Струйный принтер

Струйный принтер — это устройство печати, формирующее изображение на бумаге или других носителях путём нанесения микроскопических капель жидких чернил. В отличие от лазерных принтеров, использующих тонер, струйные принтеры работают с жидким красителем, который выбрасывается на поверхность через сопла печатающей головки. Основные области применения — домашняя и офисная печать, фотопечать, а также промышленная маркировка и нанесение изображений на различные материалы.

История

Ранние разработки

Первые идеи струйной печати появились в середине XX века. В 1951 году немецкий инженер Рудольф Хель изобрёл устройство, способное управлять потоком чернил с помощью электрического поля. Однако коммерчески успешные технологии начали развиваться в 1970-х годах. В 1976 году компания IBM выпустила первую промышленную струйную печатную машину IBM 4640, работавшую по технологии непрерывной подачи чернил (Continuous Inkjet, CIJ). Параллельно в 1977 году компания Siemens представила модель PT-80, использующую технологию «drop-on-demand» (капля по требованию).

Развитие потребительского сегмента

В 1984 году компания Hewlett-Packard (HP) выпустила первый настольный струйный принтер ThinkJet, предназначенный для массового рынка. Он использовал сменные картриджи с интегрированной печатающей головкой. В 1988 году Canon представила технологию Bubble Jet (пузырьковая струйная печать), основанную на нагреве чернил для создания пузырька пара, выталкивающего каплю. В 1990-х годах струйные принтеры стали доминировать на рынке домашней печати благодаря низкой начальной стоимости устройств и возможности цветной печати.

Современный этап

С 2000-х годов развитие струйной печати пошло по пути повышения разрешения, скорости и снижения стоимости отпечатка. Появились системы непрерывной подачи чернил (СНПЧ), значительно снижающие стоимость расходных материалов. В 2010-х годах компании Epson, HP и Canon внедрили технологии печати с использованием пигментных чернил, обеспечивающих высокую стойкость к выцветанию и воде.

Принцип действия

Основные технологии формирования капли

Существует два основных метода струйной печати:

1. Непрерывная струйная печать (Continuous Inkjet, CIJ). Чернила под высоким давлением подаются через сопло, образуя непрерывную струю. Струя разбивается на капли, которые заряжаются электрически и отклоняются электростатическим полем. Капли, не предназначенные для печати, возвращаются в резервуар. Технология применяется в промышленной маркировке (например, дата-коды на упаковке).
2. Печать по требованию (Drop-on-Demand, DoD). Капля чернил формируется и выбрасывается только в момент, когда это необходимо для создания изображения. Эта технология используется в подавляющем большинстве бытовых и офисных принтеров. DoD делится на два подтипа:

• Термоструйная (Thermal Inkjet). В сопле расположен микроскопический нагревательный элемент. При подаче импульса тока чернила мгновенно нагреваются до температуры кипения (около 300–400 °C), образуется пузырёк пара, который выталкивает каплю через сопло. После остывания пузырёк схлопывается, и в сопло поступает новая порция чернил. Технология используется в принтерах Canon (Bubble Jet) и HP.
• Пьезоэлектрическая (Piezoelectric Inkjet). В сопле расположен пьезоэлектрический кристалл. При подаче электрического напряжения кристалл деформируется (изгибается или сжимается), создавая давление, которое выталкивает каплю чернил. Технология обеспечивает более точный контроль размера и формы капли, а также позволяет использовать более широкий спектр чернил (включая пигментные и УФ-отверждаемые). Применяется в принтерах Epson (Micro Piezo) и Brother.

Печатающая головка

Печатающая головка — ключевой элемент струйного принтера. Она содержит массив микроскопических сопел (от десятков до тысяч), расположенных с высокой плотностью. В современных моделях диаметр сопла составляет от 10 до 30 микрометров. Головка может быть встроена в картридж (сменная) или быть стационарной частью принтера (стационарная головка, характерна для пьезоэлектрических моделей Epson).

Система подачи чернил

Существует два основных типа подачи чернил:

• Картриджная система. Чернила находятся в одноразовых или перезаправляемых картриджах, которые устанавливаются в принтер. Картриджи могут быть цветными (с несколькими отсеками) или монохромными.
• Система непрерывной подачи чернил (СНПЧ). Чернила подаются из внешних резервуаров (доупаков) по гибким трубкам в печатающую головку. Позволяет значительно снизить стоимость отпечатка и увеличить объём печати без замены картриджей. Многие современные принтеры (например, серия Epson EcoTank) имеют встроенную СНПЧ.

Классификация

По типу чернил

• Водорастворимые (dye-based). Краситель растворён в воде. Обеспечивают яркие, насыщенные цвета, но менее устойчивы к выцветанию и воздействию воды.
• Пигментные (pigment-based). Краситель представляет собой мельчайшие твёрдые частицы (пигмент), взвешенные в жидкости. Отпечатки устойчивы к воде, ультрафиолету и механическому воздействию. Чаще используются в офисных и фотопринтерах.
• Сублимационные (sublimation). Специальные чернила, которые при нагреве переходят из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Используются для печати на ткани, кружках, керамике и других твёрдых поверхностях.
• УФ-отверждаемые (UV-curable). Застывают под воздействием ультрафиолетового излучения. Позволяют печатать на непористых материалах (пластик, стекло, металл).

По назначению

• Домашние и офисные. Универсальные устройства для печати документов, графиков и фотографий. Отличаются компактностью и низкой ценой.
• Фотопринтеры. Специализированные устройства для печати высококачественных фотографий. Часто имеют 6–12 цветов чернил для расширенного цветового охвата.
• Широкоформатные. Используются для печати плакатов, баннеров, чертежей (плоттеры). Работают с рулонными материалами шириной до нескольких метров.
• Промышленные. Высокопроизводительные машины для маркировки продукции, печати упаковки, этикеток и текстиля.

Характеристики

Разрешение печати

Измеряется в точках на дюйм (dpi). Для качественной печати текста достаточно 300–600 dpi, для фотографий — 1200 dpi и выше. Современные фотопринтеры могут достигать 5760×1440 dpi.

Скорость печати

Измеряется в страницах в минуту (ppm) для чёрно-белой и цветной печати. Для домашних моделей скорость составляет 5–15 ppm, для офисных — 20–40 ppm. Скорость зависит от режима качества: в режиме «черновик» печать быстрее, в режиме «фото» — медленнее.

Ресурс картриджа и стоимость отпечатка

Ресурс картриджа указывается в количестве страниц (обычно при 5% заполнении листа). Стоимость отпечатка — один из ключевых параметров для пользователя. Принтеры с СНПЧ имеют значительно более низкую стоимость отпечатка (до 10–20 раз) по сравнению с картриджными моделями.

Формат носителя

Большинство бытовых принтеров поддерживают форматы A4 и A3. Широкоформатные модели работают с форматами A1, A0 и рулонными материалами.

Применение

• Домашняя печать. Распечатка документов, рефератов, фотографий, творческих проектов.
• Офисная печать. Печать отчётов, презентаций, накладных, этикеток.
• Фотопечать. Создание высококачественных фотографий для личного использования и профессиональной фотографии.
• Полиграфия. Изготовление малотиражной продукции (визитки, буклеты, открытки).
• Промышленность. Маркировка продукции, печать на упаковке, текстиле, керамике, стекле, пластике.
• Медицина. Печать на специализированных носителях (например, для ЭКГ).

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Низкая начальная стоимость. Струйные принтеры значительно дешевле лазерных аналогов.
• Качественная цветная печать. Возможность печати фотографий с высоким разрешением и плавными цветовыми переходами.
• Многофункциональность. Многие модели совмещают функции принтера, сканера, копира и факса (МФУ).
• Возможность печати на различных носителях. Струйные принтеры могут печатать на бумаге, плёнке, наклейках, ткани, картоне.

Недостатки

• Высокая стоимость расходных материалов. Оригинальные картриджи дороги, а их ресурс невелик. Использование СНПЧ или перезаправляемых картриджей может снизить затраты, но требует определённых навыков.
• Низкая скорость печати. По сравнению с лазерными принтерами, струйные печатают медленнее, особенно в режиме высокого качества.
• Чувствительность к качеству бумаги. На некачественной бумаге чернила могут растекаться, что снижает чёткость изображения.
• Высыхание чернил. При длительном простое чернила в соплах могут засохнуть, что приведёт к засорению печатающей головки и необходимости её чистки или замены.
• Невысокая стойкость отпечатков. Водорастворимые чернила могут выцветать на солнце и размываться водой.

Интересные факты

• Первый струйный принтер ThinkJet (1984) стоил около 495 долларов США и весил 2,5 кг.
• Технология Bubble Jet была случайно открыта инженером Canon, когда он случайно коснулся нагретым паяльником шприца с чернилами.
• Современные струйные принтеры могут печатать с разрешением, превышающим разрешение человеческого глаза (до 5760×1440 dpi).
• В промышленных струйных принтерах скорость печати может достигать 1000 метров в минуту.
• Некоторые модели струйных принтеров способны печатать на CD/DVD-дисках, используя специальный лоток.

Источники

• История развития струйной печати (Hewlett-Packard, Canon, Epson).
• Технические характеристики и принципы работы струйных принтеров (журнал «КомпьютерПресс»).
• Обзоры и тесты струйных принтеров (издания iXBT, Ferra.ru).
• Материалы производителей (HP, Canon, Epson, Brother).
• Справочная информация по расходным материалам (картриджи, чернила).