Саймън Екълс научава повече за мастиленоструйните печатащи глави и разглежда следващото поколение, което прави вълни в печатарската индустрия.

 

Капка по заявка, непрекъснат мастиленоструен печат, пиезоелектрически, термичен, твърд, двоичен, сив. Това са все термини, които се използват при описанието на мастиленоструйните принтери и по-специално на техните печатащи глави.

Ако знаете какво означават, тези термини ви позволяват да предвидите доста добре за какво е предназначен принтерът и как ще работи. Ако не знаете, рядко някой ще спре и ще ви ги обясни.

Затова тук ще спрем и ще ги обясним. Някои от термините описват фундаменталния дизайн на печатащите глави, други описват какво правят те или как работят. Някои от тях могат да се дублират за по-точно обяснение, като например пиезоглава със сива скала, други са взаимно изключващи се – не можете да имате бинарна глава със сива скала.

Това е наръчникът на FESPA за мастиленоструйните печатащи глави, в който се разчупва жаргонът. Започваме с това какво е печатаща глава?

Компонентът на мастиленоструйния принтер, който изхвърля капки мастило върху носителя. Това е устройство с много висока прецизност и производството му е свързано с много интелектуална собственост (ноу-хау) и големи инвестиции във фабрики с чисти помещения. Съвременните печатащи глави често използват производствени техники (например тънкослойни силициеви MEMS), които имат много общо с производството на микрочипове.

В типичната печатаща глава има електроника на драйвера, приспособления за подаване на мастило и поне една, а обикновено стотици камери за мастило, водещи до дюзи, които са отвори в плочата на дюзата.

Входните канали за мастило са с диаметър само няколко десетки микрона, а дюзите обикновено са с диаметър 20-50 микрона. Човешкият косъм е с диаметър около 80 микрона.

Повечето печатащи глави, използвани в рекламни и други графични приложения, имат стотици дюзи, които се управляват индивидуално, за да генерират и проектират капки (вж. също „Капка при поискване“). Генерирането на милиони капки при едно преминаване на главата и гарантирането, че те попадат в медията на точното място, изисква много усъвършенствана електроника.

Някои мастиленоструйни принтери имат една дюза и изхвърлят непрекъснат поток от капки, които се отклоняват към или от носителя чрез електростатични плочи или въздушни струи. Те обикновено се използват в системи за кодиране и маркиране, а не за графики. Вижте Непрекъснат мастиленоструен поток.

Въпреки че в света има стотици производители на принтери, всички те получават печатащите глави от сравнително малък брой специализирани производители и след това ги интегрират в самите принтери с комбинация от монтажни елементи, електроника, подаване на мастило, фърмуер и софтуер за драйвери.

Само няколко производители на широкоформатни принтери имат собствени фабрики за печатащи глави, сред които Canon, Epson/Seiko-Epson, Fujifilm (чрез дъщерното си дружество Fujifilm Dimatix), HP и Xerox.

Всички останали купуват глави или работят в съвместни предприятия с производители на принтери. Повечето от гореспоменатите производители доставят глави на други производители на базата на ОЕМ (въпреки че понякога запазват най-новите модели за себе си). Други производители на глави са Konica Minolta, Kyocera, Panasonic, Ricoh, Toshiba TEC и Xaar.

Капка при поискване (DoD)

Това е общ термин за типа печатаща глава, която най-често се среща в съвременните мастиленоструйни принтери, използвани за висококачествени графики, включително всички широкоформатни принтери, които ще видите на изложенията FESPA и на този уебсайт.

„Капка по заявка“ означава, че дюзите за мастиленоструен печат генерират и изхвърлят капки мастило, когато и където е необходимо, за да се получи отпечатък върху носителя. Терминът е въведен главно, за да се противопостави на по-ранните глави от типа „непрекъснат поток“ (вж. „непрекъснат поток“ по-долу).

Главите „капка по капка“ се подразделят допълнително на термични или пиезоелектрични видове – вж. по-долу.

Мастиленоструйна печатаща глава, която излъчва непрекъснат поток от капки през цялото време, докато принтерът работи. Обикновено всяка глава има само по една дюза, но може да се използва набор от глави, за да се създаде по-широка печатна лента.

Потокът се отклонява към или от носителя чрез заредени метални плочи с електростатично поле или (в случая на Kodak) чрез точно определени по време въздушни струи. Нежеланото мастило се събира в улавяща канавка и може да бъде филтрирано и върнато в резервоара за съхранение.

Днес тези глави обикновено се намират в системи за кодиране и маркиране, а не в сложни графични принтери.

Изключение правят печатащите глави от фамилията Kodak Prosper, които използват високоразвита технология за непрекъснат мастиленоструен печат, наречена Stream, която осигурява много високо качество на изображението. Понастоящем Prosper и Stream не се използват в специализирани принтери за знаци и дисплеи.

Те са първият тип печатащи глави „капка по капка“ и са използвани в първите настолни мастиленоструйни принтери в началото на 80-те години. Термичните печатащи глави са ефективни и могат да осигурят много високо качество на изображението и скорости, които конкурират пиезоелектрическите глави, но за разлика от пиезоелектрическите те работят само с мастила на водна основа, така че обикновено се ограничават до приложения на закрито.

Латексовите мастила на HP са изключение: те работят с термоглави на HP. Причината за това е, че те имат термоактивиран полимер във водна суспензия, която е подходяща за употреба на открито.

Термичната технология е изобретена независимо и едновременно през 70-те години на миналия век от Printhead Technolо в Япония и Hewlett-Packard в САЩ, които решават да обединят патентите си, вместо да се борят помежду си.

Принципът се състои в това, че елемент в камерата за мастило в печатащата глава се нагрява бързо до такава степен, че течното мастило се изпарява и образува мехурче газ, което се разширява и изтласква капка мастило от отвора (дюзата) в единия край на камерата.

След това топлинният елемент се изключва, така че газовият мехур се охлажда, кондензира и свива. Повърхностното напрежение в дюзата спира обратното вкарване на въздух, така че вместо това в камерата се вкарва повече течно мастило от захранващите тръби. Canon, съвместен изобретател на термоглавите, измисли термина Bubble jet (балонна струя) заради начина, по който те работят.

Засега няма истински термални глави със сива скала, така че всички те са двоични, което означава, че капките са винаги с еднакъв размер. Въпреки това HP е разработила сдвоени дюзи с различни размери, които донякъде допринасят за ефекта на сивата гама.

Топлинните натоварвания износват главите бързо, затова главите са проектирани като консумативи, които могат лесно и евтино да се сменят след няколко десетки или стотици работни часа.

Често се наричат просто пиезоглави. Тези глави започват да се появяват в първите широкоформатни принтери през 90-те години на миналия век и предизвикват революция в този сектор. За първи път това означаваше, че мастилата с разтворител и UV-втвърдяване, които първоначално се свързваха със ситопечат, вече могат да се печатат цифрово.

Всички пиезоглави се основават на принципа, че определен вид кристал (често оловен цирконат титанат в мастиленоструйните принтери, изписван като PZT) се разширява или свива, когато през него преминава електрически ток и отново се изключва. Това разширяване/свиване се използва като основа на помпата в камерата за мастило.

В зависимост от конфигурацията на кристалите (наричани режими „огъване“ или „срязване“), двупосочното разширение или засмуква мастило и след това го изтласква от камерата през дюзата (използва се от Epson), или създава акустични вълни на налягане, които имат същия ефект, но с по-малко енергия (използва се от Xaar).

Електрическият ток може да се включва и изключва много бързо, а разширяването/свиването на кристала също е почти мигновено, така че възможностите за контрол на образуването на точки са много по-големи, отколкото при термичните глави.

Наред с други неща това означава, че някои пиезоглави могат да генерират капки с различен размер от една и съща камера и дюза, което води до различна плътност на мастилото върху носителя. Те се наричат глави със сива скала (вж. по-долу).

Пиезоелектрическият ефект работи с почти всякаква течност, така че пиезоглавите печатащи глави могат да бъдат конструирани за работа с мастила на основата на разтворители, мастила, втвърдени с ултравиолетови лъчи (включително някои, използвани за 3D печат), и водни мастила. Те могат да се използват и за предизвикателни течности, като например електропроводими мастила, непрозрачни бели и метални мастила с големи частици, мастила за 3D печат и мастила с фазови промени, които са течност, когато достигнат камерата за мастило.

Пиезоглавите печатащи глави издържат много по-дълго от термичните глави, тъй като термичното напрежение е по-малко, а пиезокристалите могат да се разширяват/свиват милиони пъти. Обикновено пиезоглавата е предназначена да издържи през целия живот на машината, стига да няма фатално запушване или външна повреда. Освен това обаче изработката и закупуването им струва значително по-скъпо, отколкото на термичните глави, така че потребителите трябва да полагат повече усилия за поддръжката им.

Тези термини показват дали всички капки на печатащата глава са с еднакъв размер или могат да се променят по някакъв начин, така че плътността на мастилото, достигащо до носителя, да се контролира с по-леки нюанси. В комбинация с техниките за полутониране, сивата гама може значително да разшири тоналния диапазон на мастиленоструйната машина, като същевременно позволява използването на сравнително скромни стъпки на дюзите или по-малък брой преминавания.

Първоначално пиезографските печатащи глави винаги са били двукомпонентни, което означава, че генерират само капки мастило с еднакъв размер. Можете да получите добра гама от тонове от бинарна глава, като използвате техники за полутонове, но светлите тонове могат да изглеждат малко зърнести, освен ако не използвате ултратънки дюзи (и/или не добавите допълнителни, по-светли мастила).

Типичните размери на бинарните капки са от 30 до 100 пиколитра. Възможно е да се постигнат по-малки капки за по-фини резултати, но това означава, че са необходими повече преминавания, за да се изгради плътност на твърдите зони в отпечатъка, поради което отпечатването е по-бавно.

Главите за отпечатване в сиво могат да променят плътността на отделните отпечатани точки, така че една капка може да показва от 30% или 50% до 100% цвят. Предимството е, че при по-ниски резолюции и по-малък брой преминавания на главата може да се постигне същата „ефективна резолюция“, както при бинарните глави с много по-високи собствени резолюции.

Например твърди се, че разделителна способност от 360 dpi с глава със сива скала дава същия ефект като двоична с разделителна способност от 1000 dpi, което е толкова добро, колкото обикновено ви е необходимо за снимки и смеси дори за гледане в близък план.

Пиезоглавите променят размера на точките по няколко различни метода, обикновено в зависимост от конкретния производител и патентите, които притежава или иска да избегне нарушаването им. В зависимост от точните методи може да има между три и три размера капки.

Най-малкият размер на най-фините печатащи глави (често използвани във фотографията) е по-малък от 2 пиколитра.) При принтерите за рекламни надписи размери от 10 до 20 пиколитра са по-често срещани за най-малките капки, тъй като скоростта и покритието са по-важни от качеството на гледане отблизо.

Термична скала на сивото

Истински променливи размери на капките засега са възможни само при пиезоглавите. Въпреки това HP разработи форма на сиви скали за своите термични глави PageWide, наречена High Definition Nozzle Architecture. Засега тя се използва само при огромните мастиленоструйни ролни машини от серия Т за търговски печат, но не и при широкоформатните еднопроходни модели PageWide XL, които досега се използват главно за работа с CAD и планове.

Въпреки че капките от всяка дюза са винаги с еднакъв размер, тя свързва голяма и малка дюза много близко една до друга в печатащата глава и ги третира като един изобразяващ елемент. След това взема две двойки дюзи и ги управлява като един елемент за изобразяване за целите на сивата гама.

Чрез различни комбинации от две малки и две големи дюзи могат да се постигнат пет нива на сиво (всъщност това е бяло плюс четири нива). Разстоянието между дюзите на HDNA е 2400 dpi, така че двойките дюзи имат собствена разделителна способност 1200 dpi, а наборите от сиви цветове са 600 dpi.

Допълнителен контрол на плътността е възможен чрез използване на различни цветове мастило в големите и малките дюзи (например циан и светло циан). Наборите от дюзи могат да се управляват отделно за по-високи скорости или разделителни способности с по-малко нива на сивото.

 

Това е описание на стъпката на дюзата, т.е. действителният брой капки мастило, които печатащата глава може да произведе върху дадена площ. Обикновено в индустрията те се посочват като точки на инч, а не като метрична мярка. Така че, ако печатащата глава е широка 1,5 инча (38 мм) и има 540 дюзи по цялата си ширина, тогава естествената разделителна способност е 360 dpi.

Много широкоформатни мастиленоструйни принтери създават изображения в поредица от припокриващи се пасажи, така че на носителя може да има много повече капки на инч, отколкото може да даде само собствената разделителна способност. Колкото по-висока е разделителната способност, толкова повече крайният отпечатък може да прилича на снимка с непрекъснат тон.

Главите със сива скала позволяват създаването на различни плътности на точките, което дава по-голям тонален обхват в сравнение с бинарна глава със същата стъпка на дюзата, което от своя страна дава по-добра симулация на непрекъснат тон.

Поради това производителите на принтери за сива скала често говорят за „еквивалентни“ резолюции, което означава например, че глава за сива скала с 360 dpi може да осигури възприемано качество, еквивалентно на глава за двоична скала с 1000 dpi.

Има печатащи глави с много висока собствена разделителна способност, като например главите Micro Piezo PrecisionCore TFT на Epson (използвани в принтерите SureColor), които имат собствена разделителна способност 600 dpi и пет размера на капката от 1,5 до 23 пиколитра.

PageWide HDNA на HP, споменат по-горе, има стъпка на дюзата 2400 dpi чрез редуване на големи и малки дюзи, но тъй като те се управляват по двойки, естествената разделителна способност може да се счита за 1200 dpi.

Членовете на индустрията, които искат да научат повече за комплектите на HP и Epson и за ползите, които те могат да предложат на техния бизнес, могат да разговарят с експерти от компаниите на FESPA 2017, която се провежда от 8 до 12 май в Хамбургския панаир в Германия.

HP и Epson ще бъдат две от над 700-те марки, които ще присъстват на събитието, което се очаква да привлече рекорден брой посетители.

За да научите повече за FESPA 2017, посетете: https://www.fespa2017.com. Посетителите могат да получат безплатен вход за изложението, като се регистрират онлайн, цитирайки референтен код: FESG702.