프린트헤드는 여러 측면에서 잉크젯 프린터의 핵심으로, 인쇄물에 잉크 한 방울 한 방울을 직접 떨어뜨리는 역할을 합니다.

잉크젯 프린트헤드는 다양한 크기의 잉크 수천 방울을 필요한 곳에 정확하게 배치할 수 있는 현대 공학의 경이로움입니다. 프린트헤드를 설계하는 방법에는 여러 가지가 있지만 와이드 포맷 잉크젯의 경우 가장 일반적인 방식은 주문형 피에조입니다.

기본적으로 프린트헤드에는 피에조 전기 액추에이터가 장착된 잉크 챔버가 있으며, 납 지르코늄 티타늄(PZT) 같은 재질로 만들어집니다. 외부 전하가 PZT에 가해지면 모양이 변하여 잉크 챔버에서 잉크 한 방울이 노즐을 통해 강제로 배출됩니다. 이 설계는 수성, 솔벤트 및 UV 경화 잉크를 포함한 다양한 잉크 유형에 적합합니다.

유일한 대안은 HP의 라텍스 프린터와 Canon의 ImagePrograf 시리즈에 사용되는 감열 기술입니다. 이 기술은 잉크 챔버 내의 잉크를 가열하여 기화될 때까지 기포를 만들어 노즐을 통해 잉크 한 방울을 강제로 분사하는 방식입니다.

이 기술은 수성 잉크에만 적합하지만, HP는 수성이며 옥외 간판과 일부 섬유 응용 분야에 적합한 라텍스 잉크를 통해 응용 범위를 확장하는 데 상당한 성공을 거두었습니다.

지금까지 피에조 및 감열식 프린트헤드가 노즐을 통과할 수 있는 충분한 압력을 생성하는 방법을 살펴보았지만 이것은 이야기의 절반에 불과합니다. 이 압력을 즉시 차단해야 잉크의 일부가 노즐로 다시 유입됩니다.

이렇게 하면 잉크 공급이 차단되어 잉크 방울이 형성되는 것이 중단되고 잉크가 노즐에 다시 부딪히면서 노즐 플레이트에 잉크가 튈 수 있습니다. 흘린 잉크는 결국 노즐 막힘과 프린트 헤드 고장으로 이어질 수 있습니다.

바이너리 대 그레이스케일

개별 잉크 방울의 크기는 전체 출력 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적으로 작은 방울은 선명하고 해상도가 높으며 텍스트에 적합하고, 큰 방울은 넓은 영역을 빠르게 커버할 수 있으며 넓은 평평한 영역을 인쇄하는 데 적합합니다. 많은 프린터, 특히 더 크고 빠른 평판을 사용하는 프린터는 모든 잉크 방울의 크기가 같은 이원화 방식을 사용하는 것이 더 빠르기 때문에 이 방식을 사용합니다.

다른 방법은 잉크 방울의 크기를 변화시키는 것인데, 일반적으로 그레이 스케일 인쇄로 알려진 기술입니다. 여기에는 여러 가지 장점이 있습니다. 첫째, 크고 작은 점을 혼합하면 하늘 풍경이나 피부 톤과 같은 그라데이션과 약간의 색조 변화를 더 쉽게 처리할 수 있습니다.

또한 일부 도트가 매우 작기 때문에 잉크 소비를 줄일 수 있으며, 추가 색상 없이도 4가지 색상으로 더 부드러운 그라데이션을 쉽게 얻을 수 있습니다.

몇 가지 변형이 있긴 하지만 세 가지 기본 접근 방식이 있습니다. 첫 번째는 잉크 방울을 생성하는 데 사용되는 전력을 변경하는 등 실제로 다양한 크기의 잉크 방울을 발사하는 것입니다. 두 번째는 매우 무거운 잉크 방울을 발사하여 공기를 통해 날아가면서 늘어나고 크고 작은 물방울로 부서지게 하는 것입니다.

일반적으로 많은 프린트헤드는 여러 가지 접근 방식을 조합하여 사용합니다. 세 번째 대안은 멀티 펄싱으로 알려져 있으며 두 방울의 잉크를 빠르게 발사한 다음 하나의 큰 방울로 합쳐서 보통 인쇄물에 닿기 전에 비행 중에 분사하는 방식입니다.

온디맨드 드롭

Xaar는 수성 잉크에 적합한 5601 프린트헤드를 출시했습니다.

이 기술은 복잡한 부품을 비용 효율적으로 설계할 수 있는 방법을 제공하기 때문에 많은 공급업체가 MEM(마이크로 일렉트로 기계 시스템)으로 전환했습니다. 기본적으로 시스템은 실리콘 또는 유리 기판 위에 형성됩니다. 가장 쉬운 기술은 아니며 고도로 발전된 미크론 규모의 제조 기술이 필요합니다.

MEM 기술을 사용하는 회사로는 대형 프린터에 널리 사용되는 KM1024와 같은 다양한 프린트헤드를 보유한 Konica Minolta가 있습니다. UV 및 솔벤트 잉크에 적합한 더 빠른 버전인 1024i도 있습니다.

헤드에 고성능 히터가 내장되어 있어 고점도 잉크를 더 쉽게 처리할 수 있습니다. 기본 드롭 크기는 13피코리터이지만 최대 8단계의 그레이스케일을 생성할 수 있습니다. 해상도는 360dpi입니다.

현재 후지필름의 일부인 Dimatix는 여러 와이드 포맷 프린터에 사용되는 Q 클래스를 비롯한 다양한 프린트헤드를 제조합니다. 바이너리 및 그레이 스케일 버전 모두 10피코리터에서 200피코리터까지 다양한 드롭 크기를 가진 70가지 변형이 있습니다. 헤드는 최대 1024개의 노즐을 사용할 수 있도록 2개 또는 4개의 헤드가 있는 프레임에 장착됩니다.

리코는 와이드 포맷 디지털 인쇄에 적합한 프린트헤드도 생산하고 있으며, 최근 새로운 프린트헤드인 MH5220을 발표했습니다. 이 제품은 4열 320노즐, 총 1280노즐, 1200dpi 해상도를 지원합니다. 비행 중에 여러 방울을 병합하여 2.5에서 9피코리터까지 다양한 크기의 방울을 분사할 수 있습니다.

또한 Xaar는 UV 및 솔벤트 잉크와 함께 사용하기에 적합한 Xaar 1003 시리즈 헤드에 MEM을 사용합니다. 이 프린트헤드에는 여전히 헤드 고장의 큰 원인인 프린트헤드 손상을 제한하도록 설계된 새로운 노즐 플레이트 보호 기능인 XaarGuard가 함께 제공됩니다.

Xaar의 최신 프린트헤드는 와이드 포맷 텍스타일 프린터에서 볼 수 있는 염료 승화 잉크와 같은 수성 유체를 처리하도록 설계된 Xaar 5601입니다. 5601 시리즈에는 인치당 1200개의 노즐이 있으며 기본 드롭 크기는 3피코리터에 불과합니다. 그러나 이를 8개의 그레이스케일 레벨과 결합하여 약 2440dpi의 해상도를 구현할 수 있습니다.

두 시리즈 모두 스루 플로우를 의미하는 Xaar의 TF 기술을 사용합니다. 이는 기본적으로 잉크가 각 노즐의 뒷면을 지나 프린트 헤드를 통해 재순환되어 잉크의 공기 및 이물질이 노즐을 막는 가능성을 줄이는 데 도움이 된다는 의미입니다.

Epson은 모든 와이드 포맷 프린터에 사용되는 박막 피에조 기술을 기반으로 PrecisionCore 프린트헤드를 개발했습니다. 기본 원리는 피에조 필름이 얇을수록 더 많이 구부러져 노즐을 통해 잉크를 밀어내는 방식을 더 정밀하게 제어할 수 있다는 것입니다. 대부분의 최신 프린트헤드와 마찬가지로 PrecisionCore 헤드는 MEM 기술을 기반으로 합니다.

프린터 통합

엡손은 MicroTFP 기술을 기반으로 자체 개발한 PrecisionCore 프린트헤드를 개발했습니다.

프린트헤드를 만드는 회사가 소수에 불과하고 특정 등급의 많은 프린터가 동일한 헤드를 사용하는 것은 사실이지만, 프린터와 성능에는 여전히 상당한 차이가 있을 수 있습니다. 대부분의 프린트헤드 공급업체는 프린터 개발자의 요구 사항을 충족하기 위해 다양한 변형 헤드를 생산하며, 이를 조정할 수 있습니다.

또한 잉크 개발자는 프린트헤드 제조업체와 협력하여 최상의 성능을 얻기 위해 헤드 구현 방식과 잉크 배합을 모두 테스트하고 조정합니다. 예를 들어 잉크가 노즐 플레이트의 코팅이나 헤드의 여러 부분을 접착하는 접착제와 반응하지 않는지 확인하는 등 잉크가 헤드에 어떤 영향을 미치는지 테스트합니다.

이 테스트는 또한 잉크 방울이 형성되는 방식에 직접적인 영향을 미치는 잉크의 최적 점도를 찾으며, 이는 잉크를 가열하고 헤드가 해당 온도에 대처할 수 있는지 확인하는 것을 의미할 수 있습니다.

대부분의 경우 프린트헤드 제조업체는 헤드를 통해 잉크를 분사하는 데 필요한 구동 전자 장치와 파형도 개발합니다. 그러나 많은 프린터 공급업체는 잉크 방울이 형성되는 방식과 헤드와 잉크의 전반적인 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 자체 파형을 개발하는 것을 선호합니다.

유지 관리

마지막으로, 올바른 유지 관리의 중요성을 지적할 필요가 있습니다. 프린트헤드 고장의 가장 큰 단일 원인은 노즐 막힘이며, 이는 대부분 정기적으로 헤드를 청소함으로써 피할 수 있습니다.

근무 시작과 종료 시마다 몇 분만 투자하여 노즐을 깨끗하게 닦아주면 프린트헤드를 몇 년간 사용할 수 있으므로 프린터 가동 중단 시간을 최소화하고 비용을 절약할 수 있습니다. 어떤 경우든 프린터 보증에 1년에 프린트헤드 교체가 한 번 이상 포함되는지 확인하는 것이 가장 좋습니다.