En muchos aspectos, el cabezal de impresión es el corazón de una impresora de chorro de tinta, responsable directo de colocar cada gota de tinta sobre el sustrato.

Los cabezales de inyección de tinta son maravillas de la ingeniería moderna, capaces de colocar con precisión miles de gotas de tinta de distintos tamaños exactamente donde se necesitan. Hay varios enfoques para diseñar cabezales de impresión, pero el más común con diferencia para la inyección de tinta de gran formato es el piezoeléctrico de gota a gota.

Esencialmente, el cabezal de impresión contiene una cámara de tinta, con un actuador piezoeléctrico, hecho de un material como el plomo-circonio-titanio (PZT). Cuando se aplica una carga eléctrica externa al PZT, éste cambia de forma, forzando la salida de una gota de tinta de la cámara de tinta a través de la boquilla. Este diseño es adecuado para una amplia gama de tipos de tinta diferentes, incluidas las tintas acuosas, disolventes y de curado UV.

La única alternativa real es la tecnología térmica, que utilizan HP para sus impresoras de látex y Canon para su serie ImagePrograf. Consiste en calentar la tinta dentro de la cámara de tinta, hasta que se vaporiza, creando una burbuja que fuerza una gota de tinta a través de la boquilla.

La técnica sólo es realmente adecuada para las tintas de base acuosa, aunque HP ha tenido un éxito considerable al ampliar la gama de aplicaciones mediante sus tintas de látex, que son de base acuosa y adecuadas para la señalización exterior, así como para algunas aplicaciones textiles.

Hasta ahora hemos visto cómo los cabezales de impresión piezoeléctricos y térmicos crean suficiente presión para forzar el paso de la tinta a través del inyector, pero esto es sólo la mitad de la historia. Esa presión tiene que cortarse inmediatamente, lo que hace que parte de la tinta vuelva a la boquilla.

Esto corta el suministro de tinta deteniendo la formación de la gota de tinta e inevitablemente, al volver la tinta a la boquilla, puede salpicar la placa de boquillas. En última instancia, la tinta dispersa puede provocar el bloqueo de los inyectores y el fallo de los cabezales de impresión.

Binario frente a escala de grises

El tamaño de cada gota de tinta afecta directamente a la calidad general del resultado. En general, las gotas pequeñas producen buena definición y alta resolución y son buenas para texto, mientras que las gotas grandes pueden cubrir grandes áreas rápidamente y son buenas para imprimir grandes áreas planas. Muchas impresoras, sobre todo las de cama plana más grandes y rápidas, adoptan un enfoque binario, en el que cada gota tiene el mismo tamaño, porque es más rápido.

La alternativa es variar el tamaño de las gotas de tinta, una técnica que suele conocerse como impresión en escala de grises. Esto tiene varias ventajas. En primer lugar, la mezcla de puntos más grandes y más pequeños facilita los degradados y los ligeros cambios de tono, como en un paisaje o en los tonos de la piel.

También puede reducir el consumo de tinta, en parte porque algunos de los puntos son bastante pequeños, pero también porque es más fácil conseguir degradados más suaves con cuatro colores sin necesidad de colores adicionales.

Existen tres enfoques básicos, aunque con diversas variaciones. El primero consiste en disparar realmente gotas de distintos tamaños, por ejemplo variando la potencia eléctrica utilizada para generar las gotas. El segundo consiste en disparar una gota de tinta muy pesada, que se estirará al volar por el aire y se romperá en gotas más grandes y más pequeñas.

Normalmente, muchos cabezales de impresión utilizan una combinación de enfoques. La tercera alternativa se conoce como multipulsado y consiste en disparar rápidamente dos gotas de tinta que luego se funden en una sola gota mayor, normalmente al vuelo antes de que golpeen el sustrato.

Caída a demanda

Xaar acaba de lanzar este cabezal de impresión 5601 adecuado para tintas acuosas.

Muchos fabricantes han recurrido a los MEM, o sistemas microelectromecánicos, porque esta tecnología ofrece una forma rentable de diseñar piezas complejas. Esencialmente, el sistema se forma sobre un sustrato de silicio o vidrio. No es la técnica más fácil y requiere tecnologías de fabricación a escala micrométrica muy avanzadas.

Entre las empresas que utilizan la tecnología MEM se encuentra Konica Minolta, que tiene varios cabezales de impresión como el KM1024, muy utilizado en impresoras de gran formato. Existe una versión más rápida, la 1024i, que es adecuada para tintas UV y disolventes.

Tiene un calentador de alto rendimiento integrado en el cabezal, que facilita el manejo de tintas de alta viscosidad. Tiene un tamaño de gota nativo de 13 picolitros, pero puede producir hasta ocho niveles de escala de grises. La resolución es de 360 ppp.

Dimatix, que ahora forma parte de Fujifilm, fabrica varios cabezales de impresión, entre ellos los de clase Q que se utilizan en varias impresoras de gran formato. Existen 70 variantes con distintos tamaños de gota, de 10 a 200 picolitros, tanto en versión binaria como en escala de grises. Los cabezales se montan en bastidores que tienen dos o cuatro cabezales para permitir hasta 1024 boquillas.

Ricoh también fabrica cabezales de impresión adecuados para la impresión digital de gran formato y acaba de anunciar un nuevo cabezal, el MH5220. Tiene cuatro filas de 320 boquillas para un total de 1280 boquillas y una resolución de 1200 ppp. Puede inyectar múltiples tamaños de gota, de 2,5 a 9 picolitros, fusionando las gotas en vuelo.

Xaar también utiliza MEMs para sus cabezales de la serie Xaar 1003, que son adecuados para su uso con tinta UV y disolvente. Estos cabezales incorporan una nueva función de protección de la placa de boquillas llamada XaarGuard, diseñada para limitar los daños en los cabezales, que siguen siendo una de las principales causas de avería de los cabezales.

El último cabezal de impresión de Xaar es el Xaar 5601, diseñado para manejar fluidos acuosos como las tintas de sublimación que se encuentran en las impresoras textiles de gran formato. La serie 5601 tiene 1.200 boquillas por pulgada, con un tamaño de gota nativo de sólo 3 picolitros. Sin embargo, esto puede combinarse con ocho niveles de escala de grises para producir una resolución aparente de unos 2440 ppp.

Ambas series utilizan la tecnología TF de Xaar, que significa Flujo Pasante. Esencialmente, esto significa que la tinta se recircula a través del cabezal de impresión pasando por la parte posterior de cada boquilla, lo que ayuda a reducir la posibilidad de que el aire y los residuos de la tinta obstruyan las boquillas.

Epson ha desarrollado su cabezal de impresión PrecisionCore, basado en su tecnología piezoeléctrica de película fina, que se encuentra en todas sus impresoras de gran formato. El principio básico es que cuanto más fina es la película piezoeléctrica, más se puede flexionar, lo que a su vez proporciona un control más preciso sobre la forma en que empuja la tinta a través de la boquilla. Como la mayoría de los cabezales de impresión modernos, los cabezales PrecisionCore se basan en la tecnología MEMs.

Integración de la impresora

Epson ha desarrollado su propio cabezal de impresión PrecisionCore, basado en su tecnología MicroTFP.

Si bien es cierto que sólo hay unas pocas empresas que fabriquen cabezales de impresión, y que muchas impresoras de una clase determinada utilizarán los mismos cabezales, aún puede haber diferencias considerables entre las impresoras y su rendimiento. La mayoría de los proveedores de cabezales de impresión producen distintas variaciones de sus cabezales, que pueden ajustarse para satisfacer las demandas del desarrollador de la impresora.

Además, los desarrolladores de tinta trabajarán con los fabricantes de cabezales de impresión para probar y ajustar tanto la forma en que se implementan los cabezales como la formulación de las tintas para obtener el mejor rendimiento. Esto significa probar qué efecto tendrá la tinta sobre los cabezales, asegurándose, por ejemplo, de que la tinta no reacciona con el revestimiento de la placa de boquillas o con el adhesivo que une las distintas partes del cabezal.

Estas pruebas también buscan la viscosidad óptima de la tinta, que afectará directamente a cómo se forman las gotas de tinta, lo que puede significar calentar las tintas y asegurarse de que el cabezal puede soportar esa temperatura.

En la mayoría de los casos, el fabricante del cabezal de impresión también desarrollará la electrónica de accionamiento y las formas de onda necesarias para disparar la tinta a través de los cabezales. Sin embargo, muchos fabricantes de impresoras prefieren desarrollar sus propias formas de onda, ya que esto afecta directamente a la forma en que se forman las gotas de tinta y al rendimiento general de la tinta con los cabezales.

Mantenimiento

Por último, merece la pena señalar la importancia de un buen mantenimiento. La principal causa de avería de los cabezales de impresión es la obstrucción de los inyectores, que puede evitarse en su mayor parte limpiando regularmente los cabezales.

Dedicar unos minutos al principio y al final de cada turno a limpiar los inyectores debería garantizar que los cabezales de impresión duren varios años, minimizando el tiempo de inactividad de la impresora y ahorrando dinero. En cualquier caso, es mejor asegurarse de que la garantía de la impresora incluye la sustitución de al menos un cabezal de impresión al año.