Во многих отношениях печатающая головка — это сердце струйного принтера, непосредственно отвечающее за размещение каждой отдельной капли чернил на подложке.

Печатающие головки для струйной печати — это чудо современной техники, способное точно разместить тысячи капель чернил разного размера именно там, где это необходимо. Существует несколько подходов к проектированию печатающих головок, но, безусловно, наиболее распространенным для широкоформатной струйной печати является пьезо головка «капля по требованию».

По сути, печатающая головка содержит чернильную камеру с пьезоэлектрическим приводом, изготовленным из такого материала, как свинец-цирконий-титан (PZT). Когда на PZT подается внешний электрический заряд, он меняет форму, заставляя каплю чернил вытекать из чернильной камеры через сопло. Такая конструкция подходит для широкого спектра различных типов чернил, включая водные, сольвентные и УФ-отверждаемые чернила.

Единственной реальной альтернативой является термальная технология, которую используют HP для своих латексных принтеров и Canon для серии ImagePrograf. Она заключается в нагревании чернил в чернильной камере до тех пор, пока они не испарятся, создавая пузырек, который выталкивает каплю чернил через сопло.

Эта технология действительно подходит только для чернил на водной основе, хотя компания HP добилась значительного успеха в расширении спектра применения за счет своих латексных чернил, которые имеют водную основу и подходят для наружных вывесок, а также для некоторых текстильных применений.

До сих пор мы видели, как пьезо- и термопечатающие головки создают достаточное давление, чтобы протолкнуть некоторое количество чернил через сопло, но это только половина дела. Это давление должно быть немедленно прекращено, что втягивает часть чернил обратно в сопло.

Это прекращает подачу чернил, останавливая формирование чернильной капли, и неизбежно, когда чернила возвращаются в сопло, они могут забрызгать сопловую пластину. Брызги чернил в конечном итоге могут привести к блокировке дюз и выходу из строя печатающих головок.

Двоичная шкала против шкалы серого цвета

Размер отдельных капель чернил напрямую влияет на общее качество печати. Как правило, маленькие капли дают хорошую четкость и высокое разрешение и хорошо подходят для печати текста, в то время как большие капли могут быстро покрыть большую площадь и хорошо подходят для печати больших плоских областей. Многие принтеры, особенно большие и быстрые планшеты, используют бинарный подход, когда каждая капля имеет одинаковый размер, потому что так быстрее.

Альтернативный вариант — варьировать размер чернильных капель; эта техника обычно известна как печать в оттенках серого. В этом есть ряд преимуществ. Во-первых, смешивание больших и меньших точек облегчает работу с градиентами и небольшими тональными сдвигами, как, например, в небесном пейзаже или тонах кожи.

Это также может привести к снижению расхода чернил, отчасти потому, что некоторые точки очень маленькие, а также потому, что с помощью четырех цветов легче получить более плавные градиенты, не требуя дополнительных цветов.

Существует три основных подхода, хотя и с несколькими вариациями. Первый заключается в том, чтобы действительно стрелять каплями разного размера, например, изменяя электрическую мощность, используемую для генерации капель. Второй — выстрелить очень тяжелой каплей чернил, которая растянется, пролетая по воздуху, и распадется на более крупные и мелкие капли.

Как правило, многие печатающие головки используют комбинацию подходов. Третий вариант известен как мультипульсация и подразумевает быстрый выстрел двумя каплями чернил, которые затем сливаются в одну большую каплю, обычно в полете, прежде чем они попадут на подложку.

Капля по требованию

Компания Xaar только что выпустила печатающую головку 5601, которая подходит для водных чернил.

Многие производители обратились к МЭМС, или микроэлектромеханическим системам, потому что эта технология предлагает экономически эффективный способ проектирования сложных деталей. По сути, система формируется на кремниевой или стеклянной подложке. Это не самая простая технология, требующая высокоразвитых технологий изготовления в микронном масштабе.

Среди компаний, использующих технологию MEMs, — Konica Minolta, у которой есть ряд печатающих головок, таких как KM1024, широко используемая в широкоформатных принтерах. Существует более быстрая версия, 1024i, которая подходит для УФ- и сольвентных чернил.

В головку встроен высокопроизводительный нагреватель, что облегчает работу с чернилами высокой вязкости. Размер капли составляет 13 пиколитров, но он может создавать до восьми уровней оттенков серого. Разрешение составляет 360 точек на дюйм.

Компания Dimatix, которая сейчас является частью Fujifilm, производит ряд печатающих головок, в том числе Q-класса, которые используются в ряде широкоформатных принтеров. Существует 70 вариантов с различными размерами капли от 10 до 200 пиколитров в двоичном и сером вариантах. Головки устанавливаются в рамы, которые имеют две или четыре головки, что позволяет использовать до 1024 сопел.

Компания Ricoh также производит печатающие головки, подходящие для широкоформатной цифровой печати, и только что анонсировала новую головку — MH5220. Она имеет четыре ряда по 320 сопел, в общей сложности 1280 сопел и разрешение 1200 dpi. Она может распылять капли разных размеров — от 2,5 до 9 пиколитров — путем слияния капель в полете.

Компания Xaar также использует МЭМ в своих головках серии Xaar 1003, которые подходят для работы с УФ-чернилами и сольвентными чернилами. Эти печатающие головки оснащены новой функцией защиты сопловой пластины под названием XaarGuard, предназначенной для ограничения повреждений печатающих головок, которые по-прежнему являются одной из основных причин выхода головок из строя.

Новейшая печатающая головка Xaar 5601 предназначена для работы с водными жидкостями, такими как сублимационные чернила, используемые в широкоформатных текстильных принтерах. Серия 5601 имеет 1200 сопел на дюйм, а собственный размер капли составляет всего 3 пиколитра. Однако в сочетании с восемью уровнями шкалы серого это позволяет получить видимое разрешение около 2440 точек на дюйм.

В обеих сериях используется технология Xaar TF, что означает Through Flow (сквозной поток). По сути, это означает, что чернила рециркулируют через печатающую головку мимо задней части каждого сопла, что помогает снизить вероятность засорения сопел воздухом и мусором, содержащимся в чернилах.

Компания Epson разработала печатающую головку PrecisionCore на основе своей тонкопленочной пьезотехнологии, которая используется во всех ее широкоформатных принтерах. Основной принцип заключается в том, что чем тоньше пьезопленка, тем больше она может изгибаться, что, в свою очередь, обеспечивает более точный контроль над тем, как она проталкивает чернила через сопло. Как и большинство современных печатающих головок, головки PrecisionCore основаны на технологии MEMs.

Интеграция принтера

Компания Epson разработала собственную печатающую головку PrecisionCore, основанную на технологии MicroTFP.

Хотя верно то, что печатающие головки производят всего несколько компаний и что многие принтеры определенного класса будут использовать одни и те же головки, между принтерами и их производительностью все равно могут быть существенные различия. Большинство производителей печатающих головок выпускают различные варианты своих головок, которые могут быть настроены в соответствии с требованиями разработчика принтера.

Кроме того, разработчики чернил будут сотрудничать с производителями печатающих головок, чтобы протестировать и настроить как способ применения головок, так и формулу чернил для достижения наилучшей производительности. Это означает тестирование того, как чернила повлияют на головки, например, убедиться, что чернила не вступят в реакцию с покрытием на пластине сопла или клеем, соединяющим различные части головки вместе.

Это тестирование также направлено на определение оптимальной вязкости чернил, которая непосредственно влияет на формирование чернильных капель, что может означать нагрев чернил и обеспечение того, чтобы головка могла справиться с этой температурой.

В большинстве случаев производитель печатающих головок также разрабатывает приводную электронику и формы сигналов, необходимые для подачи чернил через головки. Однако многие производители принтеров предпочитают разрабатывать собственные формы сигналов, поскольку это напрямую влияет на то, как формируются чернильные капли и на общую производительность чернил в головках.

Техническое обслуживание

Наконец, стоит отметить важность хорошего технического обслуживания. Самая большая причина поломки печатающих головок — это засорение дюз, которого можно избежать, регулярно очищая головки.

Несколько минут, потраченных в начале и в конце каждой смены на протирку сопел, должны гарантировать, что печатающие головки прослужат несколько лет, минимизируя время простоя принтера и экономя деньги. В любом случае, лучше убедиться, что гарантия на принтер включает замену хотя бы одной печатающей головки в год.