Simon Eccles többet megtud a tintasugaras nyomtatófejekről, és megnézi a következő generációt, amely hullámokat vet a nyomdaiparban.

 

Drop-on-demand, folyamatos tintasugaras, piezoelektromos, termikus, szilárd, bináris, szürkeárnyalatos. Ezek mind olyan kifejezések, amelyeket könnyedén használnak a tintasugaras nyomtatók és különösen a nyomtatófejek típusainak leírásakor.

Ha tudja, hogy mit jelentenek, akkor ezek a kifejezések elég jól megjósolják, hogy mire való a nyomtató, és hogyan fog működni. Ha nem tudja, akkor ritkán áll meg valaki, hogy elmagyarázza őket.

Ezért itt megállunk, és elmagyarázzuk őket. A kifejezések egy része a nyomtatófejek alapvető kialakítását írja le, más részük pedig azt, hogy mit csinálnak vagy hogyan működnek. Néhányat meg lehet duplázni a pontosabb magyarázathoz, mint például a piezo szürkeárnyalatos fej, mások kölcsönösen kizárják egymást – nem lehet bináris szürkeárnyalatos fej.

Ez tehát a FESPA tintasugaras nyomtatófejekről szóló, szakzsargont eloszlató útmutatója. Kezdve azzal, hogy mi is az a nyomtatófej?

A tintasugaras nyomtatónak az az alkatrésze, amely a tintacseppeket a hordozóra vetíti. Ez egy nagyon nagy pontosságú egység, és gyártása sok szellemi tulajdont (know-how-t) és nagy beruházást igényel a tisztaszobás gyárakban. A modern nyomtatófejek gyakran használnak olyan gyártási technikákat (például vékonyrétegű szilícium MEMS), amelyek sokban hasonlítanak a mikrochipgyártáshoz.

Egy tipikus nyomtatófej belsejében van meghajtóelektronika, tintaadagoló tartozékok, és legalább egy, de általában több száz tintakamra, amelyek a fúvókákhoz vezetnek, amelyek a fúvókalemezen lévő lyukak.

A tinta bemeneti csatornák átmérője mindössze néhány tíz mikron, a fúvókák pedig jellemzően 20-50 mikronosak. Egy emberi hajszál átmérője körülbelül 80 mikron.

A legtöbb feliratozáshoz és más grafikai alkalmazásokhoz használt nyomtatófej több száz fúvókával rendelkezik, amelyek egyenként vezérelve képesek cseppeket létrehozni és kivetíteni (lásd még „Drop on Demand”). Az akár több millió csepp előállítása a fej egy menetében, és annak biztosítása, hogy ezek a megfelelő helyen érjék el a hordozót, nagyon fejlett elektronikát igényel.

Egyes tintasugarak egyetlen fúvókával rendelkeznek, és folyamatos cseppfolyamot vetítenek ki, amelyet elektrosztatikus lemezek vagy légfúvások terelnek a hordozó felé vagy távolabb a hordozótól. Ezeket általában inkább kódolási és jelölési rendszerekben használják, mint grafikában. Lásd Folyamatos tintasugaras nyomtatás.

Bár világszerte több száz nyomtatógyártó van, mindannyian viszonylag kisszámú speciális gyártótól szerzik be a nyomtatófejet, majd beépítik a nyomtatókba a tartóelemek, az elektronika, a tintaellátás, a firmware és az illesztőprogram kombinációjával.

Csak néhány nagy formátumú nyomtatógyártónak van saját nyomtatófejgyára, köztük a Canon, az Epson/Seiko-Epson, a Fujifilm (bár a Fujifilm Dimatix leányvállalata), a HP és a Xerox.

A többiek fejeket vásárolnak, vagy közös vállalatot működtetnek a nyomtatógyártókkal. A fent említett gyártók többsége OEM-alapon szállít fejeket más gyártóknak (bár néha a legújabb modelleket megtartják maguknak). A fejgyártók közé tartozik még a Konica Minolta, a Kyocera, a Panasonic, a Ricoh, a Toshiba TEC és a Xaar.

Drop-on-demand (DoD)

Ez egy általános kifejezés arra a nyomtatófejtípusra, amely a modern, kiváló minőségű grafikához használt tintasugaras nyomtatókban található meg, beleértve a FESPA kiállításokon és ezen a weboldalon látható széles formátumú nyomtatókat is.

Az igény szerinti cseppképzés azt jelenti, hogy a tintasugaras fúvókák akkor és ott generálnak és vetítenek ki tintacseppeket, amikor és ahová szükségesek a hordozón történő jelölés létrehozásához. A kifejezést elsősorban a korábbi folyamatos áramlású fejekkel (lásd alább a folyamatos áramlású fejeket) való szembeállításra találták ki.

Az igény szerinti csepegtetőfejek tovább oszthatók termikus vagy piezoelektromos típusokra – lásd alább.

Olyan tintasugaras nyomtatófej, amely a nyomtató működése alatt folyamatosan cseppeket vetít ki. Normális esetben fejenként csak egy fúvóka van, de a szélesebb nyomtatási sáv kialakításához több fej is használható.

A sugárzást vagy elektrosztatikus mezővel feltöltött fémlemezek, vagy (a Kodak esetében) pontosan időzített légsugárral terelik a hordozó felé vagy távolabb a hordozótól. A nem kívánt tinta egy felfogócsatornában gyűlik össze, és szűréssel visszajuttatható a tárolótartályba.

Manapság ezek a fejek általában inkább a kódoló és jelölő rendszerekben találhatók meg, mint a kifinomult grafikus nyomtatókban.

Kivételt képeznek a Kodak Prosper nyomtatófejcsalád nyomtatófejei, amelyek egy Stream nevű, magasan fejlett folyamatos tintasugaras technológiát használnak, amely nagyon jó képminőséget biztosít. Jelenleg a Prosper és a Stream technológiát nem használják egyetlen dedikált tábla- és display típusú nyomtatóban sem.

Ezek voltak az első típusú, igény szerint cseppenthető nyomtatófejek, és az 1980-as évek elején az első asztali tintasugaras nyomtatókban használták őket. A termikus nyomtatófejek hatékonyak, és nagyon jó képminőséget és sebességet biztosítanak, amely felveszi a versenyt a piezoelektromos fejekkel, de a piezoelektromos nyomtatófejekkel ellentétben csak vízalapú tintákkal működnek, így általában beltéri alkalmazásokra korlátozódnak.

A HP latex tintái kivételt képeznek: ezek a HP termikus fejekkel működnek. Ennek oka az, hogy hőre aktiválódó polimerrel rendelkeznek vizes szuszpenzióban, amely kültéri használatra is alkalmas.

A hőtechnológiát az 1970-es években a japán nyomtatófej-technolo és az amerikai Hewlett-Packard egymástól függetlenül és egyidejűleg találta fel, és úgy döntöttek, hogy ahelyett, hogy egymás ellen harcolnának, inkább egyesítik szabadalmaikat.

Az elv az, hogy a nyomtatófej tintakamrájában lévő elemet gyorsan felmelegítik, hogy a folyékony tinta elpárologjon, és gázbuborékot képezzen, amely kitágul, és egy tintacseppet nyom ki a kamra egyik végén lévő lyukon (a fúvókán).

Ezután a fűtőelemet kikapcsolják, így a gázbuborék lehűl, kondenzálódik és összehúzódik. A fúvókánál lévő felületi feszültség megakadályozza a levegő visszafelé történő beszívását, így helyette több folyékony tinta kerül a kamrába a tápcsövekből. A Canon, a hőfejek közös feltalálója, a működésük miatt alkotta meg a Bubble jet kifejezést.

Eddig nem léteznek valódi szürkeárnyalatos termikus fejek, így ezek mind binárisak, ami azt jelenti, hogy a cseppek mindig ugyanolyan méretűek. A HP azonban különböző méretű párosított fúvókákat fejlesztett ki, amelyek valamennyire közelítenek a szürkeárnyalatos hatáshoz.

A hőterhelés miatt a fejek gyorsan elhasználódnak, ezért a fejeket úgy tervezték, hogy fogyóeszközök legyenek, így néhány tíz vagy száz üzemóra után könnyen és olcsón cserélhetők.

Gyakran csak piezo fejeknek nevezik. Ezek a drop-on-demand fejek az 1990-es években kezdtek megjelenni a korai nagy formátumú nyomtatókban, és forradalmasították az ágazatot. Először jelentették azt, hogy az eredetileg a szitanyomáshoz társított oldószeres és UV-keményítésű festékeket digitálisan is lehetett nyomtatni.

A piezofejek mind azon az elven alapulnak, hogy egy bizonyos típusú kristály (a tintasugaras nyomtatókban gyakran ólom-cirkonát-titanát, PZT) kitágul vagy összehúzódik, amikor elektromos áramot vezetnek át rajta, majd újra kikapcsolják. Ezt a tágulást/összehúzódást használják a tintakamrában lévő szivattyú alapjaként.

A kristályok konfigurációjától függően (az úgynevezett „hajlító” vagy „nyíró” üzemmódban) a kétirányú tágulás vagy beszívja a tintát, majd a fúvókán keresztül kiszorítja azt a kamrából (az Epson ezt használja), vagy akusztikus nyomáshullámokat hoz létre, amelyek ugyanezt a hatást fejtik ki, de kevesebb energiával (a Xaar ezt használja).

Az elektromos áram nagyon gyorsan be- és kikapcsolható, és a kristály tágulása/összehúzódása is szinte azonnal bekövetkezik, így sokkal több lehetőség van a pontképződés szabályozására, mint a termikus fejek esetében.

Ez többek között azt jelenti, hogy egyes piezofejek ugyanabból a kamrából és fúvókából különböző méretű cseppeket tudnak létrehozni, ami különböző tintasűrűséget eredményez a hordozón. Ezeket nevezik szürkeárnyalatos fejeknek (lásd alább).

A piezoelektromos hatás nagyjából bármilyen folyadékkal működik, így a piezo nyomtatófejek készíthetők oldószeres tinták, UV-alapú tinták (beleértve a 3D nyomtatásban használt tinták némelyikét) és vizes tinták kezelésére. Olyan kihívást jelentő folyadékokhoz is használhatóak, mint az elektromos vezető tinták, a nagy részecskékből álló, átlátszatlan fehér és fémes tinták, a 3D nyomtatáshoz használt tinták és a fázisváltó tinták, amelyek a tintakamrába érve folyadékként viselkednek.

A piezo nyomtatófejek sokkal tovább bírják, mint a hőfejek, mivel kisebb a hőterhelés, és a piezo kristályok több milliószor képesek kitágulni/összehúzódni. A piezo fej általában a gép élettartamára van tervezve, feltéve, hogy nincs végzetes eltömődés vagy külső sérülés. Ugyanakkor ezek gyártása és beszerzése is jóval többe kerül, mint a termikus fejeké, ezért a felhasználóknak több erőfeszítést kell tenniük a karbantartásukra.

Ezek a kifejezések azt jelzik, hogy a nyomtatófej mind egyforma méretű cseppeket lő-e ki, vagy ezek valamilyen módon változtathatók, így a hordozóra jutó tinta sűrűsége világosabb árnyalatokkal szabályozható. A szürkeárnyalatos technikákkal kombinálva a szürkeárnyalat jelentősen kibővítheti a tintasugaras nyomtatás tónustartományát, miközben viszonylag szerényebb fúvókaosztást vagy kevesebb menetet tesz lehetővé.

A piezo nyomtatófejek eredetileg mindig binárisak voltak, ami azt jelenti, hogy csak azonos méretű tintacseppeket hoztak létre. Egy bináris fejből jó tónustartományt kaphatunk a féltónusos technikák alkalmazásával, de a kiemelt tónusok kissé szemcsésnek tűnhetnek, hacsak nem használunk ultrafinom fúvókaosztást (és/vagy nem adunk hozzá extra, világosabb színű tintát).

A tipikus bináris cseppméret 30 és 100 pikoliter között van. A finomabb eredmények eléréséhez kisebb cseppek is elérhetők, de ez azt jelenti, hogy több menetre van szükség a nyomtatás szilárd területeinek sűrűségének kialakításához, így a nyomtatás lassabb.

A szürkeárnyalatos fejek képesek az egyes nyomtatott pontok sűrűségét változtatni, így egy csepp a 30%-tól vagy 50%-tól akár 100%-os színt is mutathat. Ennek előnye, hogy alacsonyabb felbontással és kevesebb fejátmenettel ugyanazt az „effektív felbontást” lehet elérni, mint a sokkal nagyobb natív felbontású bináris fejekkel.

Például egy 360 dpi felbontás egy szürkeárnyalatos fejjel állítólag ugyanazt a hatást adja, mint az 1000 dpi-s bináris, ami olyan jó, amire általában valaha is szüksége lesz fényképekhez és keverékekhez, még a közeli nézethez is.

A piezo fejek a pontok méretét többféle módszerrel változtatják, általában az egyes gyártóktól és attól függően, hogy milyen szabadalmakkal rendelkezik, vagy hogy milyen szabadalmak megsértését akarja elkerülni. A pontos módszerektől függően három és egy méret közötti cseppméret állhat rendelkezésre.

A legkisebb méret a legfinomabb nyomtatófejeken (amelyeket gyakran fotózáshoz használnak) kevesebb, mint 2 pikoliter). A feliratnyomtatóknál a legkisebb cseppeknél a 10-20 pikoliteres méretek gyakoribbak, mivel a sebesség és a lefedettség többet számít, mint a közeli megjelenítés minősége.

Termikus szürkeárnyalat

Igazi változtatható cseppméret eddig csak piezo fejekkel volt lehetséges. A HP azonban kifejlesztett egyfajta szürkeárnyalatot a termikus PageWide fejekhez, amelyet High Definition Nozzle Architecture-nek neveztek el. Ezt eddig csak a kereskedelmi nyomtatásra szánt hatalmas T-sorozatú tintasugaras rotációs nyomdagépein használják, a széles formátumú, egymenetes PageWide XL modelleken nem, amelyeket eddig főként CAD- és tervezési munkákhoz használtak.

Bár a cseppek mindig azonos méretűek az egyes fúvókákból, a nyomtatófejben egy nagy és egy kis fúvókát nagyon szorosan egymás mellé helyez, és egy képalkotó elemként kezeli őket. Ezután két pár fúvókát vesz és egyetlen képalkotó elemként vezérli őket szürkeárnyalatos célokra.

A két kis és két nagy fúvóka különböző kombinációival öt szürke szint érhető el (valójában fehér plusz négy szint). A HDNA fúvókaosztás 2400 dpi, így a fúvópárok natív felbontása 1200 dpi, a szürkeárnyalat-készleteké pedig 600 dpi.

További sűrűségszabályozás lehetséges a nagy és a kis fúvókák különböző tintaszínek használatával (pl. cián és világos cián). A fúvókakészleteket külön is lehet vezérelni nagyobb sebesség vagy felbontás esetén, kevesebb szürkeárnyalattal.

 

Ez a fúvókaosztás leírása, ami azt jelenti, hogy a nyomtatófej egy adott területen hány tintacseppet képes előállítani. Az iparágban ezt általában nem metrikus, hanem hüvelykenkénti pontokban adják meg. Tehát ha egy nyomtatófej 1,5 hüvelyk (38 mm) széles, és 540 fúvókával rendelkezik a teljes szélességében, akkor a natív felbontás 360 dpi.

Sok széles formátumú tintasugaras nyomtató több, egymást átfedő átmenettel építi fel a képet, így az adathordozón hüvelykenként sokkal több csepp lehet, mint amennyit a natív felbontás önmagában meg tud adni. Minél nagyobb a dpi, annál inkább úgy nézhet ki a végső nyomat, mint egy folyamatos tónusú fénykép.

A szürkeárnyalatos fejek lehetővé teszik a különböző pontsűrűségek létrehozását, ami nagyobb tónustartományt biztosít az azonos fúvókaosztású bináris fejekhez képest, ami viszont jobban szimulálja a folyamatos tónusokat.

Ezért a szürkeárnyalatos nyomtatók gyártói gyakran beszélnek „egyenértékű” felbontásról, ami azt jelenti, hogy például egy 360 dpi-s szürkeárnyalatos fej egy 1000 dpi-s bináris fejnek megfelelő érzékelhető minőséget biztosít.

Vannak nagyon nagy natív felbontású nyomtatófejek is, mint például az Epson Micro Piezo PrecisionCore TFT fejek (amelyeket a SureColor nyomtatókban használnak) natív 600 dpi felbontással és öt cseppmérettel rendelkeznek 1,5 és 23 pikoliter között.

A HP fent említett PageWide HDNA fúvókája 2400 dpi-s fúvókaosztással rendelkezik, a nagy és kis fúvókák váltakozásával, de mivel ezek párosan vannak vezérelve, a natív felbontás 1200 dpi-nek tekinthető.

Az iparág azon tagjai, akik többet szeretnének megtudni a HP és az Epson készletekről és azokról az előnyökről, amelyeket a vállalkozásuk számára nyújthatnak, beszélhetnek a vállalatok szakértőivel a FESPA 2017 kiállításon, amely május 8-12. között zajlik a németországi Hamburg Messe területén.

A HP és az Epson lesz a két márka a több mint 700 márka közül, amelyek jelen lesznek a rendezvényen, amely várhatóan rekordszámú látogatót vonz majd.

Ha többet szeretne megtudni a FESPA 2017, látogasson el a következő weboldalra: https://www.fespa2017.com. A látogatók ingyenes belépést kapnak a kiállításra, ha online regisztrálnak, és megadják a referenciakódot: FESG702.