فهم تقنيات رأس الطباعة

في كثير من النواحي، يعتبر رأس الطباعة هو قلب الطابعة النافثة للحبر، وهو المسؤول المباشر عن وضع كل قطرة حبر على حدة على الركيزة.

تُعد رؤوس الطباعة النافثة للحبر من روائع الهندسة الحديثة، فهي قادرة على وضع آلاف قطرات الحبر ذات الأحجام المختلفة بدقة في المكان المطلوب بالضبط. هناك العديد من الطرق لتصميم رؤوس الطباعة ولكن الأكثر شيوعًا في نفث الحبر بنفث الحبر بنفث الحبر على نطاق واسع هو البيزو المسقط عند الطلب.

يحتوي رأس الطباعة بشكل أساسي على حجرة حبر مزودة بمشغل كهربائي بيزو مصنوع من مادة مثل الرصاص زركونيوم تيتانيوم (PZT). عندما يتم تطبيق شحنة كهربائية خارجية على مادة PZT، فإنها تغير شكلها، مما يدفع قطرة من الحبر من حجرة الحبر إلى الخارج من خلال الفوهة. هذا التصميم مناسب لمجموعة كبيرة من أنواع الحبر المختلفة، بما في ذلك الأحبار المائية والمذيبات والأحبار القابلة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية.

البديل الحقيقي الوحيد هو التقنية الحرارية التي تستخدمها HP في طابعات اللاتكس وCanon في سلسلة ImagePrograf. ويتضمن ذلك تسخين الحبر داخل حجرة الحبر حتى يتبخر، مما يؤدي إلى تكوين فقاعة تدفع قطرة من الحبر عبر الفوهة.

هذه التقنية مناسبة حقًا للأحبار ذات الأساس المائي فقط، على الرغم من أن HP حققت نجاحًا كبيرًا في توسيع نطاق التطبيقات من خلال أحبار اللاتكس، التي تعتمد على الماء ومناسبة للافتات الخارجية، بالإضافة إلى بعض تطبيقات المنسوجات.

لقد رأينا حتى الآن كيف أن كلاً من رؤوس الطباعة البيزو والحرارية تولد ضغطًا كافيًا لإجبار بعض الحبر على المرور عبر الفوهة، ولكن هذا نصف القصة فقط. يجب قطع هذا الضغط على الفور، مما يسحب بعض الحبر مرة أخرى إلى الفوهة.

يؤدي ذلك إلى قطع إمداد الحبر مما يوقف تكوين قطرة الحبر ويؤدي حتمًا إلى تناثر الحبر على لوحة الفوهة أثناء ارتداد الحبر إلى الفوهة. يمكن أن يؤدي الحبر الشارد في النهاية إلى انسداد الفوهات وفشل رؤوس الطباعة.

التدرج الثنائي مقابل التدرج الرمادي

يؤثر حجم قطرات الحبر الفردية تأثيراً مباشراً على جودة المخرجات الإجمالية. بشكل عام، تنتج القطرات الصغيرة تحديداً جيداً ودقة عالية وهي جيدة للنصوص، في حين أن القطرات الكبيرة يمكن أن تغطي مساحات كبيرة بسرعة وهي جيدة لطباعة المساحات المسطحة الكبيرة. وتتبع العديد من الطابعات، ولا سيما الطابعات المسطحة الأكبر والأسرع، نهجاً ثنائياً بحيث تكون كل قطرة بالحجم نفسه لأن هذا أسرع.

البديل هو تغيير حجم قطرات الحبر، وهي تقنية تُعرف عادةً باسم الطباعة بالتدرج الرمادي. هناك عدد من المزايا لهذا الأمر. أولاً، يسهّل المزج بين النقاط الكبيرة والصغيرة التعامل مع التدرجات والتغيرات الطفيفة في درجات الألوان، كما هو الحال في المناظر الطبيعية أو ألوان البشرة.

يمكن أن يؤدي ذلك أيضًا إلى تقليل استهلاك الحبر، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن بعض النقاط صغيرة جدًا، ولكن أيضًا لأنه من الأسهل الحصول على تدرجات أكثر سلاسة باستخدام أربعة ألوان من دون الحاجة إلى ألوان إضافية.

هناك ثلاث طرق أساسية، وإن كان هناك العديد من الاختلافات. الأولى هي إطلاق قطرات بأحجام مختلفة، على سبيل المثال عن طريق تغيير الطاقة الكهربائية المستخدمة لتوليد القطرات. والثاني هو إطلاق قطرة ثقيلة جداً من الحبر، والتي ستمتد أثناء تحليقها في الهواء وتتفتت إلى قطرات أكبر وأصغر.

عادةً ما تستخدم العديد من رؤوس الطباعة مجموعة من الطرق. يُعرف البديل الثالث باسم النبض المتعدد ويتضمن إطلاق قطرتين من الحبر بسرعة ثم تندمجان في قطرة واحدة أكبر، وعادةً ما تكون في الجو قبل أن تصطدم بالركيزة.

الإسقاط عند الطلب

لقد أطلقت Xaar للتو رأس الطباعة 5601 المناسب للأحبار المائية.

تحوّل العديد من البائعين إلى أنظمة MEMs، أو الأنظمة الميكانيكية الكهربائية الدقيقة، لأن هذه التقنية توفر طريقة فعالة من حيث التكلفة لتصميم الأجزاء المعقدة. يتم تشكيل النظام بشكل أساسي على ركيزة من السيليكون أو الزجاج. إنها ليست التقنية الأسهل وتتطلب تقنيات تصنيع متقدمة للغاية على نطاق ميكروني.

تشمل الشركات التي تستخدم تقنية MEMs شركة Konica Minolta، التي لديها عدد من رؤوس الطباعة مثل KM1024، التي تُستخدم على نطاق واسع في الطابعات كبيرة الحجم. هناك إصدار أسرع، وهو 1024i، وهو مناسب للأحبار فوق البنفسجية والمذيبات.

تحتوي على سخان عالي الأداء مدمج في الرأس، مما يسهل التعامل مع الأحبار عالية اللزوجة. يبلغ حجم القطرة الأصلي 13 بيكوليتراً ولكن يمكنها إنتاج ما يصل إلى ثمانية مستويات من التدرج الرمادي. الدقة 360 نقطة في البوصة.

تقوم شركة Dimatix، التي أصبحت الآن جزءًا من Fujifilm بتصنيع عدد من رؤوس الطباعة، بما في ذلك الفئة Q المستخدمة في عدد من طابعات التنسيقات العريضة. يوجد 70 نوعاً مختلفاً بأحجام قطرات مختلفة من 10 إلى 200 بيكوليتر في كل من الإصدارات الثنائية والرمادية. يتم تركيب الرؤوس في إطارات تحتوي إما على رأسين أو أربعة رؤوس للسماح بما يصل إلى 1024 فوهة.

تنتج ريكو أيضًا رؤوس طباعة مناسبة للاستخدام في الطباعة الرقمية ذات التنسيقات العريضة، وقد أعلنت للتو عن رأس طباعة جديد هو MH5220. يحتوي هذا الرأس على أربعة صفوف من 320 فوهة بإجمالي 1280 فوهة ودقة 1200 نقطة في البوصة. ويمكنها نفث قطرات متعددة الأحجام من 2.5 إلى 9 بيكوليترات من خلال دمج القطرات أثناء الطيران.

كما تستخدم Xaar أيضًا رؤوس سلسلة Xaar 1003 الخاصة بها، وهي مناسبة للاستخدام مع الحبر بالأشعة فوق البنفسجية والحبر المذيب. تأتي رؤوس الطباعة هذه مزودة بخاصية حماية جديدة للوحة الفوهة تسمى XaarGuard مصممة للحد من الأضرار التي تلحق برؤوس الطباعة، والتي لا تزال سببًا كبيرًا في تعطل الرأس.

أحدث رأس طباعة من Xaar هو Xaar 5601 المصمم لمعالجة السوائل المائية مثل أحبار التسامي الصبغية الموجودة في طابعات المنسوجات ذات التنسيقات العريضة. تحتوي السلسلة 5601 على 1200 فوهة في البوصة، مع حجم قطرة أصلي يبلغ 3 بيكوليترات فقط. ومع ذلك، يمكن دمج ذلك مع ثمانية مستويات تدرج رمادي لإنتاج دقة واضحة تبلغ حوالي 2440 نقطة في البوصة.

تستخدم كلتا السلسلتين تقنية TF من Xaar، والتي تعني التدفق العابر. يعني هذا بشكل أساسي أن الحبر يُعاد تدويره عبر رأس الطباعة مروراً بالجزء الخلفي من كل فوهة، مما يساعد على تقليل إمكانية انسداد الفوهات بسبب الهواء والحطام الموجود في الحبر.

قامت إبسون بتطوير رأس الطباعة PrecisionCore الخاص بها، استنادًا إلى تقنية بيزو الرقيقة الخاصة بها، والتي توجد في جميع طابعاتها ذات التنسيقات العريضة. والمبدأ الأساسي هو أنه كلما كان غشاء البيزو أرق كلما زادت قدرته على الانثناء، وهذا بدوره يعطي تحكمًا أكثر دقة في الطريقة التي يدفع بها الحبر عبر الفوهة. كما هو الحال مع معظم رؤوس الطباعة الحديثة، تعتمد رؤوس PrecisionCore على تقنية MEMs.

تكامل الطابعة

طورت إبسون رأس الطباعة PrecisionCore الخاص بها، استنادًا إلى تقنية MicroTFP الخاصة بها.

في حين أنه من الصحيح أنه لا يوجد سوى عدد قليل من الشركات التي تصنع رؤوس الطباعة، وأن العديد من الطابعات في فئة معينة ستستخدم نفس الرؤوس، إلا أنه قد تظل هناك اختلافات كبيرة بين الطابعات وأدائها. ينتج معظم بائعي رؤوس الطباعة أشكالاً مختلفة من رؤوسهم، والتي يمكن تعديلها لتلبية متطلبات مطور الطابعة.

وبالإضافة إلى ذلك، سيعمل مطورو الحبر مع الشركات المصنعة لرؤوس الطباعة لاختبار وضبط طريقة تنفيذ الرؤوس وتركيبة الأحبار للحصول على أفضل أداء. ويعني ذلك اختبار تأثير الحبر على الرؤوس، والتأكد على سبيل المثال من أن الحبر لا يتفاعل مع الطلاء الموجود على لوحة الفوهة أو المادة اللاصقة التي تربط أجزاء مختلفة من الرأس معاً.

ويبحث هذا الاختبار أيضًا عن اللزوجة المثلى للحبر، وهو ما سيؤثر بشكل مباشر على كيفية تكوين قطرات الحبر، وهو ما قد يعني تسخين الأحبار والتأكد من قدرة الرأس على التعامل مع درجة الحرارة هذه.

في معظم الحالات، تقوم الشركة المصنعة لرؤوس الطباعة أيضًا بتطوير إلكترونيات المحرك وأشكال الموجات اللازمة لإطلاق الحبر عبر الرؤوس. ومع ذلك، يفضل العديد من بائعي الطابعات تطوير أشكال موجية خاصة بهم لأن هذا يؤثر بشكل مباشر على طريقة تشكيل قطرات الحبر والأداء العام للحبر مع الرؤوس.

الصيانة

أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أهمية الصيانة الجيدة. فأكبر سبب منفرد لأعطال رؤوس الطباعة هو انسداد الفوهات، وهو ما يمكن تجنبه في الغالب عن طريق تنظيف الرؤوس بانتظام.

يجب أن يضمن قضاء بضع دقائق في بداية ونهاية كل نوبة عمل لمسح الفوهات تنظيف رؤوس الطباعة لعدة سنوات، مما يقلل من وقت تعطل الطابعة ويوفر المال. في كل الأحوال، من الأفضل التأكد من أن ضمان الطابعة يشمل استبدال رأس طباعة واحد على الأقل سنوياً.