Simon Eccles zisťuje viac informácií o atramentových tlačových hlavách a pozerá sa na novú generáciu, ktorá v tlačiarenskom priemysle vyvoláva vlny.

 

Kvapkový, kontinuálny atramentový, piezoelektrický, tepelný, pevný, binárny, sivý. To všetko sú pojmy, ktoré sa často používajú pri opise atramentových tlačiarní a konkrétne ich typov tlačových hláv.

Ak viete, čo tieto pojmy znamenajú, môžete celkom dobre predpovedať, na čo tlačiareň slúži a ako bude fungovať. Ak ich nepoznáte, málokedy sa niekto zastaví a vysvetlí vám ich.

Tu sa zastavíme a vysvetlíme ich. Niektoré pojmy opisujú základnú konštrukciu tlačových hláv, iné opisujú, čo robia alebo ako fungujú. Niektoré sa môžu zdvojiť pre presnejšie vysvetlenie, napríklad piezoelektrická hlava s odtieňmi šedej, iné sa navzájom vylučujú – nemôžete mať binárnu hlavu s odtieňmi šedej.

Toto je teda sprievodca FESPA, ktorý vám pomôže rozlúsknuť žargón o atramentových tlačových hlavách. Začneme tým, čo je to vlastne tlačová hlava?

Komponent atramentovej tlačiarne, ktorý premieta kvapky atramentu na médium. Ide o veľmi presnú jednotku a jej výroba si vyžaduje veľké množstvo duševného vlastníctva (know-how) a veľké investície do tovární s čistými priestormi. Moderné tlačové hlavy často využívajú výrobné techniky (napríklad tenkovrstvové kremíkové MEMS), ktoré majú veľa spoločného s výrobou mikročipov.

Vo vnútri typickej tlačovej hlavy sa nachádza elektronika ovládača, prídavné zariadenia na podávanie atramentu a najmenej jedna a zvyčajne stovky atramentových komôr vedúcich k tryskám, ktoré sú otvormi v doske trysky.

Vstupné kanály atramentu majú priemer len niekoľko desiatok mikrónov a trysky majú zvyčajne 20-50 mikrónov. Ľudský vlas má priemer približne 80 mikrónov.

Väčšina tlačových hláv používaných v reklamných a iných grafických aplikáciách má stovky trysiek, ktoré sú individuálne riadené na generovanie a premietanie kvapiek (pozri tiež „Drop on Demand“). Generovanie miliónov kvapiek pri jednom prechode hlavou a zabezpečenie, aby dopadli na médium na správnom mieste, si vyžaduje veľmi pokročilú elektroniku.

Niektoré atramentové tlačiarne majú jedinú trysku a vystreľujú nepretržitý prúd kvapiek, ktoré sa odrážajú smerom k médiu alebo od neho buď elektrostatickými platňami, alebo prúdmi vzduchu. Tie sa zvyčajne používajú skôr v systémoch kódovania a značenia ako v grafike. Pozri časť Kontinuálny atramentový prúd.

Hoci na svete existujú stovky výrobcov tlačiarní, všetci získavajú tlačové hlavy od relatívne malého počtu špecializovaných výrobcov a potom ich integrujú do samotných tlačiarní pomocou kombinácie držiakov, elektroniky, podávačov atramentu, firmvéru a softvéru ovládačov.

Len niekoľko výrobcov veľkoformátových tlačiarní má vlastné továrne na tlačové hlavy vrátane spoločností Canon, Epson/Seiko-Epson, Fujifilm (aj keď ide o jej dcérsku spoločnosť Fujifilm Dimatix), HP a Xerox.

Všetci ostatní nakupujú hlavy alebo prevádzkujú spoločné podniky s výrobcami tlačiarní. Väčšina uvedených výrobcov dodáva hlavy iným výrobcom na báze OEM (hoci niekedy si najnovšie modely nechávajú pre seba). Medzi ďalších výrobcov hláv patria spoločnosti Konica Minolta, Kyocera, Panasonic, Ricoh, Toshiba TEC a Xaar.

Drop-on-demand (DoD)

Ide o všeobecný termín pre typ tlačovej hlavy, ktorý sa najčastejšie nachádza v moderných atramentových tlačiarňach používaných na vysokokvalitnú grafiku vrátane všetkých veľkoformátových tlačiarní, ktoré môžete vidieť na veľtrhoch FESPA a na tejto webovej stránke.

Kvapka na požiadanie znamená, že atramentové trysky vytvárajú a premietajú kvapky atramentu vtedy a tam, kde sú potrebné na vytvorenie stopy na médiu. Tento termín vznikol najmä ako kontrast k predchádzajúcim hlavám typu continuous flow (pozri nižšie kontinuálny tok).

Hlavice na požiadanie sa ďalej delia na tepelné alebo piezoelektrické typy – pozri nižšie.

Atramentová tlačová hlava, ktorá vysiela nepretržitý prúd kvapiek po celý čas prevádzky tlačiarne. Zvyčajne je v každej hlave len jedna tryska, ale na vytvorenie širšieho tlačového priestoru sa môže použiť sústava hláv.

Prúd sa odkláňa smerom k médiu alebo od neho buď nabitými kovovými doskami s elektrostatickým poľom, alebo (v prípade spoločnosti Kodak) presne načasovanými výbuchmi vzduchu. Nežiaduci atrament sa zhromažďuje v záchytnom žľabe a môže sa filtrovať a vracať do zásobníka.

Dnes sa tieto hlavy zvyčajne nachádzajú skôr v kódovacích a označovacích systémoch než v zložitých grafických tlačiarňach.

Výnimkou je rad tlačových hláv Kodak Prosper, ktoré používajú vysoko vyvinutú technológiu kontinuálneho atramentového tlače s názvom Stream, ktorá poskytuje veľmi vysokú kvalitu obrazu. V súčasnosti sa Prosper a Stream nepoužívajú v žiadnych špecializovaných tlačiarňach pre nápisy a displeje.

Išlo o prvý typ tlačových hláv typu drop-on-demand, ktoré sa používali v prvých stolových atramentových tlačiarňach na začiatku 80. rokov. Termálne tlačové hlavy sú účinné a môžu poskytovať veľmi vysokú kvalitu obrazu a rýchlosť, ktorá konkuruje piezoelektrickým hlavám, ale na rozdiel od piezoelektrických pracujú len s atramentmi na báze vody, takže sa zvyčajne obmedzujú na vnútorné aplikácie.

Latexové atramenty HP sú výnimkou: fungujú s termálnymi hlavami HP. Dôvodom je, že majú tepelne aktivovaný polymér vo vodnej suspenzii, ktorý je vhodný na vonkajšie použitie.

Termálnu technológiu vynašli nezávisle a súčasne v 70. rokoch minulého storočia spoločnosti Printhead Technola v Japonsku a Hewlett-Packard v USA, ktoré sa rozhodli spojiť svoje patenty, namiesto toho, aby medzi sebou bojovali.

Princíp spočíva v tom, že prvok vo vnútri atramentovej komory v tlačovej hlave sa rýchlo zahreje do takej miery, že sa tekutý atrament vyparí a vytvorí bublinu plynu, ktorá sa rozpína a vytlačí kvapku atramentu z otvoru (trysky) na jednom konci komory.

Potom sa tepelný prvok vypne, takže plynová bublina sa ochladí, skondenzuje a zmrští. Povrchové napätie na dýze zabraňuje spätnému nasávaniu vzduchu, takže namiesto toho sa do komory nasáva viac tekutého atramentu z prívodných potrubí. Spoločnosť Canon, spoločný vynálezca termálnych hláv, vymyslela termín Bubble jet (bublinová tryska) kvôli spôsobu ich fungovania.

Zatiaľ neexistujú žiadne skutočné tepelné hlavy s odtieňmi šedej, takže všetky sú binárne, čo znamená, že kvapky majú vždy rovnakú veľkosť. Spoločnosť HP však vyvinula párové trysky rôznych veľkostí, ktoré sa do určitej miery približujú k efektu odtieňov šedej.

Tepelné namáhanie rýchlo opotrebováva hlavy, preto sú hlavy navrhnuté ako spotrebný materiál, ktorý sa dá ľahko a lacno vymeniť po niekoľkých desiatkach alebo stovkách prevádzkových hodín.

Často sa nazývajú len piezoelektrické hlavy. Tieto kvapkové hlavy sa začali objavovať v prvých veľkoformátových tlačiarňach v 90. rokoch 20. storočia a spôsobili revolúciu v tomto odvetví. Prvýkrát to znamenalo, že rozpúšťadlové a UV vytvrdzované farby, ktoré sa pôvodne spájali so sieťotlačou, sa teraz mohli tlačiť digitálne.

Piezoelektrické hlavy sú založené na princípe, že určitý typ kryštálu (často zirkóntitaničitan olovnatý v atramentových tlačiarňach, označovaný ako PZT) sa rozťahuje alebo zmršťuje, keď ním prechádza elektrický prúd a opäť sa vypína. Táto expanzia/kontrakcia sa používa ako základ čerpadla v atramentovej komore.

V závislosti od konfigurácie kryštálov (nazývaných v režime „ohybu“ alebo „strihu“) obojsmerná expanzia buď nasáva atrament a potom ho vytláča z komory cez trysku (používa to spoločnosť Epson), alebo vytvára akustické tlakové vlny, ktoré majú rovnaký účinok, ale s menšou energiou (používa to spoločnosť Xaar).

Elektrický prúd možno zapínať a vypínať veľmi rýchlo a rozpínanie/kontrakcia kryštálu je takisto takmer okamžitá, takže existuje oveľa väčší priestor na kontrolu tvorby bodov ako pri tepelných hlavách.

Okrem iného to znamená, že niektoré piezoelektrické hlavy môžu z tej istej komory a trysky vytvárať kvapky rôznej veľkosti, čím sa na médiu dosiahne rôzna hustota atramentu. Tieto hlavy sa nazývajú hlavy s odtieňmi šedej (pozri nižšie).

Piezoelektrický efekt funguje prakticky s akoukoľvek tekutinou, takže piezoelektrické tlačové hlavy môžu byť skonštruované tak, aby zvládli atramenty na báze rozpúšťadiel, UV vytvrdzované atramenty (vrátane niektorých používaných na 3D tlač) a vodné atramenty. Možno ich použiť aj na náročné kvapaliny, ako sú elektrovodivé atramenty, nepriehľadné biele a kovové atramenty s veľkými časticami, atramenty na 3D tlač a atramenty s fázovou zmenou, ktoré sú po dosiahnutí atramentovej komory tekutinou.

Piezoelektrické tlačové hlavy vydržia oveľa dlhšie ako tepelné hlavy, pretože je v nich menšie tepelné napätie a piezoelektrické kryštály sa môžu miliónkrát roztiahnuť/zmrštiť. Piezoelektrická hlava má zvyčajne vydržať počas celej životnosti stroja, pokiaľ nedôjde k jej fatálnemu zablokovaniu alebo vonkajšiemu poškodeniu. Ich výroba a kúpa však stojí podstatne viac ako výroba a kúpa tepelných hláv, takže používatelia musia vynaložiť viac úsilia na ich údržbu.

Tieto pojmy označujú, či tlačová hlava vystreľuje kvapky rovnakej veľkosti, alebo či sa dajú nejakým spôsobom meniť, aby sa hustota atramentu, ktorý sa dostane na médium, dala regulovať pomocou svetlejších odtieňov. V kombinácii s technikami polotónovania môžu odtiene sivej výrazne rozšíriť tonálny rozsah atramentovej tlače a zároveň umožniť použitie relatívne malých rozstupov trysiek alebo menšieho počtu prechodov.

Piezoelektrické tlačové hlavy boli pôvodne vždy binárne, čo znamená, že generovali len kvapky atramentu rovnakej veľkosti. Pomocou poltónových techník môžete z binárnej hlavy získať dobrý rozsah tónov, ale zvýraznené tóny môžu vyzerať trochu zrnito, pokiaľ nepoužijete veľmi jemné rozstupy trysiek (a/alebo nepridáte ďalšie, svetlejšie farby).

Typické veľkosti binárnych kvapiek sú od 30 do 100 pikolitrov. Na dosiahnutie jemnejších výsledkov je možné dosiahnuť menšie kvapky, ale to znamená, že na vytvorenie hustoty pevných plôch v tlači je potrebných viac prechodov, takže tlač je pomalšia.

Hlavy s odtieňmi šedej môžu meniť hustotu jednotlivých vytlačených bodov, takže kvapka môže zobrazovať od 30 % alebo 50 % až po 100 % farby. Výhodou je, že pri nižších rozlíšeniach a menšom počte prechodov hlavy možno dosiahnuť rovnaké „efektívne rozlíšenie“ ako pri binárnych hlavách s oveľa vyšším natívnym rozlíšením.

Napríklad rozlíšenie 360 dpi s hlavou s odtieňmi sivej údajne poskytuje rovnaký efekt ako binárne rozlíšenie 1 000 dpi, čo je tak dobré, ako budete bežne potrebovať pre fotografie a zmesi aj pre detailné zobrazenie.

Piezoelektrické hlavice sa líšia veľkosťou bodov niekoľkými rôznymi metódami, zvyčajne v závislosti od konkrétneho výrobcu a patentov, ktoré vlastní alebo sa chce vyhnúť ich porušeniu. V závislosti od presných metód môžu byť k dispozícii tri až tri veľkosti kvapiek.

Najmenšia veľkosť na najjemnejších tlačových hlavách (často používaných na fotografovanie) je menej ako 2 pikolitre). Pri tlačiarňach na nápisy sú pre najmenšie kvapky bežnejšie veľkosti 10 až 20 pikolitrov, pretože rýchlosť a pokrytie sú dôležitejšie ako kvalita zobrazenia zblízka.

Tepelné odtiene šedej

Skutočne variabilné veľkosti kvapiek sú zatiaľ možné len s piezoelektrickými hlavicami. Spoločnosť HP však vyvinula pre svoje termálne hlavy PageWide formu sivej škály s názvom High Definition Nozzle Architecture. Tá sa zatiaľ používa len na jej obrovských atramentových kotúčových tlačiarenských strojoch série T pre komerčnú tlač, a nie na veľkoformátových jednopriechodových modeloch PageWide XL, ktoré sa zatiaľ používajú najmä na prácu s CAD a plánmi.

Hoci sú kvapky z každej trysky vždy rovnako veľké, v tlačovej hlave sa spájajú veľká a malá tryska veľmi tesne vedľa seba a považujú sa za jeden zobrazovací prvok. Potom vezme dva páry trysiek a na účely odtieňov sivej ich ovláda ako jeden zobrazovací prvok.

Vypálením rôznych kombinácií dvoch malých a dvoch veľkých trysiek možno dosiahnuť päť úrovní sivej (v skutočnosti je to biela plus štyri úrovne). Rozstup trysiek HDNA je 2 400 dpi, takže páry trysiek majú natívne rozlíšenie 1 200 dpi a sady odtieňov sivej 600 dpi.

Ďalšie riadenie hustoty je možné použitím rôznych farieb atramentu vo veľkých a malých tryskách (napr. azúrovej a svetlej azúrovej). Súpravy trysiek je možné ovládať aj samostatne pre vyššie rýchlosti alebo rozlíšenia s menším počtom úrovní sivej.

 

Ide o opis rozstupu trysiek, čo znamená skutočný počet kvapiek atramentu, ktoré môže tlačová hlava vyprodukovať na danej ploche. V priemysle sa zvyčajne uvádza ako počet bodov na palec, a nie ako metrická miera. Ak je teda tlačová hlava široká 1,5 palca (38 mm) a má 540 trysiek po celej šírke, potom je natívne rozlíšenie 360 dpi.

Mnohé veľkoformátové atramentové tlačiarne vytvárajú obrázky v sérii prekrývajúcich sa priechodov, takže na jednom palci média môže byť oveľa viac kvapiek, ako poskytuje samotné natívne rozlíšenie. Čím vyššie je rozlíšenie dpi, tým viac môže výsledná tlač pripomínať súvislú tónovú fotografiu.

Hlavy s odtieňmi šedej umožňujú vytvárať rôzne hustoty bodov, čo poskytuje väčší tónový rozsah v porovnaní s binárnou hlavou s rovnakou roztečou trysiek, čo zase umožňuje lepšiu simuláciu súvislého tónu.

Výrobcovia tlačiarní s rozlíšením odtieňov sivej preto bežne hovoria o „ekvivalentnom“ rozlíšení, čo napríklad znamená, že hlava s rozlíšením 360 dpi môže poskytovať vnímanú kvalitu ekvivalentnú kvalite hlavy s rozlíšením 1 000 dpi.

Existujú aj tlačové hlavy s veľmi vysokým natívnym rozlíšením, napríklad hlavy Micro Piezo PrecisionCore TFT od spoločnosti Epson (používané v tlačiarňach SureColor) majú natívne rozlíšenie 600 dpi a päť veľkostí kvapiek od 1,5 do 23 pikolitrov.

Vyššie uvedená tlačiareň HP PageWide HDNA má rozstup trysiek 2 400 dpi striedaním veľkých a malých trysiek, ale keďže sú riadené ako dvojice, za natívne rozlíšenie možno považovať 1 200 dpi.

Zástupcovia odvetvia, ktorí sa chcú dozvedieť viac o súpravách HP a Epson a výhodách, ktoré môžu ponúknuť ich podnikom, sa môžu poradiť s odborníkmi z týchto spoločností na veľtrhu FESPA 2017, ktorý sa koná od 8. do 12. mája na veľtrhu Hamburg Messe v Nemecku.

HP a Epson budú dve z viac ako 700 značiek, ktoré sa predstavia na podujatí, ktoré by malo prilákať rekordný počet návštevníkov.

Ak sa chcete dozvedieť viac o FESPA 2017navštívte: https://www.fespa2017.com.. Návštevníci môžu získať bezplatný vstup na výstavu, ak sa zaregistrujú online a uvedú referenčný kód: FESG702.