Tisková hlava je v mnoha ohledech srdcem inkoustové tiskárny a je přímo zodpovědná za umístění každé jednotlivé kapky inkoustu na podklad.

Inkoustové tiskové hlavy jsou zázraky moderní techniky, které dokáží přesně umístit tisíce kapek inkoustu různých velikostí přesně tam, kam je potřeba. Existuje několik přístupů ke konstrukci tiskových hlav, ale zdaleka nejběžnější pro širokoformátový inkoustový tisk je piezoelektrický tisk na kapky na vyžádání.

Tisková hlava v podstatě obsahuje inkoustovou komoru s piezoelektrickým aktuátorem vyrobeným z materiálu, jako je olovnatý zirkon-titan (PZT). Když se na PZT přivede vnější elektrický náboj, změní tvar a vytlačí kapku inkoustu z inkoustové komory ven tryskou. Tato konstrukce je vhodná pro širokou škálu různých typů inkoustů, včetně vodných, rozpouštědlových a UV vytvrzovaných inkoustů.

Jedinou skutečnou alternativou je termální technologie, kterou používá společnost HP u svých latexových tiskáren a Canon u své řady ImagePrograf. Ta spočívá v zahřívání inkoustu v inkoustové komoře, dokud se nevypaří a nevytvoří se bublina, která vytlačí kapku inkoustu přes trysku.

Tato technika je skutečně vhodná pouze pro inkousty na vodní bázi, ačkoli společnost HP dosáhla značného úspěchu při rozšiřování spektra aplikací prostřednictvím svých latexových inkoustů, které jsou na vodní bázi a jsou vhodné pro venkovní nápisy a také pro některé textilní aplikace.

Zatím jsme viděli, jak piezoelektrické i tepelné tiskové hlavy vytvářejí dostatečný tlak, aby protlačily část inkoustu tryskou, ale to je jen polovina příběhu. Tento tlak musí být okamžitě přerušen, což vtáhne část inkoustu zpět do trysky.

Tím se přeruší přívod inkoustu, což zastaví tvorbu kapky inkoustu, a když se inkoust vrátí zpět do trysky, může nevyhnutelně rozstříknout desku trysky. Rozptýlený inkoust může nakonec vést k zablokování trysek a selhání tiskových hlav.

Binární versus odstíny šedi

Velikost jednotlivých kapek inkoustu přímo ovlivňuje celkovou kvalitu výstupu. Obecně platí, že malé kapky vytvářejí dobré rozlišení a vysoké rozlišení a jsou vhodné pro tisk textu, zatímco velké kapky mohou rychle pokrýt velké plochy a jsou vhodné pro tisk velkých rovných ploch. Mnoho tiskáren, zejména větších a rychlejších plochých tiskáren, používá binární přístup, kdy je každá kapka stejně velká, protože je to rychlejší.

Alternativou je změna velikosti kapek inkoustu, což je technika obvykle známá jako tisk ve stupních šedi. Tato metoda má řadu výhod. Zaprvé, míchání větších a menších kapek usnadňuje práci s přechody a mírnými tónovými změnami, například u krajiny s oblohou nebo pleťových tónů.

Může to také vést ke snížení spotřeby inkoustu, částečně proto, že některé body jsou poměrně malé, ale také proto, že je snazší dosáhnout hladších přechodů se čtyřmi barvami bez potřeby dalších barev.

Existují tři základní přístupy, i když s několika variantami. První z nich spočívá ve skutečném vystřelování kapek různých velikostí, například změnou elektrického výkonu použitého ke generování kapek. Druhým je vystřelení velmi těžké kapky inkoustu, která se při letu vzduchem roztáhne a rozpadne na větší a menší kapky.

Mnoho tiskových hlav obvykle používá kombinaci těchto přístupů. Třetí alternativa je známá jako multi-pulsing a zahrnuje rychlé vystřelení dvou kapek inkoustu, které se pak spojí do jedné větší kapky, obvykle za letu před dopadem na podklad.

Drop na vyžádání

Společnost Xaar právě uvedla na trh tiskovou hlavu 5601, která je vhodná pro vodní inkousty.

Mnoho výrobců se obrátilo k MEM neboli mikroelektromechanickým systémům, protože tato technologie nabízí cenově výhodný způsob konstrukce složitých součástí. Systém je v podstatě vytvořen na křemíkovém nebo skleněném substrátu. Není to nejjednodušší technika a vyžaduje vysoce pokročilé technologie výroby v mikronovém měřítku.

Mezi společnosti využívající technologii MEM patří Konica Minolta, která má řadu tiskových hlav, jako je KM1024, široce používaná ve velkoformátových tiskárnách. Existuje i rychlejší verze 1024i, která je vhodná pro UV a solventní inkousty.

Má v hlavě zabudovaný vysoce výkonný ohřívač, který usnadňuje práci s inkousty s vysokou viskozitou. Jeho nativní velikost kapky je 13 pikolitrů, ale dokáže vytvořit až osm úrovní odstínů šedi. Rozlišení je 360 dpi.

Společnost Dimatix, která je nyní součástí společnosti Fujifilm, vyrábí řadu tiskových hlav, včetně třídy Q, které se používají v řadě velkoformátových tiskáren. Existuje 70 variant s různou velikostí kapky od 10 do 200 pikolitrů v binární i šedé škále. Hlavy se montují do rámečků, které mají buď dvě, nebo čtyři hlavy, což umožňuje až 1024 trysek.

Společnost Ricoh vyrábí také tiskové hlavy vhodné pro použití v širokoformátovém digitálním tisku a právě oznámila novou tiskovou hlavu MH5220. Ta má čtyři řady po 320 tryskách, celkem 1280 trysek a rozlišení 1200 dpi. Dokáže tisknout kapky o velikosti od 2,5 do 9 pikolitrů spojováním kapek za letu.

Společnost Xaar používá MEM také pro své hlavy řady Xaar 1003, které jsou vhodné pro použití s UV a rozpouštědlovým inkoustem. Tyto tiskové hlavy jsou vybaveny novou funkcí ochrany tryskové desky nazvanou XaarGuard, která má omezit poškození tiskových hlav, jež je stále častou příčinou jejich selhání.

Nejnovější tiskovou hlavou společnosti Xaar je Xaar 5601, která je určena pro práci s vodnými tekutinami, jako jsou sublimační inkousty používané v širokoformátových textilních tiskárnách. Řada 5601 má 1200 trysek na palec a přirozenou velikost kapky pouhé 3 pikolitry. To však lze kombinovat s osmi úrovněmi stupňů šedi a dosáhnout tak zdánlivého rozlišení přibližně 2440 dpi.

Obě řady využívají technologii TF společnosti Xaar, což znamená Through Flow. V podstatě to znamená, že inkoust recirkuluje tiskovou hlavou kolem zadní části každé trysky, což pomáhá snížit možnost ucpání trysek vzduchem a nečistotami v inkoustu.

Společnost Epson vyvinula tiskovou hlavu PrecisionCore založenou na tenkovrstvé piezoelektrické technologii, která se nachází ve všech jejích velkoformátových tiskárnách. Základní princip spočívá v tom, že čím tenčí je piezo film, tím více se může ohýbat, což umožňuje přesnější kontrolu nad způsobem, jakým protlačuje inkoust tryskou. Stejně jako většina moderních tiskových hlav jsou i hlavy PrecisionCore založeny na technologii MEMs.

Integrace tiskárny

Společnost Epson vyvinula vlastní tiskovou hlavu PrecisionCore založenou na technologii MicroTFP.

Je sice pravda, že existuje jen několik společností vyrábějících tiskové hlavy a že mnoho tiskáren v dané třídě používá stejné hlavy, přesto mohou být mezi tiskárnami a jejich výkonem značné rozdíly. Většina výrobců tiskových hlav vyrábí různé varianty svých hlav, které lze upravit tak, aby vyhovovaly požadavkům vývojáře tiskárny.

Kromě toho budou vývojáři inkoustů spolupracovat s výrobci tiskových hlav, aby otestovali a vyladili jak způsob implementace hlav, tak složení inkoustů pro dosažení nejlepšího výkonu. To znamená testovat, jaký vliv bude mít inkoust na hlavy, a zajistit například, aby inkoust nereagoval s povlakem na desce trysky nebo s lepidlem spojujícím různé části hlavy.

Při tomto testování se také hledá optimální viskozita inkoustu, která přímo ovlivňuje způsob, jakým se tvoří kapky inkoustu, což může znamenat zahřátí inkoustů a zajištění, aby hlava tuto teplotu zvládla.

Ve většině případů výrobce tiskových hlav vyvíjí také elektroniku pohonu a průběhy potřebné pro vypouštění inkoustu přes hlavy. Mnoho výrobců tiskáren však dává přednost vývoji vlastních průběhů, protože to přímo ovlivňuje způsob, jakým se tvoří kapky inkoustu, a celkový výkon inkoustu s hlavami.

Údržba

Nakonec je třeba zdůraznit důležitost dobré údržby. Největší jednotlivou příčinou selhání tiskových hlav jsou ucpané trysky, čemuž lze většinou předejít pravidelným čištěním hlav.

Několik minut strávených na začátku a na konci každé směny otřením trysek by mělo zajistit, že tiskové hlavy vydrží několik let, což minimalizuje prostoje tiskárny a šetří peníze. V každém případě je nejlepší se ujistit, že záruka na tiskárnu zahrnuje výměnu alespoň jedné tiskové hlavy ročně.