Как работает принтер. Как работают струйные принтеры. История возникновения технологии

В настоящей главе рассматриваются устройства, предназначенные для ввода-вывода в пакетном режиме (страницами, рулонами и другими крупными блоками информации).

В основном речь пойдет о вводе-выводе графической информации. За редким исключением, большинство современных устройств пакетного ввода-вывода предназначаются именно для работы с этим типом информации. При этом можно утверждать, что принтеры и сканеры - это, как правило (хотя есть и исключения), устройства для работы с растровой информацией. Плоттеры и дигитайзеры предназначены для обработки векторной графической информации.

Принтеры

Принтер - устройство для вывода текстовой или графической информации на различные твердые носители. Существует несколько типов принтеров: матричные, струйные, лазерные, твердочернильные, термосублимационные и так далее

Принтеры ударного типа (impact printer)

Принтеры ударного действия, или impact-принтеры, создают изображение путем механического давления на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов (механизм печатающей машинки), либо иголки, конструктивно объединенные в матрицы.

Барабанные построчные принтеры

Первые модели печатающих Устройств для вывода информации конструктивно представляли собой модернизированные варианты электрических пишущих машинок и применялись в 60- и 70-х годов в основном для диалогового ввода-вывода небольшого количества данных.

Основным типом устройств для вывода массовой информации в те времена были построчные печатающие устройства барабанного типа, использующие механизм, состоящий из символьного барабана, красящей ленты, системы продвижения перфорированной бумажной ленты (обычно рулонной либо сфальцованной в стопу) и ударных пуассонов.

На символьном барабане размещены выпуклые изображения символов (обычно строками по 120 одинаковых символов). При вращении барабана символы проходят между бумагой, красящей лентой и пуассоном. Удар пуассона, синхронизированный с прохождением требуемого символа, оставляет на бумаге отпечаток. Одна строка, таким образом, печатается за один оборот символьного барабана, что обеспечивает весьма высокое быстродействие (5-20 строк в секунду).

Матричные принтеры. В матричных принтерах (dot matrix printer) изображение формируется иголками, расположенными в головке принтера, и обычно активизируется электромагнитным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение независимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Обычно печать выполняется как при прямом, так и при обратном проходе печатающей головки. Бумага продвигается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. У большинства моделей принтеров красящая лента заключена в специальный пластмассовый корпус, называемый картриджем, который различается по величине и форме для различных моделей. Красящая лента находится внутри корпуса картриджа в виде бесконечной ленты Мебиуса.

Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке.

В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые, как правило, располагаются вертикально в один ряд. Диаметр одной иголки около 0.2 миллиметров. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера (точнее, драйвера) в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается 2 раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки. Качество печати 9-игольчатых принтеров оставляет желать лучшего, но для распознавания букв этого достаточно (подобные принтеры до сих пор применяются, например, при печати железнодорожных билетов). Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера являлся 18-игольчатый принтер, который имел два ряда по 9 иголок.

В 24-игольном принтере, ставшем современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по 12 штук так, что они в соседних рядах сдвинуты по вертикали. За счет этого точки при печати изображений перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что обеспечивает печать на уровне машинописного качества LQ (Letter Quality).

Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров обладают возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты с цветами CMYK.

К числу несомненных преимуществ матричных принтеров относится возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги. Существуют специальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров, которые предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтер самостоятельно заправляет новый лист (sheet feeder).

Достоинствами матричных принтеров являются: дешевизна расходных материалов; долговечность работы; низкая себестоимость печати (один отпечатанный на матричном принтере лист стоит в 20-30 раз дешевле, чем у принтеров других типов); относительная дешевизна матричных принтеров формата A3.

Матричные принтеры обеспечивают скорость печати до 400 знс (знаков в секунду, или cps - characters per second), обладают разрешением 360 х 360 тнд (точек на дюйм, dpi).

Существенным недостатком матричных принтеров как принтеров ударного действия является шум, который достигает 58 дБ. Для устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим (Quiet Mode), однако такое понижение шума приводит к снижению скорости печати в 2 раза. Другое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов.

Струйные принтеры

Главным элементом струйного принтера является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда достигает нескольких сотен.

Чернила подаются к соплам за счет капиллярных свойств и удерживаются от вытекания за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В головку встроен специальный механизм, позволяющий выбрасывать из сопла микроскопическую капельку чернил. Печатающая головка при печати перемещается поступательно слева направо, отпечатав строку, передвигается вниз по листу. Работают эти принтеры практически бесшумно. Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 сантиметра от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, куриные яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными. В зависимости от устройства этого механизма различают принадлежность принтера к тому или иному классу.

Струйные принтеры подразделяются на устройства непрерывного действия (continuous drop) и дискретного (drop-on-demand) действия. Ввиду менее высокой цены более распространенными являются принтеры второго типа, в свою очередь, подразделяющиеся на следующие основные:

пьезоэлектрические (piezo-ink) - Epson, Brother;
пузырьковые (bubble-jet) - Hewlett-Packard, Canon, Lexmark.

Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не свободен и от недостатков.

Пьезоэлектрическая технология дешева, отличается надежностью (так как не используется высокая температура). Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.

Пузырьковая (термическая) технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. Достоинством этого типа принтеров является долговечность (исключая печатающие головки, которые быстро изнашиваются и заменяются вместе со сменой чернильного картриджа), а недостатком - низкая резкость получаемых отпечатков.

Печатающие устройства с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами

Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического заряда происходит деформация пьезоэлемента. При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые выдавились наружу, образуют на бумаге точки.

Пьезоэлектрические трубки . В 1977 года был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Он был оснащен двенадцатью соплами-распылителями и печатал почти бесшумно со скоростью 270 знс. В принтере Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовалась пьезоэлектрическая трубка, помещенная в канал литой пластмассы. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства.

Пьезопластины . В начале 1985 года компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, в печатающих головках Epson, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки.

В 1987 года компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. Согласно этому методу пьезопреобразователь, представляющий собой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позади небольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламель импульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли из сопла-распылителя.

Пластинчатые пьезопреобразователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем - высокую частоту распыления и компактную конструкцию.

Печатающие устройства с термографическими исполнительными механизмами

Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры около 500 °С. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри выталкивают через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил.

Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремниевых подложках, изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

При тонкослойной технологии применяются в принципе те же производственные процессы, что и при изготовлении интегральных схем. Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмы и токоподводящие шины создаются при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем структурировании этих слоев.

Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, очевидна возможность интеграции последних в печатающие кристаллы. Первый шаг в этом направлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принтеров транзисторную матрицу. Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированным последовательно-параллельным преобразователем.

Процесс функционирования пузырьково-струйного сопла-распылителя иллюстрируется на рисунке. Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мкс подается на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500 °С. На его поверхности температура превышает 300 °С. Мощность нагрева настолько велика, что при увеличении длительности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагревательный элемент моментально бы разрушился. В тонкой пленке над нагревательным элементом начинают кипеть чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырек пара высокого давления (до 10 бар). Он выталкивает каплю чернил из сопла-распылителя, причем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Затем через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новая порция чернил не будут засосана из резервуара.

Пузырьково-струйные печатающие устройства делятся на две группы. Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли перпендикулярно к направлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательных элементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.

Требования к качеству чернил для любых систем струйной термопечати значительно выше, чем в пьезосистемах. Принцип функционирования и высокие температуры обусловливают применение только смешанных растворимых красителей на водяной основе. Красители должны соответствовать ряду требований:

быть химически нейтральными к материалам, из которых изготовлен механизм;
не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также не расслаиваться;
храниться в течение длительного времени;
обладать определенными показателями плотности, вязкости и поверхностного натяжения при температурах 10 … 40°С;
не служить питательной средой для размножения бактерий и водорослей;
не содержать ядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.

Красители для струйной термопечати также должны образовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживать кратковременное нагревание до 350 °С.

Печатающие головки могут конструктивно объединяться с чернильным картриджем и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно - при этом заменяется только картридж. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы, что чернильная емкость без печатающей головки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации с печатающей головкой. На деле этого не происходит и заметного удешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головке не наблюдается. В то же время легко сменяемая печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, связанных с засыханием чернил в ее каналах. Для того чтобы уменьшить рисунок засыхания чернил в каналах головки, предусматривается специальное положение парковки. В большинстве принтеров предусмотрена функция очистки сопел. Тем не менее все это-не дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головку не придется менять.

Головка вместе с емкостями для чернил закрепляется на каретке, которая по направляющей совершает возвратно-поступательное движение поперек листа бумаги. Хотя способ объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивно наиболее прост и в силу этого получил самое широкое распространение, он не является оптимальным. Дело в том, что каретка должна достаточно быстро двигаться, а также достаточно быстро изменять направление Движения, ибо скоростью ее движения определяется скорость печати. Для этого подвижная каретка должна быть малоинерционной, то есть иметь возможно меньшую массу, и с этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому предпочтительнее оказывается Размещение емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернил к печатающим головкам осуществлять с помощью специальных трубопроводов.

Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить емкости для чернил, однако система трубопроводов конструктивно столь сложна, что такая конструкция используется редко.

Конструктивно устройство для подачи бумаги выполняется различно в разных типах принтеров, однако существуют две основные схемы.

Схемы с верхней подачей бумаги требуют наличия достаточной зоны обслуживания сверху корпуса принтера, поэтому такие принтеры мало пригодны для установки в нишах с ограниченной высотой. Расположенный снизу приемный лоток часто делается откидным, а иногда и вовсе отсутствует. При таком устройстве принтер занимает меньше места на рабочем столе, что иногда немаловажно. Такая конструкция используется в принтерах Epson, Canon.

В схемах с нижней подачей приемный лоток располагается над подающим, что обеспечивает большее удобство при эксплуатации. Такая схема расположения лотков характерна для большинства струйных принтеров, выпускаемых под торговой маркой HP. Ненужность верхней зоны обслуживания позволяет устанавливать этот принтер в нишах ограниченной высоты, равной высоте принтера. К недостаткам таких принтеров следует отнести то, что они занимают больше места на рабочем столе.

Цветные струйные принтеры

Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и меньшую стоимость по сравнению с лазерными.

Печать цветных изображений на струйных принтерах происходит путем смешения четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. В дорогих моделях принтеров используются дополнительно два цвета - либо светло-голубой и светло-пурпурный, либо оранжевый и зеленый (такие модели называют также фотопринтерами и отличаются повышенным качеством цветопередачи). Хороший струйный фотопринтер представляет собой приемлемую альтернативу дорогим цветным лазерным устройствам.

Отметим, что цветные струйные принтеры очень критичны к качеству бумаги, поэтому здесь следует придерживаться рекомендаций производителя принтера. Наивысшее качество струйной печати достигается на специальной фотобумаге, отличающейся достаточно высокой ценой.

Разрешение цветного принтера соответствует числу физических точек черного либо одного из основных цветов, наносимых на бумагу. Для печати промежуточных оттенков принтер прибегает к растрированию полутонов. С точки зрения пользователя это означает, что только 1-битовое черно-белое (либо бело-голубое, пурпурно-белое, желто-белое) изображение (bitmap) без полутонов может быть напечатано с разрешением, равным заявляемому разрешению принтера, а полутоновое изображение должно иметь разрешение в 6-8 раз лучшее. Иначе говоря, для качественной струйной печати полутонового или цветного изображения с разрешением 120 тнд необходим принтер с разрешением 720 тнд, а для изображения с разрешением 180 тнд - принтер на 1440 тнд. Заметим, что реальное физическое разрешение головок принтеров Epson составляет 720 тнд (1440 у высших моделей), а за счет половинного перемещения головки достигается разрешение 1440 х 720 тнд (соответственно у высших моделей 2880 х 1440 тнд).

Фотоэлектронные печатающие устройства

Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу.

Для освещения поверхности промежуточного носителя используют:

в лазерных принтерах - полупроводниковый лазер;
в светодиодных - светодиодную матрицу;
в принтерах с жидкокристаллическим затвором - люминесцентную лампу.

Лазерные принтеры

Эти устройства обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами-разработчиками лазерных принтеров являются Hewlett-Packard, Lexmark, Epson, Canon, Toshiba, Ricoh.

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, предложенном Ч. Ф. Карлсоном в 1939 году и используемом также в копировальных аппаратах.

Функциональная схема лазерного принтера приведена на рисунке. Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Принтер является постраничным, то есть формирует для печати полную страницу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника (оксид цинка или селен). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд, это обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронируюшим проводом.

а - общий вид;
б - схема процессов.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: есть движение луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль барабана и изменяет его электрический заряд в точках падения. Размер заряженной точки зависит от фокусировки луча лазера с помощью объектива. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана изменяется с 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер - краска, состоящая из мельчайших частиц. Под действием статического заряда эти частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение в виде рельефа красителя.

Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед подходом к барабану бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, нанесенные ранее на барабан.

Для фиксации тонера страница вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 °С. После окончания печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц, готовясь для печати следующей страницы.

Цветное изображение с помощью лазерного принтера получается по стандартной схеме CMYK, используемой также в струйных принтерах. Это фактически четыре черно-белых аппарата с одним общим фотобарабаном. В цветном лазерном принтере изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета (голубой, пурпурный, желтый и черный), имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления.

В более старых аппаратах краски каждого из базовых цветов последовательно наносились на фотобарабан и бумагу, в результате лист печатался за четыре прогона. В более современных цветных принтерах краски наносятся отдельными прогонами только на барабан, а на бумагу с него переносятся все сразу.

Цветные лазерные принтеры оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере располагаются образцы шрифтов и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера.

Характеристики

Уровень шума лазерного принтера составляет в среднем 40 дБ, причем в режиме off-line это значение меньше.

Разрешение лазерного принтера по горизонтали и по вертикали зависит от следующих факторов. Вертикальное разрешение определяется шагом вращения барабана и в основном 1/300-1/600 Дюйма. Горизонтальное разрешение определяется числом точек в одной строке и ограничено точностью фокусировки лазерного луча. Многие модели лазерных принтеров имеют «несимметричное разрешение», например 1200 х 600 тнд: точность перемещения лазерного луча составляет V1200 дюйма, а шаг вращения барабана 1/600 дюйма.

Скорость печати лазерного принтера измеряется в страницах в минуту и для обычных принтеров находится в диапазоне от 4 до 8 стр. /мин. При печати сложных графических изображений скорость печати лазерного принтера снижается. Высокопроизводительные сетевые принтеры обеспечивают скорость печати более 20 стр. /мин. Скорость печати лазерного принтера зависит от следующих факторов: времени механической протяжки бумаги, скорости обработки данных, поступающих от ЭВМ, и формирования растровой страницы для печати. Как правило, лазерный принтер оснащен собственным процессором. Скорость печати определяется не только работой процессора, но и существенно зависит от объема памяти, которой оборудован принтер.

Память лазерного принтера, который обрабатывает информацию постранично, должна обеспечивать большое количество вычислений. Например, при разрешении 300 х 300 тнд на странице формата А4 насчитывается почти 9 миллионов точек, а при разрешении 1200 х 1200 - более 140 миллионов. Минимальной величиной памяти лазерного принтера считается 1 Мбайт, а в основном используют память от 2 до 4 Мбайт, причем цветные лазерные принтеры обладают еще большей памятью.

Интерфейс более мощных лазерных принтеров выполнен в виде соединителя параллельного порта, называемого С-порт и отличающегося от обычного разъема Centronics более плотным расположением контактов, длиной кабеля, которая может составлять до 10 м, и лучшими возможностями двунаправленной скоростной передачи данных. При этом имеется возможность использования стандартного разъема Centronics. В отдельных моделях применяется беспроводный интерфейс на основе инфракрасных приемопередатчиков. В противоположность другим периферийным устройствам принтер практически всегда подсоединяется к персональному компьютеру.

Язык принтера является для него тем же, чем для персонального компьютера - командный язык операционной системы. Набор команд языка принтера обычно содержится в ROM принтера и соответственно интерпретируется его центральным процессоров. Наиболее распространенными языками для лазерных принтеров являются: PCL6 PCL (Printer Control Language версии 6), HP-GL (Hewlett-Packard Graphic Language), PostScript - стандартизованный язык описания страниц, предполагает наличие соответствующего аппаратного обеспечения. К числу его преимуществ относится то, что значительная часть информации, которую должен печатать принтер, передается в математической форме.

Светодиодные принтеры , или LED принтеры (Light Emitting Diode), основаны на том же принципе действия, что и лазерные. Конструктивным различием является то, что барабан освещается не лучом лазера, развертка которого обеспечивается с помощью механически управляемых зеркал, а неподвижной диодной строкой, состоящей из 2500 светодиодов, которая описывает не каждую точку, а целую строку. На основе этой технологии работают принтеры фирмы OKI.

В принтерах с жидкокристаллическим затвором в качестве источника света служит люминесцентная лампа. Свет лампы управляется жидкокристаллическим затвором, прерывателем света, который выполняет команды драйвера. Скорость печати такого принтера ограничена скоростью срабатывания жидкокристаллического затвора и не превышает 9 листов в секунду.

Принтеры других технологий

Несмотря на то что лазерные и струйные принтеры доминируют на рынке, существуют и другие технологии печати. Технология твердых чернил занимает значительную долю рынка, так как предлагает продукцию хорошего качества в широком ассортименте, в то время как термовоск и сублимация красок играют важную роль в специализированных областях печати.

Твердые чернила

Твердочернильные (Solid Ink) принтеры были разработаны в попытке устранить основные недостатки цветных лазерных принтеров, а именно низкую скорость печати за счет совершения четырех проходов барабана по бумаге. Отпечаток, сделанный на твердочернильном принтере, получается немного зернистым из-за физических свойств красителя (как правило, это окрашенный воск), зато очень насыщенным и хорошо передающим полутона. Типичными представителями этого типа являются устройства Tektronix фирмы Xerox.

Восковые чернильные палочки расплавляются, а затем смесь впрыскивают на передающий барабан, откуда она через отверстия попадает на бумагу, где практически мгновенно застывает (в этом состоит их существенное отличие от струйных принтеров, в которых краситель растекается по бумаге, за счет этого изображение может получаться более темным, чем необходимо). После разогрева восковые тепловые принтеры не следует передвигать, иначе воск может повредиться. Они должны находиться в защищенном месте и их целесообразно использовать в качестве сетевых.

Твердые струйные принтеры дешевле, чем аналогичные цветные лазерные принтеры, и экономичны из-за политики Tektronix, предоставляющей черные чернила бесплатно. Хорошее качество продукции поддерживается высококачественными моделями принтеров. Однако они не так хороши, как цветные лазерные принтеры для графики и текста или хороший чернильный принтер для фотографий. Разрешение начинается с обычных 300 тнд, повышаясь до максимального значения 450-850 тнд. Скорость цветной печати обычно составляет 4 страницу минуту при стандартном разрешении и повышается до 6 страниц в минуту при меньшем разрешении.

а - твердые чернила;
б - сублимация красок;
в - термовоск.

Сублимация красок

В основу действия сублимационных (Dye-Sublimation) принтеров положен термоперенос красителя с помощью испарения с последующим его внедрением в специальную бумагу с полистирольным покрытием. При этом получается довольно высокое качество, близкое к фотографическому, а главное - без заметной глазу дискретности. Поэтому сублимационные принтеры принято относить к устройствам, печатающим непрерывными тонами.

Процессы печати, используемые принтерами сублимации красок и чернильными, различаются. Вместо того чтобы распылять чернила через сопло на страницу, как это делают струйные принтеры, принтеры сублимации красок используют для переноса краски пластиковую пленку. Она имеет форму рулона или ленты и содержит последовательные изображения составных цветов - синего, бордо, желтого и черного (CMYK).

Передающая пленка проходит по тепловой печатающей головке, состоящей из тысяч нагревающихся элементов. Высокая температура заставляет краски на пленке сублимироваться - превращаться в газ, без жидкой фазы, и краска в форме пара поглощается бумагой. Управление количеством краски происходит посредством изменения интенсивности и продолжительности воздействия высокой температуры.

Когда чернила попадают на бумагу, они размываются. Этот эффект позволяет принтеру создавать непрерывные тона цвета, смешивая чернила. Движение бумаги увеличивает область непрерывного цвета.

Принтеры сублимации красок используют систему с тремя этапами: слои синей, бордовой и желтой красок наносятся поверх друг Друга. Затем помещается прозрачный слой, защищающий печать от Ультрафиолетового света.

Существует также ряд струйных принтеров, способных к сублимации красок. Технология, по которой эти принтеры печатают, отличается от исходной технологии испарения красок, здесь чернила находятся в картриджах, которые могут за один проход напечатать только часть страницы. Чернила нагреваются до испарения, до 500 °С (что выше, чем в обычных принтерах сублимации красок). Данный гибридный метод используется в принтерах Alps и относится к технологии Micro Dry. Эти устройства работают в диапазоне разрешения 600-1200 тнд, и некоторые стандартные картриджи могут быть заправлены специальными фоточернилами для высококачественной печати.

Термоавтохром

Термоавтохром (ТА - thermo autochrome) появился сравнительно недавно. Этот процесс печати более сложен, нежели при струйной или лазерной технологиях. Он используется в принтерах, продаваемых в виде сопутствующих устройств к цифровым камерам. Бумага ТА содержит три слоя пигмента - синий, бордовый и желтый, каждый из которых обладает чувствительностью к специфическому диапазону температур. Из этих пигментов желтый имеет самую низкую температурную чувствительность, далее идут синий и бордовый. Принтер оборудован тепловыми и ультрафиолетовыми головками, печать производится в три этапа. При первом этапе бумага нагревается до температуры, необходимой для активизации желтого пигмента, далее облучается ультрафиолетом перед прохождением на следующий цвет (бордо). Хотя последний проход (синий) не следует обрабатывать ультрафиолетом, результат, как утверждают, является более надежным, чем при сублимации красок.

Термовоск

Тепловой воск (thermal wax) - технология, родственная сублимации красок и является подходящей для печати диапозитивов. Принтеры используют рулоны пластиковой пленки CMY или CMYK, покрытой красителями на основе воска.

Тысячи нагревательных элементов на печатающей головке заставляют воск таять и покрывать бумагу или прозрачный материал. Разрешение и скорость печати низкие: обычно 300 тнд и около 1 страницы в минуту

Работа с информацией предполагает использование разного рода носителей. В современном мире большинство операций с текстовыми и графическими данными производится в компьютере, но такой подход не отменяет возможности преобразования цифровых материалов в вид, пригодный для физического обращения. Иными словами, любую информацию из компьютера можно перенести на твердый носитель. Наиболее распространенным инструментом для выполнения данной операции является принтер. Это высокотехнологичное устройство, которое можно рассматривать в качестве одного из компонентов внешней периферии ПК. Главное назначение принтера заключается в переносе цифровой информации на бумагу или специальную полимерную пленку. Но этим его функции не ограничиваются.

Назначение и основные задачи принтера

На современном рынке редко встречаются модели, которые выполняют одну лишь функцию принтера как средства печати. Как правило, это многофункциональные устройства, также реализующие операции копировального аппарата, сканера и телефакса. Другое дело, что основной и дополнительный функционал оптимизируется под компьютерную технику и все меньше напоминает по технологии исполнения традиционные машины. Итак, что делает принтер? Даже пользователь бюджетного аппарата сможет качественно распечатать текстовую информацию, а также перенести изображение с бумажного носителя в цифровой вид. Собственно, в этом и заключаются базовые задачи, на которые ориентируется данная техника.

Вспомогательный опционал может сводиться к возможностям нанесения защитных слоев на бумагу (ламинирование), брошюрированию (создание переплета) и т. д. На данном этапе развития принтер со сканером совершенствуется скорее не за счет повышения функциональности, а в характеристиках качествах печати. Впрочем, разработчики наделяют модели и новыми возможностями, с точки зрения организации процесса управления. Так, реализуются технологии беспроводной связи между принтером и компьютером, автоматические модули управления и другие инновационные разработки.

Устройство принтера

В стандартном исполнении принтер представляет собой небольшой пластиковый блок, внутри которого содержится оснастка для произведения печати. Физически процесс работы обеспечивается за счет чернильной помпы, приводного механизма и фиксирующих элементов. Имеет свои особенности устройство в котором также предусматривается светодиодная лента. Такие модели работают по принципу фотокопировальной печати. Особое место в конструкции лазерных аппаратов занимает фотобарабан. Это алюминиевый цилиндр, поверхности которого отличаются повышенной светочувствительностью. В зависимости от освещения данный блок может менять электрическое сопротивление - на этом и базируется способность переноса изображения в том или ином виде за счет лазерной экспозиции.

Отдельное место также занимает лента переноса и блок проявки. В первом случае ленточный элемент служит для нанесения промежуточных изображений с разных барабанов, связанных с картриджами для краски. Минуя этот технологический этап, механизмы передачи тонера качественно переносят информацию и на бумагу. Помимо этого, устройство лазерного принтера характеризуется более технологичной реализацией печатающей головки, обеспеченной сотнями активных сопел. Это уже не линейные элементы для подачи краски, а высокоточные средства рассеивания чернильных капель.

Разновидности принтера

Существует более десятка разновидностей принтеров, отличающихся и по конструкции, и по принципу работы. Однако, наибольшее распространение получили струйные, матричные и вышеупомянутые лазерные модели. Данные виды принтеров и их назначение во многом связаны и аналогичны. Разработчики разных устройств преследуют те же цели - получение высокого качества печати при минимальных затратах и с оптимальной скоростью. Базовым в классификации можно назвать матричный принтер. В домашних условиях он почти не используется, но именно платформа таких моделей дала толчок для дальнейшего развития сегмента. Результатом технологического продвижения стало появление струйного принтера. Данный аппарат характеризуется высокой скоростью работы, возможностью чернилами и доступной ценой. Но, с большими объемами такое устройство справляется не лучшим образом - во всяком случае, его эксплуатация для таких нужд обойдется дороже в плане затрат на расходные материалы.

Лазерный принтер может стать оптимальным решением в разных аспектах применения. К достоинствам такого аппарата относят высокую скорость работы, экономность в потреблении расходников и стабильное поддержание качества печати. Впрочем, который обуславливается ударным действием игольчатых элементов, является еще более экономным. К слову, именно 24-игольчатые матричные, а не лазерные принтеры чаще задействуются в работе с официальными документами. Но, опять же, для домашнего использования целесообразнее выбирать лазерные модели.

Принцип работы оборудования

Теперь стоит подробнее ознакомиться с принципами работы принтеров. Большинство современных аппаратов работают за счет технологий переноса изображения путем фоточувствительных элементов. Это могут быть и непосредственно лазерные модели, и светодиодные. У них много общего, но рабочая часть формируется в одном случае лазером, а в другом - светодиодами. В обоих устройствах могут применяться разные подходы к переносу тонера. К примеру, распространен принтер со сканером, в котором реализована двухкомпонентная система проявления. В данном случае частицы чернил, предназначенные для перемещения в фотобарабан, не удерживаются на магнитном валу проявочного блока самостоятельно, а прилипают к магнитному порошку девелопера-носителя. Другой принцип работы предполагает изначальное смешивание девелопера и частиц краски. В немагнитных моделях нанесение осуществляется и вовсе без применения активных добавок - это тонеры, работающие на принципах электростатики.

Постепенно уходят в историю, но, как уже отмечалось, в некоторых сферах все еще применяются модели, работающие с наборами иголок. Это классические матричные аппараты, приводимые в действие за счет электромагнитов. Механический принцип работы матричного принтера базируется на функции головки, которая перемещается на специальной каретке и управляет работой иголок. Последние через красящую ленту за счет ударов формируют на рабочей поверхности изображение.

Особенности 3D-принтеров

Всего несколько лет назад сегмент принтеров был дополнен принципиально новой разработкой - 3D-устройством. Его задача заключается в создании полноценных объемных изделий, параметры которых также задаются в компьютере. Соответственно, и назначение принтера такого типа существенно отличается. Если традиционные модели и лазерные аппараты ориентируются на перенос текстовой и графической информации, как правило, на бумажный носитель, то в данном случае можно говорить о переносе компьютерной модели в реальный вид.

По размерам такие модели чаще всего соответствуют обычным принтерам, но их конструкция гораздо сложнее. Главным рабочим компонентом также выступает специальная головка, из которой производится наслоение материала. Это экструдер, который в отличие от той же матрицы с иголками для печати работает не с чернилами, а с пластиками. Обычно полимеры, наносимые на рабочую площадь соплом, формируют целевой объект. К слову, в строительной отрасли постепенно осваивается и промышленное назначение принтера, который может возводить небольшие дома. В подающую оснастку загружается строительный раствор, после чего аппарат наносит его в специальной последовательности на участок застройки.

Какая бумага используется для принтера?

Одной из главных характеристик бумажного расходного материала для принтера является размер. Наиболее распространенный формат представляет серия А. В международном стандарте эта линейка типоразмеров рекомендуется как носитель для обычной документации. Если требуется бумага для принтера, используемого в полиграфическом производстве, то желательно применять материал серии B. Для конвертов же чаще используют форматы C. Наиболее распространенными для домашнего и офисного применения являются листы А4.

Также бумага характеризуется такими качествами, как плотность и яркость. Что касается плотности, то она определяется массой одной единицы площади листа. Например, показатель в 80 г/м2 можно назвать оптимальным. Бумагу с меньшей плотностью аппарат может просто зажевать, а листы с большей массой могут не пройти. Если принтер для печати используется в работе с важными официальными документами, то учитывать стоит и яркость бумаги. Она определяется процентами - наиболее качественной считается белоснежная бумага с коэффициентом яркости в 100%. Но она и стоит дороже, поэтому рядовые пользователи чаще обращаются к листам, имеющим 80-90% в параметре яркости.

Эксплуатация принтера

Работать с принтером можно только при условии его надежной установки. Аппарат должен располагаться на ровной поверхности, сохраняя устойчивость. Следует учитывать, что в процессе работы некоторые модели могут сильно вибрировать, поэтому стабильность основания очень важна. Непосредственное управление функциями устройства осуществляется с помощью панели, на которой расположены кнопки. Это могут быть и традиционные механические, и сенсорные клавиши. Как правило, производители обозначают каждую кнопку символом, соответствующим той или иной операции. Оборудование может использоваться и в режиме самостоятельного устройства, и в формате сетевого компонента. Во втором случае необходимо знать адрес сетевого принтера, который вводится в систему. Для этого следует через параметры конфигурации оборудования поставить задачу распечатки характеристик. На листе бумаги будет отражен и сетевой адрес, и другие важные сведения о конкретном устройстве.

Обслуживание оборудования

Проверка рабочего состояния принтера имеет большое значение с точки зрения сохранения оптимального качества выполнения его функций. Независимо от того, каким будет основное назначение принтера, желательно не оставлять его на долгий срок без работы. По крайней мере, раз в неделю обычный струйный аппарат должен распечатать 1-2 страницы. В ином случае есть риск засыхания чернил, что приведет к серьезным неполадкам механической начинки. Кроме того, важно предотвращать всевозможные риски загрязнения корпуса - особенно пылью, которая может проникнуть в ответственные функциональные части принтера.

Большинство современных моделей снабжаются автоматическими системами контроля и диагностики рабочей оснастки. Через настройки пользователь может оценить состояние сопел, их чистоту и готовность к работе. Если используется качественная и подходящая по формату бумага для принтера, то эксплуатационный срок тоже будет продлен. Распространенной ошибкой владельцев тех же струйных моделей является применение бумаги, предназначенной для лазерных аппаратов. В таких случаях также возникает риск засорения рабочих головок, что неминуемо влечет необходимость ремонта.

Заключение

Упрощение физических операций с принтерами является одним из главных направлений развития полиграфического оборудования. Так, совершенствуются средства взаимодействия с аппаратом и пользователя, и компьютера. В плане технической начинки также наблюдается улучшение эксплуатационных показателей - это относится и к рабочему ресурсу, и к ее эффективности Но принципиально современный принтер для печати не меняется. Можно сказать, что внедрение лазерных и светодиодных компонентов печати стало последним и наиболее успешным этапом в развитии подобной техники за последние годы. Производители осваивают и другие способы реализации функционального оснащения, но на выходе получается, скорее, экспериментальная или узкоспециализированная продукция, которая не может конкурировать с тем же лазерным оборудованием в условиях широкого рынка.

Множество людей пользовались лазерными принтерами, у некоторых они стоят дома, но все ли знают, как работает лазерный принтер? Ответ на этот вопрос читатель найдет в этой статье.

Лазерный принтер – это периферийное устройство, которое быстро и качественно напечатает текст и графические объекты на обычной офисной и специальной бумаге. Основные преимущества этих принтеров, такие как низкая себестоимость печати, большая скорость работы, высокий ресурс и разрешение, стойкость к влаге и выцветанию сделали их самыми часто используемыми не только в среде офисных работников, но и среди обычных пользователей.

Создание и развитие лазерных принтеров

Первое изображение с использованием сухих чернил и статичного электричества получил Честер Карлсон в далеком 1938 году. И лишь спустя 8 лет он смог найти производителя изобретенных им устройств. Это была компания, которую ныне все знаю под названием Xerox. И в тот же 1946 год на рынок попадает первое копировальное устройство. Это была огромная и сложная машина, требующая проведения целого ряда ручных операций. Лишь в средине 1950-х был создан первый полностью автоматизированный механизм, который являлся прообразом современного лазерного принтера.

С конца 1969 года Xerox начинает работу над разработкой лазерных принтеров, добавив лазерный луч к существующим на то время образцам. Но стоял он треть миллиона долларов по тем меркам и имел огромные размеры, что не позволяло пользоваться таким устройством даже на небольших предприятиях, не то что в быту.

Результатом сотрудничества нынешних гигантов в индустрии печати Canon и HP стал выпуск в свет серии принтеров LaserJet, которые способны напечатать до 8 страниц текста в минуту. Такие устройства стали более доступными после того, как появился первый сменяемый картридж для лазерного принтера.

Принцип работы

Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он прилипает и буквально впечатывается в бумагу. Но каким образом это происходит?

Любой лазерный принтер состоит из трех основных функциональных блоков: печатная плата, блок переноса изображения (картридж) и печатный блок. Бумагу на печать подает узел подачи бумаги. Они разрабатываются по двум конструкциям – подача бумаги из нижнего лотка и подача из верхнего лотка.

Его строение достаточно простое:

ролик – нужен для захвата бумаги;
блок для захвата и подачи одного листа;
ролик, передающий статический заряд бумаге.
Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр.

Тонер

Тонер состоит из микроскопических частичек полимеров, которые покрыты красителем, с включением магненита и регулятора заряда. Каждая фирма выпускает порошок с уникальными характеристиками для собственных принтеров и многофункциональных устройств. Все порошки отличаются магнитностью, плотностью, дисперстностью, размером зерен и другими физическими показателями. Поэтому не стоит заправлять картриджи случайным тонером. Преимущества тонера перед чернилами заключаются в четкости отпечатанной картинки и влагостойкости, которая обеспечивается впечатыванием порошка в бумагу. Из недостатков стоит назвать малую глубину цветов, насыщенность при цветной печати и отрицательное воздействие на организм человека при взаимодействии с тонером, например, во время зарядки картриджа.

Строение и этапы печати изображений

Фотобарабан выполнен в виде продольного алюминиевого вала, с нанесенным на него тонким слоем материала, чувствительного к световым лучам с определенными параметрами. Цилиндр покрыт защитным слоем. Помимо алюминия, барабаны изготовляются с неорганических фоточувствительных веществ. Основное свойство фотобарабана – изменение проводимости (заряда) под воздействием лазерного луча. Это значит, что если цилиндру придать заряд – он будет хранить его на протяжении значительного отрезка времени. Но если засветить какую-либо область вала светом – они тут же теряют свой заряд и становятся нейтрально заряженными за счет увеличения проводимости (то есть уменьшением электрического сопротивления) в этих зонах. Заряд стекает с поверхности через внутренний проводящий слой.

При поступлении документа на печать, печатная плата обрабатывает его и посылает соответствующие световые импульсы на блок переноса изображения, где цифровая картинка превращается в изображение на бумаге. Фотобарабан вращается при помощи вала и получает первичный отрицательный или положительный заряд от находящегося рядом роллера. Его величина определяется настройками печати, которые сообщает печатная плата.

После зарядки цилиндра лазерный луч, имеющий горизонтальную развертку, сканирует его с огромной частотой. Засвеченные места фотоцилиндра, как сказано выше, становятся незаряженными. Эти незаряженные зоны формируют требуемую картинку на барабане в зеркальном отображении. Далее, чтобы изображение оказалось на бумаге, незаряженные зоны необходимо заполнить тонером. Блок лазерного сканирования состоит из зеркала, полупроводникового лазера, нескольких формирующих и одной фокусирующей линзы.

Барабан контактирует с роллером, изготовленным, в основном, из магния и подает тонер на фотоцилиндр из емкости картриджа. Роллер, в котором расположен постоянный магнит, выполнен в виде пустотелого цилиндра с токопроводящим слоем. Под воздействием магнитного поля тонер из бункера притягивается к роллеру под действием силы намагниченного сердечника.

Под действием электростатического напряжения тонер из роллера будет переноситься на сформированное лазерным лучом изображение на поверхности фотобарабана, крутящегося вплотную с роллером. Тонеру некуда деться, ведь его отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженным областям фотоцилиндра, на котором сформировано нужное изображение. Отрицательный заряд барабана отталкивает ненужное количество тонера назад, заполняя им отсканированные лазером участки.

Отметим один нюанс. Существует два типа формирования изображений. Самый распространенный – это применение тонера с положительным зарядом. Такой порошок остается на нейтрально заряженных областях фотоцилиндра. То есть, лазером засвечиваются области, где будет наше будущее изображение. Барабан при этом заряжен отрицательно. Второй механизм менее распространенный, в нем используется тонер с отрицательным зарядом. Лазерный луч «разряжает» области положительно заряженного фотоцилиндра, на которых изображения быть не должно. Это стоит помнить при выборе лазерного принтера, ведь в первом случае будет более точная передача деталей, а во втором – более равномерная и плотная заливка. Первые принтеры отлично подойдут для печати текстовых документов, потому они и получили широкое распространение.

Перед тем, как соприкоснуться с цилиндром бумага получает статический электрический заряд с помощью ролика переноса заряда. Под воздействием, которого тонер притягивается к бумаге в момент ее плотного контакта с барабаном. Сразу после этого заряд из бумаги удаляется нейтрализатором статичного заряда. Этим устраняется притягивания листа к фотоцилиндру. Во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования на листе становится заметным сформированное изображение, которое легко разрушается от малейшего прикосновения. Для его долговечности необходимо провести фиксацию с помощью расплавления добавок, входящих в тонер. Этот процесс происходит в блоке фиксации изображения – это третий ключевой блок лазерного принтера. Еще его называют «печкой». Если вкратце, то плавятся входящие в состав тонера вещества. После их вдавливания и застывания эти полимеры словно покрывают собой чернила, защищая их от внешних воздействий. Теперь читатель поймет, почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, такие теплые.

По конструкции так называемая «печка» состоит из двух валов, в одном из которых находится нагревательный элемент. Второй, зачастую нижний, необходим для вдавливания расплавленного полимера в бумагу. Нагревательные элементы выполняются в виде термисторов, изготовленных в виде термопленок. При подаче напряжения на них, эти элементы разогреваются до высоких температур (порядка 200 °C) за доли секунды. Прижимный валик прижимает лист к нагревателю, в процессе чего осуществляется вдавливание жидких микроскопических частиц тонера в текстуру бумаги. На выходе из блока фиксации стоят разделители, дабы бумага не прилипала к термопленке.

Создание и развитие лазерных принтеров

Принцип работы

Его строение достаточно простое:

ролик – нужен для захвата бумаги;
блок для захвата и подачи одного листа;
ролик, передающий статический заряд бумаге.
Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр.

Тонер

Строение и этапы печати изображений