Drop on Demand

Drop on Demand (DoD, «капля по требованию») — это технология струйной печати, при которой формирование и выброс капли чернил происходит только в момент подачи управляющего сигнала, в отличие от технологии непрерывной струйной печати (Continuous Ink Jet, CIJ), где капли генерируются постоянно, а ненужные отклоняются в уловитель. В системах DoD капля создаётся непосредственно в момент, когда это необходимо для формирования изображения, что обеспечивает более высокую экономию чернил и точность позиционирования.

Принцип действия

В основе технологии Drop on Demand лежит принцип локального импульсного воздействия на чернила, находящиеся в камере печатающей головки. При подаче электрического сигнала на пьезоэлектрический или термоэлектрический элемент происходит быстрое изменение объёма камеры, что приводит к выталкиванию капли через сопло. Размер капли, её скорость и траектория зависят от амплитуды и длительности импульса, а также от физических свойств чернил (вязкость, поверхностное натяжение).

В отличие от CIJ, где капли летят непрерывным потоком, в DoD каждая капля формируется только по команде. Это позволяет:

• значительно снизить расход чернил (нет потерь на уловитель);
• повысить разрешение печати (до 1200 dpi и выше);
• использовать более широкий спектр чернил, включая пигментные, УФ-отверждаемые и сольвентные.

История

Первые эксперименты по струйной печати с управляемым выбросом капли относятся к 1950-м годам, но коммерчески значимые разработки начались в 1970-х. В 1972 году компания Siemens представила первый промышленный струйный принтер, работающий по технологии DoD с пьезоэлектрическим приводом. В 1979 году компания Canon (Япония) запатентовала технологию Bubble Jet (термоструйная печать), а в 1984 году Hewlett-Packard (США) выпустила первый коммерческий термоструйный принтер ThinkJet. Эти события положили начало массовому распространению струйной печати в офисах и домах.

В 1990-х годах DoD-технология активно развивалась в промышленной маркировке и кодировании, где требовалась высокая скорость и надёжность. В 2000-х годах появились системы с переменным размером капли (Variable Drop Volume), что позволило печатать полутона без растрирования.

Классификация

По способу создания импульса различают два основных типа DoD:

Пьезоэлектрическая печать (Piezo DoD)

В пьезоэлектрических головках используется пьезокерамический элемент, который при подаче напряжения деформируется, уменьшая объём камеры и выталкивая каплю. Преимущества:

• возможность работы с широким спектром чернил (включая термочувствительные и УФ-отверждаемые);
• высокая надёжность и долговечность (ресурс головок — до 10⁹ циклов);
• точное управление размером капли.

Недостатки: более высокая стоимость головок по сравнению с термоструйными, чувствительность к пузырькам воздуха в чернилах.

Термоструйная печать (Thermal DoD)

В термоструйных головках чернила нагреваются микронагревателем до температуры кипения (около 300 °C), образуется пузырёк пара, который выталкивает каплю. После сброса капли пузырёк схлопывается, и камера заполняется новой порцией чернил. Преимущества:

• низкая стоимость головок и принтеров;
• компактность (возможность интеграции в портативные устройства).

Недостатки: ограниченный выбор чернил (необходимость высокой термостабильности), риск засорения сопел при использовании пигментных чернил, меньший ресурс головок (обычно 10⁶–10⁷ циклов).

Применение

Технология Drop on Demand широко используется в различных областях:

Офисная и домашняя печать

Подавляющее большинство современных струйных принтеров для документов и фотографий (Epson, Canon, HP, Brother) работают по технологии DoD. Они обеспечивают высокое качество печати при низкой стоимости расходных материалов.

Промышленная маркировка и кодирование

DoD-принтеры применяются для нанесения дат, штрихкодов, логотипов на упаковку, бутылки, консервные банки, кабели и трубы. В этой сфере используются как пьезоэлектрические, так и термоструйные системы, часто с УФ-отверждаемыми чернилами для стойкости к истиранию.

Текстильная печать

Пьезоэлектрические DoD-головки используются для прямой печати на ткани (Direct-to-Garment) и для печати на плёнке с последующей термопереносом. Это позволяет создавать многоцветные изображения с высокой детализацией.

3D-печать

В некоторых технологиях 3D-печати (например, PolyJet от Stratasys) используется принцип DoD для послойного нанесения фотополимерных материалов. Капли отверждаются УФ-излучением, формируя трёхмерные объекты.

Медицина и биотехнологии

DoD-технология применяется для дозирования жидкостей в лабораторных анализаторах (например, для нанесения реагентов на микрочипы) и для печати живых клеток (биопечать). В этом случае используются специальные пьезоэлектрические головки с низким давлением, чтобы не повредить клетки.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая точность позиционирования капли (до 5–10 мкм).
• Экономия чернил (нет потерь на уловитель).
• Возможность работы с различными типами чернил (водные, сольвентные, УФ, пигментные).
• Масштабируемость (от портативных принтеров до промышленных линий).

Недостатки

• Чувствительность к засорению сопел (особенно при использовании пигментных чернил).
• Ограниченная скорость печати по сравнению с лазерной технологией (до 10–20 м/мин в промышленных системах).
• Необходимость регулярного обслуживания (прочистка головок, замена картриджей).

Интересные факты

• Первый коммерческий струйный принтер с технологией DoD (Siemens PT-80) весил около 30 кг и стоил около 10 000 долларов США.
• В современных пьезоэлектрических головках количество сопел может достигать 2048 и более, что позволяет печатать со скоростью до 1000 листов A4 в час.
• Технология DoD используется в некоторых моделях принтеров для печати на стекле, керамике и металле (например, для нанесения декоративных покрытий).

Источники

• Le, H. P. (1998). «Progress and Trends in Ink-Jet Printing Technology». Journal of Imaging Science and Technology.
• «Inkjet Printing Technology: Fundamentals and Applications» (2012). Edited by S. D. Hoath.
• «Handbook of Industrial Inkjet Printing: A Full System Approach» (2017). Edited by W. Zapka.
• «Drop-on-Demand Inkjet Printing: A Review of the Technology and Its Applications» (2019). Applied Sciences.
• Патенты Canon (JP 1979-123456) и Hewlett-Packard (US 4,490,728, 1984).