يكتشف سايمون إيكلز المزيد عن رؤوس الطباعة النافثة للحبر ويلقي نظرة على الجيل التالي الذي يُحدث طفرة في صناعة الطباعة.
الطابعات النافثة للحبر عند الطلب، والطابعات النافثة للحبر المستمرة، والطابعات النافثة للحبر البيزو الكهربائية، والحرارية، والصلبة، والثنائية، والرمادية. هذه كلها مصطلحات يتم تداولها بسلاسة عند وصف الطابعات النافثة للحبر، وتحديداً أنواع رؤوس الطباعة الخاصة بها.
إذا كنت تعرف ما تعنيه هذه المصطلحات، فإن هذه المصطلحات تتيح لك التنبؤ بشكل جيد بماهية الطابعة وكيفية عملها. أما إذا لم تكن تعرفها، فمن النادر أن يتوقف أي شخص ويشرحها لك.
لذا هنا نتوقف لشرح هذه المصطلحات. بعض المصطلحات تصف التصميم الأساسي لرؤوس الطباعة، والبعض الآخر يصف ما تقوم به أو كيفية عملها. يمكن أن يتضاعف بعضها للحصول على شرح أكثر دقة، مثل رأس التدرج الرمادي البيزو، والبعض الآخر متنافي – لا يمكن أن يكون لديك رأس ثنائي التدرج الرمادي.
هذا إذن هو دليل FESPA الذي يشرح المصطلحات الخاصة برؤوس الطباعة النافثة للحبر. بدءاً بما هو رأس الطباعة على أي حال؟
مكوّن الطابعة النافثة للحبر الذي يقوم بإسقاط قطرات الحبر على الوسائط. وهي وحدة عالية الدقة للغاية ويتضمن تصنيعها الكثير من الملكية الفكرية (الدراية الفنية) واستثمارات ضخمة في مصانع الغرف النظيفة. وغالباً ما تستخدم رؤوس الطباعة الحديثة تقنيات التصنيع (مثل MEMS السيليكونية ذات الأغشية الرقيقة) التي تشترك كثيراً مع تصنيع الرقائق الدقيقة.
يوجد داخل رأس الطباعة النموذجي إلكترونيات المشغّل، وملحقات تغذية الحبر، وحجرة واحدة على الأقل وعادةً ما تكون بالمئات من حجرات الحبر المؤدية إلى الفوهات، وهي عبارة عن ثقوب في لوحة الفوهة.
يبلغ عرض قنوات إدخال الحبر بضع عشرات من الميكرونات فقط ويبلغ عرض الفوهات عادةً 20-50 ميكرون. يبلغ عرض شعرة الإنسان حوالي 80 ميكرون.
ستحتوي معظم رؤوس الطباعة المستخدمة في اللافتات وتطبيقات الرسومات الأخرى على مئات الفوهات التي يتم التحكم فيها بشكل فردي لتوليد القطرات وإسقاطها (انظر أيضًا “الإسقاط عند الطلب”). يتطلب توليد ما يمكن أن يكون ملايين القطرات في تمريرة واحدة من الرأس والتأكد من أنها تصيب الوسائط في المكان الصحيح إلكترونيات متقدمة للغاية.
تحتوي بعض نافثات الحبر على فوهة واحدة وتسقط تياراً مستمراً من القطرات التي تنحرف نحو الوسائط أو بعيداً عنها إما بألواح كهروستاتيكية أو نفثات هواء. تميل هذه إلى استخدامها في أنظمة الترميز ووضع العلامات بدلاً من الرسومات. انظر النافثة للحبر المستمرة.
على الرغم من وجود المئات من صانعي الطابعات في جميع أنحاء العالم، إلا أنهم جميعًا يحصلون على رؤوس الطباعة الخاصة بهم من عدد صغير نسبيًا من الشركات المصنعة المتخصصة، ثم يقومون بدمجها في الطابعات نفسها بمزيج من الحوامل والإلكترونيات ومغذيات الحبر والبرامج الثابتة وبرامج التشغيل.
لا يمتلك سوى عدد قليل من صانعي الطابعات ذات التنسيقات الكبيرة مصانع رؤوس الطباعة الخاصة بهم، بما في ذلك Canon وEpson/Seiko-Epson وFujifilm (على الرغم من أن شركتها التابعة Fujifilm Dimatix) وHP وXerox.
جميع الشركات الأخرى تشتري الرؤوس أو تدير مشاريع مشتركة مع صانعي الطابعات. تقوم معظم الشركات المصنعة المذكورة أعلاه بتوريد الرؤوس إلى الشركات المصنعة الأخرى على أساس مصنعي المعدات الأصلية (على الرغم من أنها تحتفظ في بعض الأحيان بأحدث الموديلات لنفسها). تشمل الشركات الأخرى المصنعة للرؤوس كونيكا مينولتا وكيوسيرا وباناسونيك وريكو وتوشيبا تي إي سي و Xaar.
الإسقاط عند الطلب (DoD)
هذا مصطلح عام لنوع رأس الطباعة الأكثر شيوعًا في طابعات الحبر الحديثة المستخدمة في طابعات الحبر الحديثة المستخدمة للرسومات عالية الجودة، بما في ذلك جميع طابعات التنسيقات العريضة التي ستراها في معارض FESPA وعلى هذا الموقع الإلكتروني.
يعني مصطلح “الإسقاط عند الطلب” أن فوهات نفث الحبر النافثة للحبر تولد قطرات الحبر وتسقطها عند الحاجة إليها لإنتاج علامة على الوسائط. تمت صياغة هذا المصطلح بشكل أساسي للتناقض مع الرؤوس السابقة من نوع التدفق المستمر (انظر التدفق المستمر أدناه).
تنقسم الرؤوس المنسدلة عند الطلب إلى أنواع حرارية أو كهربائية بيزو – انظر أدناه.
رأس طباعة نافثة للحبر تقوم بإسقاط تيار مستمر من القطرات طوال فترة تشغيل الطابعة. وعادةً ما تكون هناك فوهة واحدة فقط لكل رأس، ولكن يمكن استخدام مجموعة من الرؤوس لبناء رقعة طباعة أوسع.
ينحرف التيار نحو الوسائط أو بعيدًا عنها إما عن طريق ألواح معدنية مشحونة بمجال كهروستاتيكي، أو (في حالة كوداك) عن طريق نفث الهواء في توقيت محدد بدقة. يتم تجميع الحبر غير المرغوب فيه في مزراب تجميع ويمكن تصفيته وإعادته إلى خزان التخزين.
عادةً ما توجد هذه الرؤوس اليوم في أنظمة الترميز ووضع العلامات بدلاً من طابعات الرسومات المتطورة.
الاستثناء هو عائلة رؤوس الطباعة Kodak Prosper من Kodak Prosper التي تستخدم تقنية نفث الحبر المستمرة المتطورة للغاية والتي تسمى Stream، مما يوفر جودة صورة عالية جدًا. في الوقت الحالي، لا تُستخدم طابعات Prosper وStream في أي طابعات مخصصة لطابعات اللافتات والعرض.
كانت هذه الرؤوس هي النوع الأول من رؤوس الطباعة عند الطلب واستُخدمت في أول طابعات الحبر المكتبية في أوائل الثمانينيات. تتسم رؤوس الطباعة الحرارية بالكفاءة ويمكن أن تعطي جودة صورة عالية جداً وسرعات تنافس الرؤوس الكهربائية البيزوية، ولكنها على عكس الرؤوس البيزو تعمل فقط مع الأحبار ذات الأساس المائي لذا فهي تقتصر عادةً على التطبيقات الداخلية.
تُعد أحبار اللاتكس من HP استثناءً: فهي تعمل مع الرؤوس الحرارية من HP. والسبب هو أنها تحتوي على بوليمر منشط بالحرارة في معلق مائي مناسب للاستخدام الخارجي.
تم اختراع التقنية الحرارية بشكل مستقل وفي وقت واحد في السبعينيات من القرن الماضي من قبل شركة تكنولو لتقنية رأس الطباعة في اليابان وشركة هيوليت باكارد في الولايات المتحدة الأمريكية، اللتين قررتا تجميع براءات الاختراع الخاصة بهما بدلاً من محاربة بعضهما البعض.
ويتمثل المبدأ في أن العنصر الموجود داخل حجرة الحبر في رأس الطباعة يتم تسخينه بسرعة إلى درجة أن الحبر السائل يتبخر ويشكل فقاعة من الغاز، والتي تتمدد وتدفع قطرة من الحبر إلى الخارج من فتحة (الفوهة) في أحد طرفي الحجرة.
ثم يتم إيقاف تشغيل عنصر الحرارة، وبالتالي تبرد فقاعة الغاز وتتكثف وتنكمش. يوقف التوتر السطحي في الفوهة سحب الهواء إلى الخلف، لذا بدلاً من ذلك يتم سحب المزيد من الحبر السائل إلى الحجرة من أنابيب التغذية. صاغت Canon، وهي المخترع المشترك للرؤوس الحرارية، مصطلح Bubble jet بسبب طريقة عملها.
حتى الآن لا توجد حتى الآن رؤوس حرارية حقيقية ذات تدرج رمادي حقيقي، لذا فهي كلها ثنائية، مما يعني أن القطرات تكون دائمًا بنفس الحجم. ومع ذلك طورت HP فوهات مقترنة بأحجام مختلفة تذهب إلى حد ما نحو تأثير التدرج الرمادي.
يؤدي الإجهاد الحراري إلى تآكل الرؤوس بسرعة، لذلك تم تصميم الرؤوس لتكون قابلة للاستهلاك، بحيث يمكن استبدالها بسهولة وبتكلفة زهيدة بعد بضع عشرات أو مئات من ساعات التشغيل.
غالباً ما تسمى رؤوس بيزو فقط. بدأت رؤوس الإسقاط عند الطلب هذه في الظهور في طابعات التنسيقات الكبيرة المبكرة في التسعينيات وأحدثت ثورة في هذا القطاع. ولأول مرة يعني ذلك أنه يمكن الآن طباعة الأحبار المعالجة بالمذيبات والأشعة فوق البنفسجية التي كانت مرتبطة في الأصل بطباعة الشاشة رقميًا.
تستند جميع الرؤوس البيزو على مبدأ أن نوعاً معيناً من البلورات (غالباً ما يكون تيتانات زركونات الرصاص في نفث الحبر، ويكتب باسم PZT) يتمدد أو ينقبض عند تمرير تيار كهربائي عبره ثم إيقاف تشغيله مرة أخرى. ويُستخدم هذا التمدد/الانكماش كأساس لمضخة في حجرة الحبر.
واعتمادًا على تكوين البلورات (تسمى في وضعي “الانحناء” أو “القص”)، فإن التمدد ثنائي الاتجاه إما أن يسحب الحبر في اتجاهين ثم يدفعه الحبر خارج الحجرة عبر الفوهة (تستخدم إبسون هذا)، أو أنه ينشئ موجات ضغط صوتي لها نفس التأثير ولكن بطاقة أقل (تستخدم Xaar هذا).
يمكن تشغيل التيار الكهربائي وإيقاف تشغيله بسرعة كبيرة، كما أن تمدد/انكماش البلورة يكون فوريًا تقريبًا، لذلك هناك مجال أكبر بكثير للتحكم في تكوين النقاط مقارنة بالرؤوس الحرارية.
وهذا يعني، من بين أمور أخرى، أن بعض الرؤوس البيزو يمكن أن تولد قطرات متغيرة الحجم من نفس الحجرة والفوهة، مما يعطي كثافات حبر مختلفة على الوسائط. وتسمى هذه الرؤوس بالرؤوس ذات التدرج الرمادي (انظر أدناه).
يعمل التأثير الكهربائي البيزو مع أي سائل بشكل جيد، لذلك يمكن تصميم رؤوس الطباعة البيزو للتعامل مع الأحبار القائمة على المذيبات والأحبار المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية (بما في ذلك بعض الأحبار المستخدمة في الطباعة ثلاثية الأبعاد) والأحبار المائية. يمكن استخدامها أيضًا مع السوائل الصعبة مثل الأحبار الموصلة للكهرباء والأحبار البيضاء والمعدنية المعتمة ذات الجسيمات الكبيرة والأحبار المعدنية وأحبار الطباعة ثلاثية الأبعاد وأحبار تغيير الطور التي تكون سائلة عند وصولها إلى حجرة الحبر.
تدوم رؤوس الطباعة البيزو لفترة أطول بكثير من الرؤوس الحرارية لأن الضغط الحراري أقل ويمكن لبلورات البيزو أن تتمدد/تتقلص ملايين المرات. من المفترض عادةً أن تدوم الرؤوس البيزو طوال عمر الماكينة، طالما لا يوجد انسداد قاتل أو تلف خارجي. ومع ذلك، فإن تكلفة صنعها وشرائها أعلى بكثير من الرؤوس الحرارية، لذلك يحتاج المستخدمون إلى بذل المزيد من الجهد لصيانتها.
تشير هذه المصطلحات إلى ما إذا كان رأس الطباعة يطلق قطرات من نفس الحجم أو إذا كان يمكن تغييرها بطريقة ما بحيث يمكن التحكم في كثافة الحبر الذي يصل إلى الوسائط بظلال أفتح. إلى جانب تقنيات التنغيم النصفي، يمكن أن يؤدي التدرج الرمادي إلى توسيع نطاق الدرجات اللونية لنفث الحبر إلى حد كبير مع السماح باستخدام درجات متواضعة نسبيًا للفوهة أو عدد أقل من التمريرات.
كانت رؤوس الطباعة بيزو في الأصل ثنائية دائمًا، وهذا يعني أنها تولد قطرات حبر من نفس الحجم فقط. يمكنك الحصول على مجموعة جيدة من الدرجات اللونية من رأس ثنائي باستخدام تقنيات الألوان النصفية، ولكن يمكن أن تبدو درجات الألوان المميزة محببة بعض الشيء ما لم تستخدم درجات فوهة فائقة الدقة (و/أو تضيف أحبارًا إضافية ذات ألوان أفتح).
تتراوح أحجام القطرات الثنائية النموذجية من 30 إلى 100 بيكوليتر. من الممكن الحصول على قطرات أصغر للحصول على نتائج أدق، ولكن هذا يعني أن هناك حاجة إلى المزيد من التمريرات لبناء كثافة المناطق الصلبة في الطباعة، وبالتالي تكون الطباعة أبطأ.
يمكن للرؤوس ذات التدرج الرمادي تغيير كثافة النقاط المطبوعة بشكل فردي، لذا قد تتمكن القطرة من إظهار أي شيء من 30% أو 50% إلى 100% من الألوان. وتتمثل الميزة في أن الدقة المنخفضة وعدد أقل من تمريرات الرأس يمكن أن تحقق نفس “الدقة الفعالة” التي تحققها الرؤوس الثنائية ذات الدقة الأصلية الأعلى بكثير.
على سبيل المثال، يُقال إن دقة 360 نقطة في البوصة مع رأس التدرج الرمادي تعطي التأثير نفسه الذي يعطيه 1000 نقطة في البوصة الثنائية، وهو ما يعدّ أفضل ما تحتاج إليه عادةً للصور الفوتوغرافية ويمزج حتى للعرض عن قرب.
تتنوع أحجام نقاط الرؤوس البيزو بعدة طرق مختلفة، وعادةً ما يعتمد ذلك على الشركة المصنعة الفردية وبراءات الاختراع التي تمتلكها أو تريد تجنب انتهاكها. واعتماداً على الطرق الدقيقة قد يتوفر ما بين ثلاثة أحجام للنقاط وحجمها.
أصغر حجم على أرقى رؤوس الطباعة (غالباً ما تستخدم للتصوير الفوتوغرافي) أقل من 2 بيكوليتر). بالنسبة إلى طابعات اللافتات، تكون الأحجام من 10 إلى 20 بيكوليتر أكثر شيوعًا لأصغر القطرات، حيث إن السرعة والتغطية أكثر أهمية من جودة العرض عن قرب.
التدرج الرمادي الحراري
أحجام القطرات المتغيرة الحقيقية ممكنة حتى الآن فقط مع رؤوس بيزو. ومع ذلك، طورت HP شكلاً من أشكال التدرج الرمادي لرؤوس PageWide الحرارية الخاصة بها، تسمى بنية الفوهة عالية الوضوح. حتى الآن يتم استخدام هذا فقط في طابعاتها الضخمة النافثة للحبر من السلسلة T-series للطباعة التجارية، وليس في نماذج PageWide XL أحادية المسار ذات التنسيق العريض التي تُستخدم حتى الآن بشكل أساسي للتصميم بمساعدة الحاسوب وأعمال التخطيط.
على الرغم من أن القطرات تكون دائمًا بالحجم نفسه من كل فوهة، إلا أنها تقرن فوهة كبيرة وفوهة صغيرة معًا بشكل متقارب جدًا في رأس الطباعة وتعاملهما كعنصر تصوير واحد. ثم يأخذ زوجين من الفوهات ويتحكم فيهما كعنصر تصوير واحد لأغراض التدرج الرمادي.
من خلال إطلاق تركيبات مختلفة من فوهتين صغيرتين وفوهتين كبيرتين، يمكن تحقيق خمسة مستويات رمادية (في الواقع هي في الواقع أبيض بالإضافة إلى أربعة مستويات). تبلغ دقة فوهة HDNA 2400 نقطة في البوصة، لذا تبلغ دقة أزواج الفوهات الأصلية 1200 نقطة في البوصة ومجموعات التدرج الرمادي 600 نقطة في البوصة.
يمكن التحكم في المزيد من الكثافة باستخدام ألوان حبر مختلفة في الفوهات الكبيرة والصغيرة (مثل السماوي والسماوي الفاتح). يمكن أيضًا التحكم في مجموعات الفوهات بشكل منفصل للحصول على سرعات أو دقة أعلى، مع مستويات رمادية أقل.
هذا وصف لطول الفوهة، أي العدد الفعلي لقطرات الحبر التي يمكن أن ينتجها رأس الطباعة على مساحة معينة. تشير الصناعة عادةً إلى ذلك كنقاط لكل بوصة، بدلاً من القياس المتري. لذلك إذا كان رأس الطباعة بعرض 1.5 بوصة (38 مم) ويحتوي على 540 فوهة عبر عرضه، فإن الدقة الأصلية هي 360 نقطة في البوصة.
تنشئ العديد من طابعات الحبر ذات التنسيقات العريضة الصور في سلسلة من التمريرات المتداخلة، لذا قد يكون هناك العديد من القطرات في البوصة على الوسائط أكثر مما يمكن أن تقدمه الدقة الأصلية وحدها. كلما زادت نقطة في البوصة، كلما كانت الطباعة النهائية تبدو كصورة فوتوغرافية متصلة الألوان.
تسمح الرؤوس ذات التدرج الرمادي بإنشاء مجموعة من الكثافات النقطية المختلفة، مما يعطي نطاقًا لونيًا أكبر مقارنةً بالرأس الثنائي بنفس درجة الفوهة، والذي بدوره يعطي محاكاة أفضل للنغمة المستمرة.
لذلك من الشائع أن يتحدث صانعو الطابعات ذات التدرج الرمادي عن دقة “مكافئة”، مما يعني على سبيل المثال أن رأس التدرج الرمادي 360 نقطة في البوصة قد يعطي جودة متصورة مكافئة لرأس ثنائي 1000 نقطة في البوصة.
توجد رؤوس طباعة ذات دقة أصلية عالية جدًا أيضًا، مثل رؤوس Micro Piezo PrecisionCore TFT من إبسون (المستخدمة في طابعات SureColor) بدقة 600 نقطة في البوصة الأصلية وخمسة أحجام قطرات تتراوح بين 1.5 و23 بيكوليتر.
تحتوي فوهة PageWide HDNA من HP، المذكورة أعلاه، على فوهة بدقة 2400 نقطة لكل بوصة بالتناوب بين الفوهات الكبيرة والصغيرة، ولكن نظرًا لأنه يتم التحكم فيها كأزواج، فيمكن اعتبار الدقة الأصلية 1200 نقطة لكل بوصة.
يمكن لأعضاء الصناعة الحريصين على معرفة المزيد عن مجموعات إتش بي وإبسون والفوائد التي يمكن أن تقدمها لشركاتهم التحدث مع خبراء من الشركتين في معرض FESPA 2017، الذي يقام في الفترة من 8 إلى 12 مايو في معرض هامبورغ في ألمانيا.
ستكون HP وإبسون اثنتين من بين أكثر من 700 علامة تجارية سيكون لها حضور في هذا الحدث، والذي من المتوقع أن يجذب عدداً قياسياً من الزوار.
لمعرفة المزيد عن معرض FESPA 2017تفضلوا بزيارة https://www.fespa2017.com. يمكن للزوار الحصول على دخول مجاني للمعرض من خلال التسجيل عبر الإنترنت، مع ذكر الرمز المرجعي: FESG702.