры могут издавать более громкий звук, но и они в сравнении с более старыми моделями менее шумные.

Отличия между картриджами и СНПЧ

У картриджей имеется своя аббревиатура – ПЗК ( перезаправляемые картриджи) или ДЗК (дозаправляемые картриджи ) .Из ? Состоит из прозрачного корпуса , что позволяет наблюдать за количеством оставшейся краски . Оснащён двумя отверстиями . Первый необходим для заправки , крышка данного отверстия сделана из силикона . Заправка осуществляется обычным медицинским шприцом . Второе отверстие предназначено для выравнивания воздушного давления .

В случае с картриджами доступна многократная перезарядка . Это становится возможным благодаря перепрошитым чипам на ПЗК.

СНПЧ – это прозрачные ёмкости для чернил, находящиеся рядом с принтером и подсоединенные с перезаправляемыми тонкими гибкими трубками . Объём такой емкости около 80 мл , что практическими в 40 раз больше среднего значения картриджей . Отсюда и заправлять надо СНПЧ крайне редко. Стопроцентная герметизация в емкостях обеспечивает равномерное давление.

Очень важно оценить преимущества и недостатки тех или иных устройств, провести параллель.
Цена системы непрерывной подачи чернил со специализированной установкой примерно в два раза превышает стоимость покупки обычных картриджей .Однако можно попытаться самому установить и настроить все необходимые системы , что сделаем скидку в 300-500 рублей. Поговорим о том, на что ориентироваться во время покупки

Для начала выделим наиболее значимые минусы той и другой системы. Установка ПЗК в устройство печати проста, без лишних хлопот, не мешают на рабочем столе, так как весят не особо много.

Однако следует выделить существенные минусы, из которых:

• Частая заправка чернил вследствие небольшого объема чернильницы, что довольно муторно, тем более невозможной без обыкновенного аптечного шприца. Затрата большого объёма времени и сил на данную процедуру.
• Извлечение картриджа для определения уровня чернил.
• Существует достаточно большая вероятность не уследить за количеством краски, и упустить момент, когда ее не станет, что приведет к завоздушиванию ПГ. Если речь о термоструйных принтерах, велик риск выгорания отверстий,
• Для минимального снижения уровня чернил необходимо вынимать ПЗК из гнезда.
• Частое вынимание и возвращение на место чернильниц приводит к тому, что контактные пути на чипах повреждаются, частая поломка картриджей ПЗК.

Заправка СНПЧ крайне проста и удобна , достаточно поместить нужное количество краски в емкость. Резкое окончание краски практически невозможно, так как бутылочки постоянно находятся перед глазами. С чернилами также нет никаких проблем.

Несмотря на это существуют и недостатки СНПЧ:

• Рядом с принтером должно быть свободное место, дабы размещать там бутылочки
• Любые движения и перемещения принтера крайне проблематичны, и во избежание различного рода проблем, следует закрывать все отверстия.
• Если чернила в бутылочках подвергаются свету солнечных лучей , они могут испаряться, постепенно терять насыщенность цвета и ощущать другие неприятные последствия.

Основные минусы печатных аппаратов в том, что один ухудшает свою работу из-за крайне частого использования, в то время как другой, напротив, подвергается негативному воздействию впоследствии слишком незначительного количества распечатанных материалов.

Итак, для того, чтобы выбрать правильно и надолго, следует опередить, для чего принтер будет вам служить: если он нужен вам для домашнего использования: печать фотографий, школьных текстов или отчетов для работы, отличным выбором станут перезаправляемые картриджи. Если же аппарат необходим вам в профессиональном деле, для работы или учебы на постоянной основе, более подходящим вариантом будет система непрерывной подачи чернил.

Преимущества и недостатки

Основные как положительные, так и отрицательные качества струйников описывались выше по каждой характеристике, но самые главные из них есть смысл выделить дополнительно.

Плюсы

Минусы

При достойном качестве печати аппараты имеют выгодную цену (в 3 раза дешевле лазерных аналогов). Также им характерна приемлемая шумность и неплохая скорость печати (относительно матричных моделей). Аппараты неприхотливы в уходе. Некоторые модели допускают изменение объёма капли, что позволит сэкономить приличное количество красящего вещества. Также снизить затраты на обслуживание можно перезаправкой картриджа или установкой СНПЧ. Еще в качестве плюсов можно отметить компактность приборов и лёгкость в использовании. Струйники в своем большинстве допускают цветную печать и могут работать со многими форматами бумаги (офисной, фото, писчей и т.д.). Такие аппараты могут совмещать несколько функций: дополнительно сканера и ксерокса (МФУ).

Первый недостаток – это необходимость замены ПГ при засыхании краски (от длительного простоя техники) и быстром износе (в термоструйных моделях), а обойдётся головка в половину стоимости принтера или даже больше. Также часто ресурс картриджей завышается, из-за чего они выходят из строя раньше, а новые стоят недешево (особенно оригинальные) Кроме того, на некачественной бумаге (излишне плотной или тонкой) может либо поломаться устройство, либо печать на обратной стороне станет невозможной. Также аппаратам свойственно достаточно неэкономное распределение красящего вещества при обычном режиме. Еще минус — долгое засыхание чернил на бумаге. Кроме того, изображения при попадании воды расплываются и приходят в негодность.

В целом, сравнивая плюсы и минусы струйников, можно сделать вывод, что принтер больше подойдёт для дома и цветной печати, нежели для офиса. На видео можно увидеть, по какому принципу работает аппарат, своими глазами.

Устройство

Физически система непрерывной подачи чернил представляет собой целый ряд отдельных элементов, которые объединены для совместной работы. Некоторые компоненты могут использоваться или отсутствовать, в зависимости от производителя самой СНПЧ или бренда принтера.

Сюда входят:

• Емкости, зачастую пластиковые банки, для чернил. Они могут хранить от 50 мл до нескольких литров краски.
• Шлейфы или трубки для доставки краски внутрь принтера для печати. Дополнительно оснащаются специальными креплениями.

Чипы, которые могут хранить разную важную информацию о состоянии печати и уровне чернил в емкостях. Требуют к себе очень деликатного обращения, так как склонны к частому выходу из строя. Зачастую используются чипы с самостоятельным сбросом счетчика отпечатанных листов.
Специальные картриджи в некоторых моделях принтеров, где не используется отдельная печатающая головка. Они заменяют оригинальные, что позволяет использовать чернила сторонних производителей без проблем. Это обеспечивает экономию на приобретении «расходников» для владельца такой системы.
Инструкция по пользованию конкретной модели. Именно ее следует придерживаться при установке и эксплуатации.
Набор чернил нужной цветовой гаммы. Это стартовый комплект расходных материалов. В дальнейшем его следует покупать отдельно под свою модель и тип.

Watch this video on YouTube

История возникновения

Прародителем струйных принтеров является устройство для записи принимаемых сообщений с телеграфов, которое было изобретено Уильямом Томсоном в 1867. Принцип работы основывался на управлении падающими каплями красителя на бумажный носитель электростатическими законами.

На основе этой технологии в середине прошлого века инженеры разработали прибор для фиксации информации на бумаге. У устройства был ряд недостатков, включая высокую цену, плохое качество воспроизведения изображения, пачкалась бумага. Но для сейсмографов, электрокардиографов, мультиметров такого качества было достаточно.

Со временем струйная печать стала использовать пьезоэлектрические законы и кристаллы, которые при проходе через них электричества могли менять форму и излучать электроны. Дальше компания Canon разработала другой метод вывода чернил на носитель. На них начали воздействовать температурой до 400 °C, из-за этого чернила из жидкого состояния переходили в парообразное и выпрыскивались на бумагу.

Типы и виды бумаги для струйной печати

Может показаться, что на фоне таких технически сложных «участников» струйной печати, как печатающая головка, СНПЧ, микросхемы — бумага — второстепенный компонент. Но она тоже играет важную роль в качестве конечного результата.

Выбирая бумагу для печати, нужно знать ее формат. По международной классификации Международная классификация выделяет 3 основные группы форматов:

• А — для документов;
• В — для полиграфической печати;
• С — для конвертов.

Список форматов бумаги, подходящих к струйному принтеру всегда указан в инструкции или паспорте аппарата.

Виды бумаги для струйных принтеров

Вид бумаги	Характеристики	Сферы применения
Матовая	Впитывает чернила, рассеивает свет, не имеет бликов.	Принтеры с пигментными, масляными, водными чернилами.
Глянцевая	Обеспечивает высокую цветопередачу.	Фотографии, рекламная продукция.
Текстурированная	Фактурная поверхность делает изображение более объемным.	Дизайнерская печать, художественные работы.
Термобумага	Рыхлая поверхность, дополнительно обработанная для глубокого проникновения краски.	Перенос изображения с бумаги на конечный носитель при сублимационной печати.
Самоклеящаяся	Имеется клеевая прослойка, защищенная специальной подложкой.	Изготовление ценников, наклеек, этикеток, стикеров и т. п.

Недостатки

Многие «интеллектуальные» чернильные картриджи содержат микрочип, который связывает оцененный уровень чернил с принтером; это может привести к тому, что принтер отобразит сообщение об ошибке или неправильно сообщит пользователю, что чернильный картридж пуст. В некоторых случаях эти сообщения можно игнорировать, но некоторые струйные принтеры отказываются печатать с картриджем, который объявляет себя пустым, чтобы потребители не заправляли картриджи. Например, Epson внедряет чип, который предотвращает печать, когда чип утверждает, что картридж пуст, хотя исследователь, который перешел в систему, обнаружил, что в одном случае он мог печатать на 38% больше страниц хорошего качества, хотя чип заявил что картридж пуст. Сторонние поставщики чернил продают чернильные картриджи при значительных скидках (не менее 10-30% от цен на картриджи OEM, иногда до 95%, обычно в среднем около 50%), а также комплекты для самозарядки чернил и картриджей по еще более низким ценам , «Интеллектуальные» чернильные картриджи вендоров были обратно спроектированы. Теперь можно купить недорогие устройства, чтобы надежно перезагрузить такие картриджи, чтобы сообщить о себе как о полных, чтобы их можно было повторно наполнить.

Долгосрочная долговечность ранних струйных принтеров была довольно низкой, хотя улучшенные составы чернил значительно улучшили этот атрибут. Дополнительную информацию см. В разделе о долговечности.

Очень узкие струйные сопла подвержены засорению. Чернила, потребляющие их чистку — либо во время очистки, вызванной пользователем, либо во многих случаях, выполняемых автоматически принтером по обычному графику, — могут составлять значительную долю чернил, используемых в машине. Струйные насадки печатающей головки можно очищать с использованием специализированных растворителей; или путем впитывания в теплую дистиллированную воду в течение коротких промежутков времени для водорастворимых чернил.

Непрерывная подача

Метод строится на постоянном выталкивании краски через сопла насосом высокого давления. На уровне дюз струя чернил разбивается на множество капель акустической волной, создаваемой пьезоэлектрическим кристаллом. Одновременно капли, которые не должны попасть на бумагу, отклоняются электростатической системой и по специальному резервуару поступают обратно. В процессе печати используется относительно малое количество капель, основная масса возвращается для повторного использования.

Технология имеет определенные преимущества:

• сопла не пересыхают, так как чернила проходят через них постоянно;
• сила выброса капель велика и печать возможна при значительном расстоянии от печатающей головки до бумаги;
• добавление в состав чернил летучих растворителей позволяет капле долететь до нужного места и быстро высохнуть.

Такие принтеры продолжают использоваться в медицине как самописцы, в промышленности – для маркировки товаров, упаковок. Но они имеют и существенные недостатки:

• растворитель, входящий в состав чернил, испаряется при непрерывной циркуляции через сопла и возврата по специальному желобу, и краситель становится вязким, что требует постоянного контроля и разбавления;
• принтеры громоздки и очень дороги.

Механизм подачи бумаги

Бумага может загружаться в принтер вертикальным или горизонтальным способом. Вертикальная загрузка производится из открытых лотков, расположенных в верхней части принтера, при этом ориентация листа при загрузке может быть как книжной, так и альбомной. Горизонтальная загрузка производится из лотков, доступ к которым обеспечивается с передней панели устройства.

Принтер Epson Stylus Photo T50 с вертикальной книжной загрузкой бумаги	МФУ Brother MFC-J2510 с вертикальной альбомной загрузкой бумаги
Принтер HP Officejet Pro 8000 Enterprise с закрытым лотком

После получения задания принтер захватывает верхний лист бумаги и подаёт его в печатный тракт. Лист бумаги перемещается по печатному тракту благодаря специальному механизму, основу которого составляет валик с прорезиненной поверхности, приводимый в движение шаговым мотором. Бумага прижимается к валику дополнительными роликами с прорезиненной поверхностью.

В некоторых принтерах используются устройства дуплексной печати, которые позволяют печатать в автоматическом режиме сразу на двух сторонах листа.

Что такое система СНПЧ

Первый вопрос, на который необходимо ответить: «Что такое система СНПЧ и, какая у нее расшифровка?». СНПЧ расшифровывают как систему для постоянной подачи краски. Данный тип устройств возник на рынке недавно. Часть пользователей струйных принтеров не применяет ее до сих пор. До их официального появления на рынке менять устройство подачи чернил в струйном принтере решалось небольшое количество владельцев техники.

Сегодня сложностей с пониманием того, что такое система непрерывной подачи чернил, нет. Новшество взяли на вооружение известные на весь мир производители МФУ и принтеров. Обычные картриджи постепенно теряют популярность, их заменяют более современным вариантом, позволяющим снизить затраты на распечатку документов.

Как работает струйный принтер

1. Протяжные ролики затягивают бумагу внутрь аппарата.
2. На печатающую головку подаются чернила. Они смешиваются в определённой пропорции для получения необходимого оттенка, а затем выдавливаются через сопла на листок.
3. На головку передаются координаты изображения и код наносимого цвета. Мотор активирует приводной ремень, который передвигает головку по заданным координатам.
4. После смешивания краситель через мелкие сопла выводится на бумагу. Способ вывода будет зависеть от принципа печати (термоструйная или пьезоэлектрическая печать). Первый вариант подходит для водных чернил, второй – для пигментных.
5. Цветные чернила распыляются на бумагу со скоростью 20-25, чёрные – более 35 тыс. капель/с. Можно печатать 10 и более страниц на минуту.

Методы нанесения изображения

Пьезоэлектрический

Метод основан на способности плоских пьезокристаллов, связанных с диафрагмой, менять свою форму под действием проходящего через них электричества. Сжимаясь и разжимаясь, кристаллы заставляют чернила выходить из головки наружу и формировать на бумаге рисунок, состоящий из мелких точек. Метод используют компании Epson, Brother.

Рис. 8

Метод газовых пузырей

Метод называется Bubblejet. Для печати дюзы (сопла) оборудуются специальными элементами, сильно нагревающимися под влиянием электричества. После нагрева жидкая краска превращается в газовые пузырьки, увеличиваясь в объёме и повышая давление, под которым излишки красителя выходят наружу. Технология активно применяется компанией Canon.

Рис. 9

Рис. 10

Метод drop-on-demand

В технике задействован отдельный механизм, работающий совместно с нагревателем. Он быстро и точно наносит краску в нужных местах листа, обеспечивая высокую контрастность и насыщенность цветов. Такой принтер можно использовать для печати полутоновых графических изображений.