Устройства вывода информации

Термоэлектрическая (пузырьково-струйная) печать

Первый принтер выпущен в 1984 году. В основе работы термоэлектрической (пузырьково-струйной) печатающей головки лежит эффект расширения пузырька пара, образующегося при нагреве чернил. Как известно, объем пара значительно превосходит объем жидкости, из которой этот пар образуется. При образовании в сопле пузырька пара внутри жидкости создается повышенное давление, которое выталкивает некоторый объем чернил из сопла.

Конструкция термоэлектрической печатающей головки очень проста. В отличие от печатающей головки с электростатическим управлением, в ней нет заряжающих и отклоняющих электродов. Именно простота конструкции и определяет широкое распространение термоэлектрической технологии

Сопло. Для повышения качества и скорости печати одна головка может содержать более ста сопел. Как правило, они располагаются в несколько рядов так, чтобы каждое сопло печатало свою строку точек на носителе. Наличие нескольких рядов и строк сопел позволяет за один проход напечатать больше точек, что ведет к увеличению скорости печати.

Канал для подвода чернил к соплу. Именно в подводящем канале, выполненном в стеклянной или кремниевой основе печатающего блока, происходит образование пузырьков пара, выталкивающих чернила через сопла. В канал чернила попадают из резервуара картриджа (чернильницы).

Проводники управляющих сигналов. Для работы элемента, нагревающего чернила, необходимо подать на него определенное управляющее напряжение при помощи проводников. Одними концами проводники соединяются с нагревательным элементом, другие концы выводятся на контактную пластину картриджа, которая позволяет соединить непрочные проводники с контактами гнезда картриджа без повреждений.

Нагревательный элемент. Они нагревают чернила в подводящем канале до кипения растворителя и образования пузырьков пара. Нагревательные элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, позволяющих быстро получать нужную температуру.

Печать одной точки соплом термоэлектрической головки производится в четыре этапа, плавно перетекающих друг в друга.

Готовность к работе. Когда сопло готово к работе, его подводящий канал заполнен чернилами, а нагревательный элемент холодный. Сигнал на нагревательный элемент не подается.

Подача Напряжения на нагревательный элемент, ; начало образования пузырька пара. Для начала процесса образования капли необходимо подать напряжение на нагревательный элемент. Это вызовет его нагрев. Слой .чернил, прилегающий к нагревательному элементу, нагреется до температуры кипения растворителя, и в нем начнет образовываться пузырек пара. На образование пузырька тратится менее 1% чернил, находящихся в сопле, однако при испарении образуется достаточно пара.

Образование капли чернил и ее вылет из сопла. По мере кипения растворителя образовавшийся пузырек пара увеличивается в объеме и вытесняет часть чернил из канала подвода. Чернила вытесняются в сторону сопла и образуют каплю. Для того чтобы капля вылетела из сопла со скоростью, достаточной, чтобы достичь носителя, образование и расширение пузырька пара должно происходить быстро. Для этого нагревательный элемент должен быстро прогревать прилегающий к нему слой чернил до температуры кипения растворителя, а растворитель, используемый при изготовлении чернил, должен иметь низкую температуру кипения.

Возврат в исходное состояние (подготовка к продолжению печати). После того как пузырек пара вытолкнет из сопла каплю чернил, с нагревательного элемента снимается управляющее напряжение и он остывает. Пар из пузырька конденсируется или выходит через сопло. От того, насколько быстро нагревательный элемент остынет до температуры при которой прекратится образование пара, зависит, как скоро сопло будет снова готово к работе. После того как пузырек пара исчезнет, поводящий канал заполняется свежими чернилами из системы подачи чернил.

В печатающей головке нагревательный элемент располагается ближе к соплу, а диаметр подводящего канала уменьшен. В сочетании с использованием эффективного нагревательного элемента это позволяет уменьшить размер капель чернил, выстреливаемых на носитель. Печатающая головка имеет 1536 сопел (5 блоков из 256 сопел каждый - по одному для черного, красного, синего, желтого, голубого и розового цветов). Расстояние между строками (то есть между соплами по вертикали) - 1/1200 дюйма. Таким образом, данная печатающая головка позволяет довести разрешение по вертикали до 1200 dpi .

При цветной печати также применяются усовершенствования, технология PhotoREt фирмы Hewlett-Packard . Технология PhotoREt позволяет, уменьшив размер отдельной капли, сформировать одну точку изображения из 29 капель, то есть использовать для нее один из 3500 цветов (при четырехцветной цветовой схеме). Таким образом, общее разрешение принтера не увеличивается, но повышается скорость печати.

Пьезоэлектрическая печать

Основа работы пьезоэлектрической печатной головки - пьезоэффект (способность некоторых материалов создавать электрический заряд при деформации или изменять свою форму под действием приложенного напряжения (эффект обратим)): капли чернил выталкиваются из сопел за счет колебаний пластины, обладающей пьезоэлектрическими свойствами.

Основными достоинствами этой технологии является возможность контроля размера капель, что позволяет достичь высокого качества при печати полутоновых изображений, а также не происходит активного выделения тепла печатающей головки.

При изготовлении Пьезоэлектрической печатающей головки можно использовать разные типы деформации активных элементов.

На рисунке: виды деформации пьезоэлементов:

А - изменение формы элемента при сдвиговой деформации (элемент после приложения напряжения изображен серым цветом);

В - изменение формы элемента при продольной деформации (стрелками указаны направления поляризации материала, то есть направления, в которых наиболее ярко проявляются свойства материала)

Конструкции печатающих головок зависят от вида деформации. Первыми появились печатающие головки, использующие продольную деформацию пьезоэлемента. Они широко применяются и в настоящее время. На рис изображена упрощенная схема сопла такой печатающей головки.

1. Пьезоэлемент - основной компонент сопла печатающей головки. Для управления каждым соплом в отдельности необходимо установить соответствующее число пьезоэлементов. На схеме для простоты не показаны проводники, подводящие управляющие сигналы к элементу.
2. Мембрана отделяет пьезоэлемент от камеры с чернилами. Пьезоэлемент и проводники подводящие управляющие сигналы, следует защитить от воздействия растворителя чернил. Для этого используется гибкая мембрана. Если сделать стенку сопла под пьезоэлементом тонкой и использовать достаточно гибкий материал, отдельную мембрану можно не устанавливать.
3. Сопло, как и в других разновидностях струйных принтеров, обеспечивает формирование капли чернил. Для того чтобы печать была равномерной, все сопла печатающей головки должны иметь одинаковый размер. От правильного изготовления сопел зависит направление полета капель и, соответственно, точность воспроизведения изображения.
4. Камера с чернилами. Поскольку размеры пьезоэлемента под действием управляющих сигналов изменяются незначительно, для эффективного выталкивания капель через сопло необходима большая площадь соприкосновения пьезоэлемента и чернил (через мембрану). Для этого используются специальные расширения подводящих каналов.

Корпус сопла с подводящим каналом соединяет воедино все части головки и обеспечивает подачу чернил. Поскольку пьезоэлемент постоянно вибрирует с высокой частотой, корпус должен быть достаточно прочным и устойчивым к вибрации. В противном случае возможно разрушение печатающей головки.

Устройство и принцип работы сопла печатающей головки со сдвиговой деформацией

1. Верхняя пьезоэлектрическая пластина - пластина из пьезоэлектрического материала, имеющая специальные выступы. Эти выступы являются активными элементами сопла: за счет их движения происходит выталкивание из сопла капель чернил.
2. Нижняя пьезоэлектрическая пластина по конструкции аналогична верхней пластине, но имеет противоположное направление поляризации. Выступы верхней и нижней пластин, смыкаясь, образуют боковые стенки камеры сопла. В эту камеру подаются чернила.

Точки приложения управляющего напряжения. В местах соединения выступов пластин прокладываются проводники для подачи управляющих сигналов к активным элементам. Изменяя полярность управляющего напряжения, можно вызывать их деформацию в разных направлениях. На этом эффекте и основана работа такой печатающей головки.

Сопло - отверстие, через которое вылетают капли чернил. Оно выполняется не в пьезоэлектрическом материале, а в специальной пластине. Эта пластина является "лицом" печатающей головки, обращенным к носителю изображения. Для придания прочности лицевую пластину изготавливают из металла.

Нетрудно заметить, что печатающая головка со сдвиговой деформацией пьезоэлемента имеет более простую конструкцию, чем головка с продольной деформацией. Помимо двух пьезоэлектрических пластин головка содержит только лицевую пластину с отверстиями сопел и систему подачи чернил. Это позволяет упростить (и удешевить) сборку печатающих головок. Правда, достигается такое упрощение за счет применения сложных по форме и технологии производства пьезоэлектрических пластин.

Теперь рассмотрим принцип действия такой печатающей головки. На рис. изображены четыре этапа образования капли чернил.

Готовность к работе. Управляющее напряжение отсутствует, выступы пьезоэлектрических пластин не деформированы, и камера сопла имеет свои исходные размеры.

Подача управляющего напряжения, набор чернил в камеру сопла. К пьезоэлементам прикладывается управляющее напряжение. Выступы нижней и верхней пластин имеют разную полярность и деформируются в разные стороны, что приводит к увеличению объема камеры сопла. В образовавшуюся пустоту через систему подачи набираются чернила.

Смена полярности управляющего напряжения, выталкивание капли чернил. Смена полярности управляющего напряжения приводит к тому, что выступы пьезоэлектрических пластин деформируются в обратном направлении. Объем камеры сопла уменьшается, и из нее через сопло выталкивается капля чернил. Изменением управляющего напряжения на этапах 2 и 3 можно регулировать степень деформации выступов пластин и, следовательно, изменение объема камеры сопла, то есть размер образующихся капель чернил.

Возврат в исходное состояние. После снятия управляющего напряжения стенки сопла возвращаются в исходное состояние. Система готова к повторению цикла (печати следующей точки).

Для удаления из сопел и других каналов печатающей головки пузырьков воздуха при смене чернильницы производится промывка картриджа, (прогон через сопла некоторого объема чернил).

Как известно цветные струйные принтеры имеют невысокое качество и множество других недостатков. Для повышения качества цветных изображений применяют различные технологии повышения разрешающей способности. MicroPiezo (Epson) - печатающие головки дают меньший размер капли. PhotoREt (Hewlett-Packard) - позволяет увеличить число капель, образующих одну точку изображения, при точном дозировании чернил и др. Проблема заключается не в точности передачи оттенка, а в насыщенности точек изображения. Для решения этой проблемы в некоторых принтерах устанавливается фотокартридж (содержат светло-пурпурный и светло-голубой цвета). Фотокартридж устанавливается вместо черного. Применение дополнительных цветов позволяет не только равномернее заливать области с низкой насыщенностью, но и точнее подбирать цвета в смеси с обычными красителями.

Характеристики струйного принтера - Hewlett-Packard DeskJet 840C

Скорость печати: черно-белая - 8 с/мин (черновая), 4,6 с/мин (нормальная); цветная - 5 с/мин (черновая), 3,1 с/мин (нормальная).

Разрешающая способность: черно-белая - 600 dpi, цветная - до 600x1200 dpi на специальной бумаге (технология PhotoREt II ).

Нагрузка: 1000 страниц в месяц.

Стоимость печати одной страницы: черно-белая - 5,5 центов (при заполнении 5%), цветная - 12,5 центов (при заполнении 20%).

Языки команд: HP PCL 3 enhanced, Mac Quick Draw.

Объем памяти: 2 Мбайт, 48 Кбайт буферной памяти

Интерфейс: двунаправленный параллельный (совместимый с IEEE 1284), USB

Лотки для бумаги: 1 (в стандартной поставке).

Емкость лотка для чистой бумаги:100 листов.

Емкость лотка для отпечатанных листов: 50 листов.

Устройства для двусторонней печати: приставка для двусторонней печати (в стандартную поставку не входит).