I många avseenden är skrivhuvudet hjärtat i en bläckstråleskrivare, direkt ansvarig för att placera varje enskild droppe bläck på substratet.
Bläckstråleskrivhuvuden är underverk av modern teknik som med stor precision kan placera tusentals bläckdroppar av olika storlek exakt där de behövs. Det finns flera olika sätt att konstruera skrivarhuvuden, men det absolut vanligaste för inkjet i storformat är drop-on-demand piezo.
Skrivhuvudet innehåller i huvudsak en bläckkammare med ett piezoelektriskt ställdon, tillverkat av ett material som bly-zirkonium-titan (PZT). När en extern elektrisk laddning appliceras på PZT ändrar det form och tvingar fram en droppe bläck från bläckkammaren och ut genom munstycket. Denna design är lämplig för ett stort antal olika bläcktyper, inklusive vattenbaserade, lösningsmedelsbaserade och UV-härdande bläck.
Det enda verkliga alternativet är termisk teknik, som används av HP för dess latexskrivare och Canon för dess ImagePrograf-serie. Det innebär att bläcket värms upp i bläckkammaren tills det förångas och skapar en bubbla som tvingar en droppe bläck genom munstycket.
Tekniken lämpar sig egentligen bara för vattenbaserade bläck, även om HP har haft stor framgång med att utöka användningsområdet genom sina latexbläck, som är vattenbaserade och lämpar sig för skyltning utomhus samt vissa textilapplikationer.
Hittills har vi sett hur både piezo- och termiska skrivhuvuden skapar tillräckligt med tryck för att tvinga lite bläck genom munstycket, men det är bara halva sanningen. Trycket måste omedelbart avbrytas, vilket gör att en del av bläcket dras tillbaka in i munstycket.
Det gör att bläcktillförseln avbryts och bläckdroppens bildning stoppas, vilket oundvikligen leder till att bläcket stänker på munstycksplattan när det kommer tillbaka till munstycket. Detta kan i slutändan leda till blockerade munstycken och trasiga skrivhuvuden.
Binär kontra gråskala
Storleken på de enskilda bläckdropparna påverkar direkt den totala utskriftskvaliteten. I allmänhet ger små droppar bra definition och hög upplösning och är bra för text, medan stora droppar kan täcka stora områden snabbt och är bra för utskrift av stora plana områden. Många skrivare, särskilt de större och snabbare flatbäddsskrivarna, använder ett binärt tillvägagångssätt där varje droppe är lika stor eftersom det går snabbare.
Alternativet är att variera storleken på bläckdropparna, en teknik som brukar kallas gråskaletryck. Det finns ett antal fördelar med detta. För det första gör blandningen av större och mindre prickar det lättare att hantera gradienter och små tonskiftningar, t.ex. i en himmel eller hudtoner.
Det kan också leda till minskad bläckförbrukning, delvis för att vissa av punkterna är ganska små, men också för att det är lättare att få jämnare övergångar med fyra färger utan att behöva ytterligare färger.
Det finns tre grundläggande tillvägagångssätt, om än med flera variationer. Det första är att faktiskt avfyra olika droppstorlekar, till exempel genom att variera den elektriska kraft som används för att generera dropparna. Det andra är att avfyra en mycket tung droppe bläck, som sträcks ut när den flyger genom luften och bryts upp i större och mindre droppar.
Vanligtvis använder många skrivhuvuden en kombination av dessa metoder. Det tredje alternativet kallas multipulsing och innebär att man snabbt skjuter iväg två droppar bläck som sedan smälter samman till en enda större droppe, oftast i flykt innan de träffar underlaget.
Drop på begäran
Xaar har precis lanserat ett 5601-skrivhuvud som är lämpligt för vattenbaserade bläck.
Många leverantörer har vänt sig till MEMs, eller Micro Electro Mechanical Systems, eftersom denna teknik erbjuder ett kostnadseffektivt sätt att konstruera komplexa delar. Systemet formas i princip på ett kisel- eller glassubstrat. Det är inte den enklaste tekniken och kräver mycket avancerade tillverkningstekniker i mikronivå.
Bland de företag som använder MEM-teknik finns Konica Minolta, som har ett antal skrivhuvuden, t ex KM1024, som ofta används i storformatsskrivare. Det finns en snabbare version, 1024i, som är lämplig för UV- och lösningsmedelsbläck.
Den har en högpresterande värmare inbyggd i huvudet, vilket gör det lättare att hantera bläck med hög viskositet. Den har en naturlig droppstorlek på 13 pikoliter men kan producera upp till åtta nivåer av gråskala. Upplösningen är 360 dpi.
Dimatix, som numera ingår i Fujifilm, tillverkar ett antal skrivhuvuden, bland annat Q-klassen som används i ett antal storformatsskrivare. Det finns 70 varianter med olika droppstorlekar från 10 till 200 pikoliter i både binära och gråskaliga versioner. Huvudena är monterade i ramar som har antingen två eller fyra huvuden för att möjliggöra upp till 1024 munstycken.
Ricoh tillverkar även skrivarhuvuden som lämpar sig för digitaltryck i storformat och har just presenterat ett nytt skrivarhuvud, MH5220. Det har fyra rader med 320 munstycken för totalt 1280 munstycken och en upplösning på 1200 dpi. Det kan spruta flera droppstorlekar från 2,5 till 9 pikoliter genom att slå samman dropparna under flygningen.
Xaar använder också MEMs för sina skrivhuvuden i Xaar 1003-serien, som är lämpliga för användning med UV- och lösningsmedelsbläck. Dessa skrivarhuvuden har ett nytt skydd för munstycksplattan, XaarGuard, som är utformat för att begränsa skador på skrivarhuvudena, vilket fortfarande är en viktig orsak till att huvudena går sönder.
Xaars senaste skrivhuvud är Xaar 5601, som är utformat för att hantera vattenhaltiga vätskor, t.ex. sublimeringsbläck som används i textilskrivare för storformat. 5601-serien har 1200 munstycken per tum, med en naturlig droppstorlek på bara 3 pikoliter. Detta kan dock kombineras med åtta gråskalenivåer för att ge en skenbar upplösning på cirka 2440 dpi.
Båda serierna använder Xaars TF-teknik, som står för Through Flow. Det innebär i korthet att bläcket recirkuleras genom skrivhuvudet förbi baksidan av varje munstycke, vilket bidrar till att minska risken för att luft och skräp i bläcket täpper till munstyckena.
Epson har utvecklat sitt PrecisionCore-skrivhuvud, baserat på sin piezoteknik med tunn film, som finns i alla deras storformatsskrivare. Grundprincipen är att ju tunnare piezofilmen är, desto mer kan den böjas, vilket i sin tur ger en mer exakt kontroll över hur bläcket pressas genom munstycket. Precis som de flesta moderna skrivhuvuden är PrecisionCore-huvudena baserade på MEMs-teknik.
Integrering av skrivare
Epson har utvecklat sitt eget PrecisionCore-skrivhuvud, baserat på sin MicroTFP-teknik.
Det är visserligen sant att det bara finns ett fåtal företag som tillverkar skrivhuvuden och att många skrivare i en viss klass använder samma huvuden, men det kan ändå finnas betydande skillnader mellan skrivarna och deras prestanda. De flesta leverantörer av skrivhuvuden tillverkar olika varianter av sina huvuden, som kan justeras för att uppfylla skrivarutvecklarens krav.
Dessutom kommer bläckutvecklarna att samarbeta med skrivhuvudtillverkarna för att testa och justera både hur huvudena är implementerade och bläckets sammansättning för att få bästa möjliga prestanda. Detta innebär att man testar vilken effekt bläcket kommer att ha på huvudena, t.ex. genom att säkerställa att bläcket inte reagerar med beläggningen på munstycksplattan eller med det lim som binder samman olika delar av huvudet.
Testet omfattar även bläckets optimala viskositet, som direkt påverkar hur bläckdropparna bildas, vilket kan innebära att bläcket måste värmas upp och att huvudet måste klara av den temperaturen.
I de flesta fall kommer skrivarhuvudtillverkaren också att utveckla den drivelektronik och de vågformer som krävs för att skjuta bläcket genom huvudena. Många skrivartillverkare föredrar dock att utveckla sina egna vågformer, eftersom detta direkt påverkar hur bläckdropparna formas och bläckets totala prestanda med huvudena.
Underhåll
Slutligen är det värt att påpeka vikten av bra underhåll. Den största enskilda orsaken till fel på skrivhuvuden är blockerade munstycken, vilket oftast kan undvikas genom regelbunden rengöring av huvudena.
Om man i början och slutet av varje skift torkar av munstyckena under några minuter kan man se till att skrivarhuvudena håller i flera år, vilket minimerar skrivarens stilleståndstid och sparar pengar. I vilket fall som helst är det bäst att se till att skrivarens garanti omfattar byte av minst ett skrivhuvud per år.