Печатающие устройства, их эволюция, направления развития

элементы изготавливаются  в чистых помещениях и с применением  машин, ти-

пичных для полупроводниковой промышленности.

Очевидно, что при  одновременной обработке многих миниатюрных эле-

ментов на одной подложке расходы на изготовление резко снижаются, хотя

уровень инвестиций в  чистые производственные помещения  и станки высок.

Затраты на струйно-пузырьковые  печатающие элементы завысят не от коли-

чества сопел-распылителей или разрешения печати, а только от вида по-

верхности кристалла, а также от числа и характера процессов. Следова-

тельно, печатающая головка, рассчитанная на разрешение 400 точек/дюйм, с

64 распылителями не  должна стоить дороже, чем головка  с 24 распылителями

и разрешением 180 точек/дюйм.

Поскольку головки струйно-пузырьковой  термопечати изготавливаются

по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается  мысль

об интеграции последних в печатающие кристалы. И первый шаг в этом нап-

равлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принте-

ров BJ-10e и CLC-10 транзисторную  матрицу. Примеру Canon последовала

компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного

принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью  интег-

рированным последовательно-параллельным преобразователем.

Функционирование пузырьково-струйного  сопла-распылителя:

Сначала сильный импульс  напряжения длительностью 3-7 мкс подается

на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500

гр. цельсия. На его поверхности температура превышает 300 гр.цельсия.

Мощность нагрева  поверхности настолько велика, что  при увеличении дли-

тельности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагре-

вательный элемент моментально бы разрушился. Сразу же в тонкой пленке над нагревательным элементом начинают ки-

петь чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырек  пара высокого

давления (до 10 бар). Он выталкивает  каплю чернил из сопла-распылителя,

при чем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Через 40 мкс пу-

зырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200

мкс, пока новые чернила  под действием капиллярных сил  не будут засосаны

из резервуара.

 

Пузырьково-струйная печать с боковым и прямым распылением  чернил:

Edje- и Sidechooter.

 

С самого начала пузырьково-струйные печатающие головки делились на

две группы. Компания Canon, изобретатель системы, предпочла вариант

Edlgeshooter. Почти одновременно фирма Hewlett-Packard разработала го-

ловку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает и компания Olivetti.

Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбриз-

гивает чернильные капли "за угол", т.е. перпендикулярно к направлению

образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с сопла-

ми-распылителями находится  поверх нагревательных элементов и  каналов по-

дачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку

края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однород-

ного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготов-

ления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter

значительно проще, чем  для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится

учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности  головки

Edgeshooter.

С другой стороны, при  прямом распылении красителя для  сопел требу-

ется более обширная поверхность, что может доставить неприятности, в

частности, создателям будущих  систем печати с большим количеством  распы-

лителей и повышенным разрешением. Вдобавок чернила, с силой ударяющиеся

о поверхность нагревательного  элемента после опадения пузырька пара, ра-

но или поздно вызовут  ее повреждение вследствие кавитации. Возможно, по этой причине способ прямого распыления до сих пор использовался только в

сменных печатающих головках с ограниченным сроком службы.

Требования к качеству чернил для любой системы струйной термопечати

очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах. Принцип функциониро-

вания и высокие температуры обусловливают применение только смешанных

растворимых красителей на водяной основе.

Красители должны соответствовать  целому ряду требований:

- быть совместными  с материалами, из которых сделан печатающий ме-

ханизм;

- не образовывать  отложений в каналах и распылителях, а также не

расслаиваться;

- храниться в течении длительного времени;

- обладать определенными  показателями плотности, вязкости  и повех-

ностного натяжения при температурах от 10 до 40 гр. цельсия;

- ну служить питательной средой для образования бактерий и водорос-

лей;

- не содержать ядовитых  или канцерогенных веществ и  не возгораться.

К тому же красители для  струйной термопечати должны образовывать

пузырьки пара без  отложения осадков и выдерживать  кратковременное нагре-

вание до 350 гр.цельсия.

 

Почему же струйная печать считается наиболее экологически чистым

способом печати набумаге? Во-первых, пользователям, жаловамшимся на шум,

понравилось, что струйный принтер работает почти бесшумно. Больше не

слышно ни действующего на нервы скрежета иголок о бумагу, ни вечного

жужжания вентилятора - только шелестятлисты бумаги и тихо щелкают при пе-

реключении механиеские приводы перемещения головки и подачи бумаги.

Во-вторых, устройство с  минимальным выделением тепла, не производя-

щее шума и озона, потребляет и меньше энергии - вот причина тому, что

все современные, независимые  от сети принтеры малого размера являются

струйными.

Наконец сам краситель  не содержит никаких экологически вредных до-

бавок; при сжигании распечатанных документов не образуется двуокиси уг- лерода в отличие, например, от тонера лазерных принтеров и копировальных

аппаратов.

И даже утверждение, что  печатающие головки пузырьково-струйных

принтеров необходимо регулярно  заменять новыми, больше не соответствует

истине: ведь печатающий элемент почти на 98% состоит из кремния или

стекла. К стати изготовителям вскоре придется задуматься о том, каким

образом можно утилизировать  многие миллионы изготовленных печатающих го-

ловок или резервуаров для чернил.

В каком направлении  пойдет развитие технологий струйной печати в

будующем? Безусловно в направлении цветной печати. Обычные устройства

черно-белой печати с  разрешающей способностью 300 точек/дюйм и эмуляцией

PCL(Deskjet Hewlett-Packard) уже выдержали испытания временем. Эмуляция

языка PCL стала фактическим  стандартом в области струйных принтеров, к

тому же она обеспечивает совместимость с современными и будущими моделя-

ми лазерных принтеров.

Хотя разрешение 300 точек/дюйм и достаточно для безукоризненной

распечатки текста и  графики, оно не годится для картинок в полутонах,

растровых изображений  и фотореалистических изображений. Соответствующего

качества можно добиться, если значительно повысить разрешение или найти

возвожность целевого варьирования количеств красителя.

Уже можно привести примеры  реализации обоих этих способов в  других

методах печати. Так в издательской сфере давно работают с разрешением

2540 точек/дюйм и более.  С другой стороны, диффузионные  принтеры - усо-

вершенствованный вариант термографических принтеров - способны печатать

на спецальной глянцевой бумаге каждую точку растра с желаемой интенсив-

ностью цвета.

Требования к качеству воспроизведения информации на бумаге растут,

и функция цветной  печати, вероятно, станет не исключительной, а скорее

стандартной особенностью следующих моделей принтеров. Таким  образом чис-

ло сопел-распылителей будет постоянно увеличиваться. В следствие возрас-

тания мощностей и усиления нажима со стороны конкурентов изготовителям

придется уменьшать  размеры своих изделий и интегрировать  новые функции. Способ струйной печати, зародившийся около 50 лет назад, - относи-

тельно молодая технология. Вполне очевидно, что струйные принтеры завое-

вывают массовый рынок, вытесняя таким образом матричные принтеры. Если

же разработчикам  удастся повысить разрешение и скорость печати струйных

принтеров, то изготовителям  медлительных лазерных принтеров придется

всерьез побороться за место  на рынке.

 

До сих пор никакой  другой метод печати не порождал такого разнооб-

разия вариантов, как струйная печать, при чем не подлежит сомнению что

возможность этой технологии еще долго  не будет исчерпана.