Tulostuspää on monessa mielessä mustesuihkutulostimen sydän, joka on suoraan vastuussa jokaisen yksittäisen mustepisaran sijoittamisesta alustalle.
Mustesuihkutulostuspäät ovat nykyaikaisen tekniikan ihmeitä, jotka pystyvät sijoittamaan tuhansia erikokoisia mustepisaroita tarkasti juuri sinne, missä niitä tarvitaan. Tulostuspäätä voidaan suunnitella usealla eri tavalla, mutta laajakuvamustesuihkutekniikassa ylivoimaisesti yleisin on drop-on-demand-pietsopainatus.
Tulostuspäässä on pohjimmiltaan mustekammio, jossa on pietsosähköinen toimilaite, joka on valmistettu esimerkiksi lyijy-zirkoniumtitaanista (PZT). Kun PZT:hen kohdistetaan ulkoinen sähkövaraus, se muuttaa muotoaan ja pakottaa mustepisaran mustekammiosta ulos suuttimen kautta. Tämä rakenne soveltuu monille eri mustetyypeille, kuten vesi-, liuotin- ja UV-kovetteisille musteille.
Ainoa todellinen vaihtoehto on lämpötekniikka, jota HP käyttää lateksitulostimissaan ja Canon ImagePrograf-sarjassaan. Siinä muste kuumennetaan mustekammiossa, kunnes se höyrystyy, jolloin syntyy kupla, joka pakottaa mustepisaran suuttimen läpi.
Tekniikka soveltuu oikeastaan vain vesipohjaisille musteille, vaikka HP onkin onnistunut laajentamaan sovellusalaa huomattavasti lateksimusteillaan, jotka ovat vesipohjaisia ja soveltuvat ulkokyltteihin sekä joihinkin tekstiilisovelluksiin.
Tähän mennessä olemme nähneet, miten sekä pietso- että lämpöpainopäät luovat tarpeeksi painetta, jotta muste kulkee suuttimen läpi, mutta tämä on vain puolet tarinasta. Paine on katkaistava välittömästi, mikä vetää osan musteesta takaisin suuttimeen.
Tämä katkaisee musteen syötön, jolloin mustepisaran muodostuminen pysähtyy, ja väistämättä muste voi roiskua suutinlevyyn, kun se napsahtaa takaisin suuttimeen. Hajamuste voi lopulta johtaa suuttimien tukkeutumiseen ja tulostuspään vikaantumiseen.
Binäärinen vs. harmaasävy
Yksittäisten mustepisaroiden koko vaikuttaa suoraan tulostuslaatuun. Yleensä pienet pisarat tuottavat hyvän tarkkuuden ja korkean resoluution, ja ne soveltuvat hyvin tekstin tulostamiseen, kun taas suuret pisarat peittävät nopeasti suuret alueet, ja ne soveltuvat hyvin suurten tasaisten alueiden tulostamiseen. Monissa tulostimissa, erityisesti suuremmissa ja nopeammissa tasomustelaitteissa, käytetään binääristä lähestymistapaa, jossa jokainen pisara on samankokoinen, koska tämä on nopeampaa.
Vaihtoehtoisesti mustepisaroiden kokoa voidaan muuttaa, mikä tunnetaan yleensä harmaasävytulostuksena. Tästä on useita etuja. Ensinnäkin isompien ja pienempien pisaroiden sekoittaminen helpottaa värisävyjen ja pienten sävyjen vaihteluiden käsittelyä, kuten taivaanranta- tai ihonsävyissä.
Se voi myös vähentää värin kulutusta, osittain siksi, että osa pisteistä on melko pieniä, mutta myös siksi, että neljällä värillä on helpompi saada aikaan tasaisempia värisävyjä ilman lisävärejä.
Peruslähestymistapoja on kolme, joskin niistä on useita muunnelmia. Ensimmäinen on eri kokoisten pisaroiden ampuminen esimerkiksi vaihtelemalla pisaroiden tuottamiseen käytettävää sähkötehoa. Toinen tapa on ampua erittäin raskas mustepisara, joka venyy lentäessään ilmassa ja hajoaa isommiksi ja pienemmiksi pisaroiksi.
Tyypillisesti monet tulostuspäät käyttävät useiden lähestymistapojen yhdistelmää. Kolmas vaihtoehto tunnetaan nimellä multi-pulssitus, ja siinä ammutaan nopeasti kaksi mustepisaraa, jotka sitten yhdistyvät yhdeksi suuremmaksi pisaraksi, yleensä lennossa ennen kuin ne osuvat alustaan.
Drop on demand
Xaar on juuri tuonut markkinoille 5601-tulostuspään, joka soveltuu vesipohjaisille musteille.
Monet valmistajat ovat siirtyneet MEM- eli mikroelektromekaanisiin järjestelmiin, koska tämä tekniikka tarjoaa kustannustehokkaan tavan suunnitella monimutkaisia osia. Järjestelmä muodostetaan periaatteessa pii- tai lasialustalle. Se ei ole helpoin tekniikka, ja se edellyttää erittäin kehittyneitä mikrometrin mittakaavan valmistustekniikoita.
MEM-tekniikkaa käyttäviin yrityksiin kuuluu Konica Minolta, jolla on useita tulostuspäätä, kuten KM1024, jota käytetään laajalti suurkuvatulostimissa. Siitä on olemassa nopeampi versio, 1024i, joka soveltuu UV- ja liuotinmusteille.
Sen päähän on rakennettu tehokas lämmitin, joka helpottaa korkeaviskositeettisten musteiden käsittelyä. Sen luonnollinen pisarakoko on 13 pikolitraa, mutta sillä voidaan tuottaa jopa kahdeksan harmaasävytasoa. Resoluutio on 360 dpi.
Dimatix, joka on nyt osa Fujifilmiä, valmistaa useita tulostuspäätä, kuten Q-luokan tulostuspäät, joita käytetään useissa laajakuvatulostimissa. Tarjolla on 70 variaatiota, joiden pisarakoko vaihtelee 10 ja 200 pikolitran välillä sekä binääri- että harmaasävyversioina. Päät on asennettu kehyksiin, joissa on joko kaksi tai neljä päätä, jolloin suuttimia voi olla jopa 1024.
Ricoh valmistaa myös tulostuspäätä, jotka soveltuvat laajakantadigitaaliseen tulostukseen, ja se on juuri julkistanut uuden tulostuspään, MH5220:n. Siinä on neljä 320 suuttimen riviä eli yhteensä 1280 suutinta ja 1200 dpi:n resoluutio. Se voi suihkuttaa useita pisarakokoja 2,5-9 pikolitraa yhdistämällä pisarat lennon aikana.
Xaar käyttää MEM-muovia myös Xaar 1003 -sarjan päissään, jotka soveltuvat käytettäväksi UV- ja liuotinmusteiden kanssa. Näissä tulostuspäässä on uusi XaarGuard-niminen suutinlevyn suojausominaisuus, jonka tarkoituksena on rajoittaa tulostuspään vaurioitumista, joka on edelleen suuri syy tulostuspään vikaantumiseen.
Xaarin uusin tulostuspää on Xaar 5601, joka on suunniteltu käsittelemään vesipitoisia nesteitä, kuten laajakuvatekstiilitulostimissa käytettäviä väriainesublimaatiovärejä. 5601-sarjassa on 1200 suutinta tuumaa kohti, ja sen luonnollinen pisarakoko on vain 3 pikolitraa. Tämä voidaan kuitenkin yhdistää kahdeksaan harmaasävytasoon, jolloin näennäinen resoluutio on noin 2440 dpi.
Molemmissa sarjoissa käytetään Xaarin TF-teknologiaa, joka tarkoittaa Through Flow -teknologiaa. Käytännössä tämä tarkoittaa, että muste kierrätetään tulostuspään läpi jokaisen suuttimen takaosan ohi, mikä vähentää mahdollisuutta, että musteessa oleva ilma ja roskat tukkivat suuttimet.
Epson on kehittänyt PrecisionCore-tulostuspään, joka perustuu sen ohutkalvopietsotekniikkaan, joka on kaikissa sen laajakuvatulostimissa. Perusperiaatteena on, että mitä ohuempi pietsokalvo on, sitä enemmän se voi joustaa, mikä puolestaan mahdollistaa tarkemman hallinnan siitä, miten se työntää mustetta suuttimen läpi. Kuten useimmat nykyaikaiset tulostuspäät, myös PrecisionCore-tulostuspäät perustuvat MEM-teknologiaan.
Tulostimen integrointi
Epson on kehittänyt oman PrecisionCore-tulostuspään, joka perustuu sen MicroTFP-teknologiaan.
Vaikka on totta, että tulostuspäätä valmistaa vain muutama yritys ja että useat tietyn luokan tulostimet käyttävät samoja tulostuspäätä, tulostimien ja niiden suorituskyvyn välillä voi silti olla huomattavia eroja. Useimmat tulostuspäävalmistajat tuottavat erilaisia muunnelmia tulostuspäästä, joita voidaan säätää tulostimen kehittäjän vaatimusten mukaisesti.
Lisäksi musteiden kehittäjät tekevät yhteistyötä tulostuspäävalmistajien kanssa testatakseen ja virittääkseen sekä päiden toteutustapaa että musteiden koostumusta parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi. Tämä tarkoittaa, että testataan, miten muste vaikuttaa tulostuspäätä, ja varmistetaan esimerkiksi, että muste ei reagoi suutinlevyn pinnoitteen tai tulostuspään eri osia yhteen liimaavan liiman kanssa.
Testauksessa etsitään myös musteen optimaalista viskositeettia, joka vaikuttaa suoraan siihen, miten mustepisarat muodostuvat, mikä saattaa tarkoittaa musteiden lämmittämistä ja sen varmistamista, että musteenpää kestää tämän lämpötilan.
Useimmissa tapauksissa tulostuspään valmistaja kehittää myös ajoelektroniikan ja aaltomuodot, joita tarvitaan musteen ampumiseen päiden läpi. Monet tulostinvalmistajat kehittävät kuitenkin mieluummin omat aaltomuodot, koska ne vaikuttavat suoraan siihen, miten mustepisarat muodostuvat ja miten muste toimii kokonaisuudessaan tulostuspäässä.
Huolto
Lopuksi on syytä korostaa hyvän kunnossapidon merkitystä. Suurin yksittäinen syy tulostuspään vikaantumiseen on suuttimien tukkeutuminen, joka voidaan useimmiten välttää puhdistamalla päät säännöllisesti.
Muutaman minuutin käyttäminen jokaisen työvuoron alussa ja lopussa suuttimien puhdistamiseen pitäisi varmistaa, että tulostuspäät kestävät useita vuosia, mikä minimoi tulostimen käyttökatkokset ja säästää rahaa. Joka tapauksessa on parasta varmistaa, että tulostimen takuuseen sisältyy vähintään yhden tulostuspään vaihto vuodessa.