Пьезоэлектрическая печать что это
Пьезоэлектрическая печать
Первый пьезоэлектрический принтер был изготовлен компанией Siemens в 1977 году. В качестве электромагнитного преобразователя в нём использовались пьезоэлектрические трубочки, окружённые литой пластмассой. Инициатива Siemens была подхвачена компанией Epson, которая в начале 1985 года представила на суд общественности свой первый пьезоэлектрический принтер Epson SQ-870/1170.
Вместо пьезоэлектрических трубочек, окружённых пластмассой, компания Epson использовала встроенные в печатающую головку небольшие плоские пьезокристаллические пластинки. Двумя годами позже компания Dataproducts предложила использовать в струйных принтерах пластинчатые пьезопреобразователи – плоские длинные пластинки (ламели), связанные с вибрирующим мениском (диафрагмой) чернильного резервуара. Компания Epson по достоинству оценила инновацию Dataproducts, и начиная с 1994 года стала оснащать пластинчатыми преобразователями все принтеры серии Epson Stylus.
Пьезоэлектрический принтер Epson
Сегодня Epson – это единственная в мире компания, выпускающая пьезоэлектрические принтеры. Для поддержания своего монопольного положения Epson запатентовала технологию пьезоэлектрической печати во всех странах мира. Для этого ей пришлось получить более 4 000 патентов.
Технология пьезоэлектрической печати наглядно показана на рисунке ниже. Раскроем её основные этапы.
Технология пьезоэлектрической печати
Под воздействием электрических импульсов пластинчатый пьезопреобразователь (ламель) выгибается и оказывает давление на мениск чернильного резервуара, к которому он прикреплён. Резервуар, сокращаясь под давлением ламеля, действует по принципу насоса, и выталкивает из сопла микроскопические порции чернил, которые распыляются на бумагу. После вылета чернильной капли ламель получает противоположное напряжение и выгибается в обратную сторону, увлекая за собой мениск резервуара. Объём резервуара при этом увеличивается, за счёт чего в него затягивается новая порция чернил.
Пластинчатые преобразователи совмещают в себе преимущества как трубчатых, так и плоских систем – компактную конструкцию и высокую частоту распыления чернил.
Пьезоэлектрическая печать включает в себя три важных компонента, гарантирующих её качество:
Активный контроль мениска (Active Meniscus Control) и отсутствие термоэлементов в пьезоэлектрических принтерах предотвращают появление капель-сателлитов (спутников), вылетающих из сопел вслед за основными каплями. Это позволяет избежать ореола вокруг изображения, придаёт отпечаткам отчётливость и улучшает цветопередачу.
Пьезоэлектрический принтер Epson
Пьезоэлектрические принтеры Epson печатают микрокаплями, объём которых составляет всего 2 пл – это самый маленький объём капель среди струйных принтеров (для сравнения: объём микрокапель Lexmark – 3 пл, HP – 4 пл). Микроскопичность чернильных капель, получаемых в процессе пьезоэлектрической печати, позволяет добиться высокого качества и разрешения изображений. Максимальное разрешение пьезоэлектрических принтеров Epson, представленных на российском рынке, составляет 2880х1440 dpi.
Диаметр сопел в пьезоэлектрических принтерах Epson больше диаметра сопел в термоструйных принтерах, что позволяет регулировать размер чернильных капель (Variable Size Droplet технология). Использование микрокапель повышает качество изображения, но снижает скорость печати. Чтобы ускорить процесс печати при удовлетворительном качестве отпечатка пользователь может увеличить объём микрокапель. При этом скорость печати значительно повысится.
Печатающая головка пьезоэлектрического принтера – дорогое высокотехнологическое изделие. Она монтируется на каретке принтера. Соответственно, пьезоэлектрические картриджи – это так называемые «чернильницы» без печатающей головки. По заявлению компании Epson ресурс обычной печатающей головки пьезоэлектрического принтера составляет 5 лет, широкоформатного принтера – 10 лет.
Пьезоэлектрический принтер Epson
Чернила для пьезоэлектрической печати значительно отличаются от чернил для термоструйных принтеров по степени вязкости, электропроводности, химическому и физическому составу, а потому не являются взаимозаменяемыми. В чернила для термоструйных принтеров добавляются особые присадки, которые препятствуют образованию нагара и накипи. Для пьезотехнологии такие чернила не нужны, и даже вредны. Поэтому чернила для термопринтеров нельзя использовать в пьезоэлектрических принтерах, и наоборот.
Краткие характеристики струйной пьезоэлектрической и термоструйной технологии печати
Каталог широкоформатного оборудования со струйной пьезоэлектрической технологией печати.
Самые распространенные сегодня принтеры основаны на струйной технологии: измельченный краситель в виде капель распыляется на материал. Обычно, как и в матричных принтерах, печатающая головка движется поперек направления подачи носителя, формируя полосу изображения, а затем носитель сдвигается для печати следующей полосы. Однако вместо иголок в головке имеется множество сопел для выбрасывания краски.
В струйной технологии печати чернилами сложились две технологических ветви:
Пьезоэлектрическая струйная технология
Пьезоэлектрическая система, созданная на базе электромеханического устройства и доведенная до коммерческой готовности компанией Epson (дочерняя компания японской Seiko), впервые была использована в струйных принтерах Epson еще в 1993 году. Успешно используется до сих пор (2011 год).
Система выброса капли
В основе пьезотехнологии лежит свойство некоторых кристаллов, называемых пьезокристаллами (примером могут служить кристаллы кварца в распространенных теперь кварцевых наручных часах), деформироваться под действием электрического тока; таким образом, этот термин определяет электромеханическое явление. Это физическое свойство позволяет использовать некоторые материалы для создания миниатюрного «чернильного насоса», в котором смена положительного напряжения на отрицательное будет вызывать сжатие небольшого объема чернил и энергичный выброс его через открытое сопло. Как и при формировании чернильной струи за счет термических эффектов, размер капли здесь определяется физическими характеристиками эжекционной камеры (firing chamber) и давлением, создаваемым в этой камере за счет деформации пьезокристалла.
Модуляция, т. е. изменение размера капли, осуществляется путем изменения величины тока, протекающего через эжекционный механизм. Как и в термопринтерах, частота выброса под действием пьезоэффекта зависит от потенциальной частоты электрических импульсов, которая, в свою очередь, определяется временем возвращения камеры в «спокойное» состояние, когда она заполнена чернилами и готова к следующему рабочему циклу. Пьезотехнология отличается высокой надежностью, что очень важно, потому что печатающая головка, по чисто экономическим причинам, не может быть частью сменного картриджа с чернилами, как в термических системах, а обязательно должна быть жестко соединена с принтером.
Преимущества и недостатки
Как у термических, так и у пьезоэлектрических систем качество работы определяется многими факторами. Возможность изменения размера точки дает пьезотехнологии определенные преимущества.
С другой стороны, пьезотехнология сталкивается с некоторыми чисто физическими ограничениями. Например, большие геометрические размеры электромеханической эжекционной камеры означают, что плотность размещения сопел по вертикали должна быть меньше, чем у термических аналогов. Это не только ограничивает перспективы дальнейшей разработки, но означает также, что для получения более высокого разрешения и однородности при высококачественной печати требуется несколько проходов печатающей головки по одной и той же странице.
Стационарная печатающая головка в определенной мере экономически выгодна, потому что ее не приходится менять. Однако это преимущество частично обесценивается тем, что существует опасность проникновения воздуха в систему при смене картриджа. При этом сопла закупориваются, качество печати ухудшается, и для восстановления нормальной работоспособности системы требуется провести несколько циклов очистки. Еще одно существующее пока ограничение для пьезосистем касается использования чернил на основе красителей (dye based inks): при использовании пигментных чернил, которые имеют более высокое качество, но при этом обладают и более высокой плотностью, также возникает опасность закупорки сопел.
Перспективы
Пьезоэлектрическая печатающая головка, сконструированная на основе ранее существовавшей технологии, отличается более низкими расходами на разработку, но зато она заметно дороже в изготовлении. В настоящее время такие преимущества пьезоэлектрических головок как высокая надежность и возможность изменения размеров капли весьма существенны и позволяют изготовлять продукцию очень высокого качества.
Вертикальное разрешение
Число вертикальных позиций связано, прежде всего, с числом вертикально расположенных сопел на печатающей головке (линий на дюйм). Поскольку существуют трудности при создании печатной головки, включающей элементы, которые охватывают сразу две вертикальные линии, то два отдельных ряда сопел размещаются рядом друг с другом.
Для достижения приемлемой скорости печати во время каждого прохода печатающей головки должно быть напечатано максимальное число линий. В этой ситуации производитель должен сделать выбор между скоростью (более высокая печатная головка и максимальное число сопел) и производственными затратами (минимальное число сопел).
Горизонтальное разрешение
Число горизонтальных позиций, так называемое число капель на дюйм (dpi), является функцией от частоты, с которой выбрасываются капли, и скорости, с которой печатающая головка перемещается по горизонтальной оси. Управляемое сопло в определенные моменты дискретно выбрасывает капли чернил и таким образом проводит линию.
Главная трудность для производителя состоит в сочетании качества (максимум выбросов капель на строку) и скорости (минимум выбросов капель на строку для достижения более высокой скорости). Скорость выброса капель составляет от 10 до 20 тыс. в секунду. Изменяя эту частоту или скорость перемещения каретки печатающей головки, можно достичь оптимальной плотности горизонтального размещения капель.
Физиологические факторы и цветовое восприятие
Ощущение качества цветного документа тесно связано с физиологией человеческого зрения. С учетом некоторых индивидуальных отклонений глаз человека способен различать только цвета, имеющие длину волн в диапазоне от 380 нм (фиолетовый) до 780 нм (красный). Внутри этого спектра мозг человека может различить около миллиона оттенков цветов (опять же с небольшими индивидуальными различиями).
Воспринимаемый цветовой спектр играет важную роль при зрительной оценке различий в качестве печати документов: принтеры, способные воспроизводить большее число оттенков цвета, будут создавать документы, которым человеческое зрение будет субъективно приписывать более высокое качество.
Число цветов
Общее число возможных цветов, в которые может быть окрашена элементарная точка, соответствует числу адресуемых элементарных цветов. При трех основных цветах можно получить восемь базовых цветов: голубой (Cyan), пурпурный (Magenta), желтый (Yellow), красный (Cyan + Yellow), зеленый (Yellow + Cyan), синий (Cyan + Magenta), белый и черный цвета.
Эта система двоична, поскольку цветовые точки могут присутствовать или нет. Если мы применим принцип полутоновой серой шкалы к этим трем основным цветам, создавая таким образом цветовые оттенки, мы получим 256 оттенков для каждого из трех основных цветов и таким образом 256 в третьей степени возможных цветовых комбинации на один точечный элемент. Другими словами, это число больше, чем может различить глаз человека.
Размер капли
Размер капли представляет сложную функцию от давления, с которым выбрасываются чернила, и диаметра сопла. Обычно размер капли сохраняется неизменным. В определенных случаях размер может изменяться, и эта технология известна как печать с изменяемым размером капли.
Существует определенная связь между размером капли и размером точки, воспроизводимой на бумаге. Теоретически, капля размером 20 пиколитров соответствует точке размером 60 микрон (это приблизительно равно одной четырехсотой части дюйма), тогда как капля размером 2 пиколитра поставит точку 30 микрон, едва видимую человеческим глазом.
Матрица разрешения M
Матрица разрешения задает для любой заданной точки общее число возможных позиций. При технологии печати с двойной печатной головкой могут быть две различные матрицы: одна для цветной печати, а другая для черно-белой. Матрица позволяет создавать цветовые уровни для каждой элементарной точки. Поскольку разрешение является результатом совмещения двух различных технологических процессов, то горизонтальное и вертикальное разрешение могут отличаться.
Новейшим достижением в струйной печати в свое время являлось горизонтальное разрешение 2400 dpi, которое дает возможность разместить 2400 печатных матриц на дюйм печатной строки, что вдвое превосходит наиболее распространенный в настоящее время стандарт.
Благодаря точности печати и микроскопическому размеру капли 7 пиколитров достигаются столь высокие результаты, что растр изображения становится абсолютно неразличим для человеческого зрения. Разрешение 2400 dpi таким образом предназначается для печати документов, требующих максимально высокого разрешения и безупречного качества.
Поскольку скорость печати в большой степени зависит от количества печатаемых точек, то при печати с разрешением 2400 x 1200 скорость будет несколько меньше, чем при печати с более низким разрешением.
NStor | ООО «Нстор» | Комплексные поставки и интеграция интеллектуального оборудования для бизнеса, предприятий, образования, торговли: по обработке, хранению, передаче и презентации данных, автоматизации торговли и производства.
Данная информация не является публичной офертой, определяемой положениями статей 435,437 Гражданского Кодекса РФ
Что такое пьезоэлектрическая струйная печать?
Струйные принтеры работают на одной из двух технологий. Первая — термоструйная: выброс красителя на рабочую поверхность происходит под воздействием температуры. При второй краситель переносится на поверхность под давлением, которое возникает при колебаниях мембраны. Именно она называется пьезоэлектрической печатью. Давайте рассмотрим ее особенности.
В зависимости от способа подачи чернил процесс может быть непрерывным (постоянная подача чернил) и импульсным (подача капель регулируется, задаются временные интервалы). В первом случае достигается высокая скорость нанесения изображения, во втором — точность параметров.
Печатающая головка Epson
Головка печатающего механизма состоит из сопел, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Она движется перпендикулярно запечатываемому материалу и оставляет на нем краску. Так получаются качественные изображения с высокой детализацией и четкостью.
Суть технологии
Пьезоэлектрическая струйная печать получила свое название из-за пьезокристаллов. Технология используется с 70-х годов прошлого столетия, хотя изобретена была практически на сто лет раньше. Ее открытие принадлежит П. Кюри и Ж. Кюри.
Суть пьезоэффекта ученые описали следующим образом: на кристаллических телах под давлением возникают противоположные по знаку электрозаряды. Если не давить на эти тела, а растягивать их, то заряды сменят свой знак на противоположный. При смене положительного заряда на отрицательный кристаллы меняются в размере и действуют как поршень, выдавливая краску из сопел.
На практике это означает, что к пьезоэлементам можно подвести переменный ток, под воздействием которого они будут сжиматься и расширяться, создавая колебания. Для получения желаемого изображения достаточно менять электрическое поле. Объем капли варьируется и зависит от диаметра сопел печатающей головки, давления, размера эжекционной камеры.
Высокая детализация изображений позволяет распечатывать фото на специальной бумаге
Развитие технологии компанией Epson
Принцип пьезоэлектрической струйной печати в принтерах реализован и запатентован компанией Epson. Она выпустила оборудование, работающее по этой методике в конце двадцатого столетия.
На начальном этапе развития метода в головку устройства встраивали кристаллические пластины. Позже их заменили пластинчатыми пьезопреобразователями. C 1994 года такими ламелями стали оснащать все устройства Epson серии Stylus. Компании принадлежит монопольное право производства подобного оборудования. Для этого представителям Epson пришлось получить несколько тысяч патентов в разных странах.
Несмотря на то что пьезометодику отождествляют с именем Epson, первые устройства такого типа были созданы компанией Siemens в 1977 году. В них роль преобразователя выполняли пьезотрубочки.
Пьезоэлектрический струйный принтер Epson
Особенности печати на струйных принтерах
Пьезопреобразователи пластинчатого типа пришли на смену трубчатым и плоским. Они компактны, обеспечивают высокочастотное распыление красителя.
Современные принтеры оснащены пьезопреобразователями пластинчатого типа, чувствительными к электрическим импульсам. При электрическом заряде они прогибаются и давят на мениск резервуара с чернилами. Резервуар выталкивает краску на бумагу.
После этого преобразователь приводится в обратное движение и уводит за собой мениск. Резервуар увеличивается в размере, за счет чего создается тяга и он снова наполняется чернилами.
Печать на струйных принтерах имеет такие особенности:
Объем микрокапель в принтерах Epson составляет 2 пл. Это наименьший показатель для струйного оборудования. У принтеров Lexmark размер капли достигает 3 пл, у HP – 4 пл.
Еще одна особенность пьезоэлектрической струйной печати — чернила. В них нет добавок и присадок, как, например, в чернилах для термоструйных устройств. Составы различаются по электропроводности, степени вязкости, они не взаимозаменяемы.
Емкости с чернилами прилагаются к принтеру, но их можно купить и отдельно
Преимущества и недостатки пьезопечати
С помощью пьезоэлектрической технологии удается взять под контроль весь процесс струйной печати — от выбора объема капли и толщины струи, до скорости выброса чернил на бумагу. Эта возможность позволяет более точно выбирать настройки под определенные задачи, материалы и форматы полиграфии.
К другим преимуществам пьезопечати относят:
При этом технология не лишена недостатков. Порой для получения качественного результата необходимо, чтобы печатающая головка прошла по рабочей поверхности несколько раз. Это повышает стоимость и увеличивает срок печати.
При смене картриджей существует риск попадания воздуха в сопла. Они закупориваются, и качество печати заметно снижается. Для исправления ситуация требуется очистка механизма.
Картриджи для принтера Epson Stylus
К печатным материалам предъявляют особые требования. Так как чернила достаточно жидкие, на рыхлой бумаге они могут расплываться и контуры изображения будут нечеткими. Поэтому лучше использовать носители высокого качества, например, мелованную бумагу.
Несколько лет назад компания Epson разработала новые чернила, которыми можно печатать практически на любой бумаге. Они устойчивы к УФ-излучению и влаге.
Смотрите видеообзор пьезоэлектрического струйного принтера Epson L800:
Пьезоэлектрическая струйная печать это
Пьезоэлектрическая струйная печать это вид печати, при котором изображение наносит на запечатываемый материал с помощью печатающей головки. Такая головка состоит из сотен мелких сопел, из которых под действием мембраны выталкивается жидкий краситель — краска.
Т ехнология печати пьезоэлектрическая струйная позволяет получать очень качественное изображение, из высоким разрешением. Размер капель с красителем в диаметре составляет десятки микрометров, что меньше, чем толщина человеческого волоса.
Процесс пьезоэлектрической струйной печати
Сам процесс печати выглядит так: запечатываемый материал подается из заданной скоростью, а перпендикулярно его движению, перемещается печатающая головка. Она движется от одного края материала к другому, после этого материал продвигается на определенный шаг, и печатающая головка делает новый проход.
Таким образом, запечатывается весь материал.
Этот способ печати разрабатывался из середины 70-х годов, но впервые в серийном производстве применила компания Epson, и в ее принтерах можно было увидеть пьезоэлектрическую струйную печать.
Принцип печатания
Название печати происходит из-за пьезоэлементов, которые применяются в этой технологии. Дело в том, что краситель выталкивается из микроскопических сопел под действием давления, которое создают пьезокристаллы. Эти элементы способны под действием электрического тока изменять свои размеры.
Таким образом, при изменении положительного тока на отрицательное, происходит изменение размера кристалла, и он подобно поршню выталкивает микроскопическую частичку краски из сопла, которая попадает на материал.
Объем капли краски зависит от размеров сопла, эжекционной камеры и силы, с которой кристалл выталкивает краситель наружу.
Таким образом, изменяя электрическое поле, можно управлять изображением, которое нужно получить.
Пьезоэлектрическая печать преимущества и недостатки
Как и любые технологии, пьезоэлектрическая печать пьезоэлектрическая струйная цветная имеет недостатки и преимущества. Кратко их рассмотрим.
Преимущества
Недостатки
1. Иногда, для получения высококачественного изображения, печатающая головка должна несколько раз пройти по той самой странице. Это негативно влияет на скорость и себестоимость печати.
2. Через засохшую краску или попадания воздуха сопла могут закупориваться, что значительно ухудшает качество печати. Для восстановления свойств печатающей головки, нужно ее очищать.
Часто причиной засыхания сопел принтера является использование некачественных поддельных красителей.
3. Принтеры, которые работают на этой технологии, имеют повышенные требования к качеству материала. Ведь краска имеет жидкую консистенцию, и может расплываться на рыхлых бумагах, что ухудшает качество полученного отпечатка. Он будет менее четким, с размытыми границами.
Правда, в последние годы компании Epson разработала новый вид чернил (Epson DURAbrite), который не требует высоких требований к качеству бумаги. Кроме этого, такие краски имеют повышенную устойчивость к воде и солнечному свету.
4. Иногда возможен дефект, когда капли краски не попадают точно на нужное место запечатываемого материала и при детальном рассмотрении это можно заметить.
5. Как правило, печатающая головка устанавливается сразу на принтер, и не является переменной. Кроме этого, эта часть устройства принтера достаточно дорога, в сравнении с головками принтеров, которые используют другие технологии печати.
Иногда, замена печатающей головки по стоимости может равняться едва не цене самого принтера.
Но на бумаге для струйной печати, качество изображения будет очень хорошим.
Как видим, пьезоэлектрическая струйной печать широко применяется, благодаря своей надежности и качеству печати. И все это при невысоких затратах.
Верим, что наш ответ на вопрос “Пьезоэлектрическая струйная печать это” вас удовлетворил и вы получили информацию про принцип работы, преимущества и недостатки этого вида печати.
В заключение отметим, что кроме описанной нами технологии, в принтерах (пьезоэлектрический принтер) часто используется термоструйная, пузырьковая или сублимационная печать. Но это уже тема другой статьи.