Pod wieloma względami głowica drukująca jest sercem drukarki atramentowej, bezpośrednio odpowiedzialnym za umieszczanie każdej pojedynczej kropli atramentu na podłożu.

Głowice drukujące do drukarek atramentowych to cuda nowoczesnej inżynierii, zdolne do precyzyjnego umieszczania tysięcy kropel atramentu o różnych rozmiarach dokładnie tam, gdzie jest to potrzebne. Istnieje kilka podejść do projektowania głowic drukujących, ale zdecydowanie najpopularniejszym w przypadku szerokoformatowych drukarek atramentowych jest piezoelektryczny system kropli na żądanie.

Zasadniczo głowica drukująca zawiera komorę atramentową z elektrycznym siłownikiem piezoelektrycznym, wykonanym z materiału takiego jak cyrkonowo-tytanowy ołów (PZT). Po przyłożeniu zewnętrznego ładunku elektrycznego do PZT zmienia on kształt, wypychając kroplę atramentu z komory atramentu i przez dyszę. Ta konstrukcja jest odpowiednia dla szerokiej gamy różnych rodzajów atramentów, w tym wodnych, rozpuszczalnikowych i utwardzanych promieniami UV.

Jedyną realną alternatywą jest technologia termiczna, stosowana przez HP w drukarkach lateksowych i Canon w serii ImagePrograf. Polega ona na podgrzewaniu atramentu w komorze atramentowej, aż do jego odparowania, tworząc pęcherzyk, który wypycha kroplę atramentu przez dyszę.

Technika ta jest naprawdę odpowiednia tylko dla atramentów na bazie wody, chociaż HP odniosło znaczny sukces w rozszerzaniu zakresu zastosowań dzięki atramentom lateksowym, które są na bazie wody i nadają się do oznakowania zewnętrznego, a także do niektórych zastosowań tekstylnych.

Do tej pory widzieliśmy, jak zarówno piezoelektryczne, jak i termiczne głowice drukujące wytwarzają ciśnienie wystarczające do wypchnięcia atramentu przez dyszę, ale to tylko połowa sukcesu. Ciśnienie to musi zostać natychmiast odcięte, co powoduje wciągnięcie części atramentu z powrotem do dyszy.

Powoduje to odcięcie dopływu atramentu, zatrzymując formowanie kropli atramentu i nieuchronnie, gdy atrament wraca do dyszy, może rozpryskiwać płytkę dyszy. Zabłąkany atrament może ostatecznie doprowadzić do zablokowania dysz i awarii głowic drukujących.

Binarne kontra skala szarości

Rozmiar poszczególnych kropli atramentu ma bezpośredni wpływ na ogólną jakość wydruku. Ogólnie rzecz biorąc, małe krople zapewniają dobrą rozdzielczość i wysoką rozdzielczość i są dobre do tekstu, podczas gdy duże krople mogą szybko pokryć duże obszary i są dobre do drukowania dużych płaskich obszarów. Wiele drukarek, szczególnie tych większych i szybszych, stosuje podejście binarne, w którym każda kropla ma ten sam rozmiar, ponieważ jest to szybsze.

Alternatywą jest zmiana rozmiaru kropli atramentu, technika znana zwykle jako drukowanie w skali szarości. Ma to wiele zalet. Po pierwsze, mieszanie większych i mniejszych kropek ułatwia radzenie sobie z gradientami i niewielkimi zmianami tonalnymi, takimi jak pejzaż lub odcienie skóry.

Może to również prowadzić do zmniejszenia zużycia atramentu, częściowo dlatego, że niektóre kropki są dość małe, ale także dlatego, że łatwiej jest uzyskać gładsze gradienty z czterema kolorami bez konieczności stosowania dodatkowych kolorów.

Istnieją trzy podstawowe podejścia, aczkolwiek z kilkoma wariacjami. Pierwszym z nich jest wystrzeliwanie kropli o różnych rozmiarach, na przykład poprzez zmianę mocy elektrycznej używanej do generowania kropli. Drugim jest wystrzelenie bardzo ciężkiej kropli atramentu, która rozciągnie się podczas lotu w powietrzu i rozpadnie się na większe i mniejsze kropelki.

Zazwyczaj wiele głowic drukujących wykorzystuje kombinację tych podejść. Trzecia alternatywa znana jest jako multi-pulsowanie i polega na szybkim wystrzeleniu dwóch kropli atramentu, które następnie łączą się w jedną większą kroplę, zwykle w locie, zanim uderzą w podłoże.

Zrzut na żądanie

Xaar właśnie wprowadził na rynek głowicę drukującą 5601, która jest odpowiednia dla atramentów wodnych.

Wielu producentów zwróciło się w stronę MEM, czyli systemów mikroelektromechanicznych, ponieważ technologia ta oferuje opłacalny sposób projektowania złożonych części. Zasadniczo system jest formowany na podłożu krzemowym lub szklanym. Nie jest to najłatwiejsza technika i wymaga wysoce zaawansowanych technologii wytwarzania w skali mikronowej.

Firmy korzystające z technologii MEM to między innymi Konica Minolta, która posiada szereg głowic drukujących, takich jak KM1024, szeroko stosowanych w drukarkach wielkoformatowych. Istnieje szybsza wersja, 1024i, która nadaje się do atramentów UV i solwentowych.

Posiada wysokowydajną grzałkę wbudowaną w głowicę, co ułatwia obsługę atramentów o wysokiej lepkości. Natywny rozmiar kropli wynosi 13 pikolitrów, ale może produkować do ośmiu poziomów skali szarości. Rozdzielczość wynosi 360 dpi.

Dimatix, który jest obecnie częścią Fujifilm, produkuje szereg głowic drukujących, w tym klasy Q, które są używane w wielu drukarkach wielkoformatowych. Istnieje 70 wariantów z różnymi rozmiarami kropli od 10 do 200 pikolitrów, zarówno w wersji binarnej, jak i w skali szarości. Głowice są montowane w ramach, które mają dwie lub cztery głowice, aby umożliwić do 1024 dysz.

Ricoh produkuje również głowice drukujące odpowiednie do stosowania w wielkoformatowym druku cyfrowym i właśnie ogłosiła nową głowicę drukującą, MH5220. Ma ona cztery rzędy po 320 dysz, co daje łącznie 1280 dysz i rozdzielczość 1200 dpi. Może ona drukować krople o rozmiarach od 2,5 do 9 pikolitrów poprzez łączenie kropli w locie.

Xaar wykorzystuje również MEM w swoich głowicach z serii Xaar 1003, które nadają się do stosowania z atramentem UV i rozpuszczalnikowym. Głowice te są wyposażone w nową funkcję ochrony płyty dyszy o nazwie XaarGuard, zaprojektowaną w celu ograniczenia uszkodzeń głowic drukujących, które nadal są główną przyczyną awarii głowic.

Najnowsza głowica drukująca Xaar to Xaar 5601, zaprojektowana do obsługi płynów wodnych, takich jak barwnikowe atramenty sublimacyjne występujące w wielkoformatowych drukarkach tekstylnych. Seria 5601 ma 1200 dysz na cal, z natywnym rozmiarem kropli wynoszącym zaledwie 3 pikolitry. Można to jednak połączyć z ośmioma poziomami skali szarości, aby uzyskać pozorną rozdzielczość około 2440 dpi.

Obie serie wykorzystują technologię TF firmy Xaar, która oznacza Through Flow. Zasadniczo oznacza to, że atrament jest recyrkulowany przez głowicę drukującą z tyłu każdej dyszy, pomagając zmniejszyć możliwość zatykania dysz przez powietrze i zanieczyszczenia w tuszu.

Firma Epson opracowała głowicę drukującą PrecisionCore, opartą na cienkowarstwowej technologii piezoelektrycznej, którą można znaleźć we wszystkich jej drukarkach wielkoformatowych. Podstawową zasadą jest to, że im cieńsza folia piezoelektryczna, tym bardziej może się ona uginać, co z kolei zapewnia bardziej precyzyjną kontrolę nad sposobem, w jaki przepycha atrament przez dyszę. Podobnie jak w przypadku większości nowoczesnych głowic drukujących, głowice PrecisionCore są oparte na technologii MEM.

Integracja z drukarką

Firma Epson opracowała własną głowicę drukującą PrecisionCore, opartą na technologii MicroTFP.

Chociaż prawdą jest, że istnieje tylko kilka firm produkujących głowice drukujące i że wiele drukarek w danej klasie będzie używać tych samych głowic, nadal mogą istnieć znaczne różnice między drukarkami i ich wydajnością. Większość producentów głowic drukujących produkuje różne warianty swoich głowic, które można dostosować do wymagań twórcy drukarki.

Ponadto twórcy atramentów będą współpracować z producentami głowic drukujących w celu przetestowania i dostrojenia zarówno sposobu implementacji głowic, jak i składu atramentów, aby uzyskać najlepszą wydajność. Oznacza to testowanie wpływu atramentu na głowice, zapewniając na przykład, że atrament nie reaguje z powłoką na płytce dyszy lub klejem łączącym różne części głowicy.

Testy te sprawdzają również optymalną lepkość atramentu, która będzie miała bezpośredni wpływ na sposób formowania kropli atramentu, co może oznaczać podgrzanie atramentów i upewnienie się, że głowica poradzi sobie z tą temperaturą.

W większości przypadków producent głowic drukujących opracowuje również elektronikę napędu i przebiegi niezbędne do wystrzeliwania atramentu przez głowice. Jednak wielu producentów drukarek woli opracowywać własne przebiegi, ponieważ ma to bezpośredni wpływ na sposób formowania kropli atramentu i ogólną wydajność atramentu z głowicami.

Konserwacja

Na koniec warto podkreślić znaczenie dobrej konserwacji. Największą pojedynczą przyczyną awarii głowic drukujących są zatkane dysze, których w większości przypadków można uniknąć poprzez regularne czyszczenie głowic.

Kilka minut spędzonych na początku i na końcu każdej zmiany na czyszczeniu dysz powinno zapewnić trwałość głowic drukujących na kilka lat, minimalizując czas przestoju drukarki i oszczędzając pieniądze. W każdym przypadku najlepiej jest upewnić się, że gwarancja na drukarkę obejmuje wymianę co najmniej jednej głowicy drukującej rocznie.