Друкуючі пристрої безударної дії: електрокаплеструйні.

Блок 2. Модуль 2.1.

Заняття № 36

(2 години)

План:

1. Класифікація електрокаплеструйних принтерів.

2. Пристрій друку електрокаплеструйних принтерів.

3. Устройства каплеструйной печати с импульсной подачей чернил

4. Чернила для каплеструйного друку

Сущность печати с непрерывной подачей чернил состоит в генерации непрерывной струи (последовательности) капель с сообщением для капель, участвующих и не участвующих в формировании изображения, разных траекторий движения. Лишние капли попадают в ловушку и возвращаются системой рециркуляции в красочный резервуар.

Упрощенная эквивалентная схема процесса зарядки капель

Каплеструйное устройство с капилярным диспергированием

Устройства каплеструйной печати с непрерывной подачей чернил могут классифицироваться по нескольким группам признаков: например, по назначению, производительности, красочности и т.д. С точки зрения их конструкции наиболее интересна классификация по способу разделения струи на капли и по методу модуляции струи или наличию дефлектора. По способу разделения струи они делятся на две группы:

· устройства со свободным разделением струи;

· устройства с принудительным разделением струи.

По методу модуляции струи или наличию дефлектора тоже различают две группы:

· устройства с выборочным зарядом капель (с дефлектором);

· устройства с зарядом всех капель (без дефлектора).

Современные устройства каплеструйной печати с непрерывной подачей чернил обычно содержат следующие основные узлы:

· устройство подачи чернил;

· эмиттер;

· устройство разделения струи на капли;

· модулятор;

· дефлектор;

· ловушку;

· устройство рециркуляции чернил.

Устройство подачи чернил включает резервуар и насос, подающий чернила в эмиттер и создающий технологически необходимое давление (напор) для формирования струи.

Эмиттер соединен с устройством подачи чернил трубопроводом и представляет собой небольшую красочную камеру с отверстием — соплом. В результате нагнетания чернил в красочную камеру через сопло выбрасывается непрерывная струя.

Каплеструйное устройство с электродиспергированием чернил

Каплеструйное устройство, печатающее незаряженными каплями

Чернильная струя отличается неустойчивостью и имеет тенденцию распадаться на капли. Однако при естественном образовании капли не отличаются стабильностью размеров и скорости, поэтому в современных устройствах каплеструйной печати используется принудительное разделение струи.

Наиболее широкое распространение получило разделение струи на капли путем внесения в нее периодических возмущений, как правило высокочастотных (ультразвуковых) колебаний, с помощью пьезоэлектрического преобразователя. При этом удается стабилизировать параметры процесса каплеобразования и получить капли одинакового размера с заданной частотой следования и скоростью.

Менее распространено применение для генерации капель электростатических полей. В этом случае чернила поступают в сопло под небольшим давлением, а капля образуется в результате нарушения устойчивости мениска чернил под действием высокой разности потенциалов (около 2 кВ) между соплом и находящимся около него электродом. Движение капли к запечатываемому материалу происходит под действием еще более высокой разницы потенциалов (около 7 кВ).

Модулятор в каплеструйной печати служит для управления параметрами капель с целью обеспечения их последующего разделения на участвующие и не участвующие в формировании изображения. Как правило, модулятором служит электрод в форме полого цилиндра, расположенный в точке разделения струи на капли и сообщающий каплям электростатический заряд определенного потенциала.

Дефлектор обычно выполняется в виде направляющих (отклоняющих) пластин, электростатическое поле которых обусловливает изменение траектории полета заряженных модулятором капель. Подобный принцип используется для управления движением электронов в электронно-лучевой трубке.

Капли, не участвующие в формировании изображения (обычно их большинство), захватываются ловушкой и попадают в систему рециркуляции. Система рециркуляции включает небольшой резервуар для неиспользованных чернил, из которого они по трубопроводу через фильтр поступают в красочный резервуар.

Существует несколько вариантов реализации процесса каплеструйной печати с непрерывной подачей чернил.

При наиболее распространенной схеме капли избирательно заряжаются электродом. Заряженные капли направляются отклоняющими пластинами на запечатываемый материал, а незаряженные попадают в ловушку. При таком варианте за счет сообщения каплям разной величины заряда может производиться развертка изображения по вертикали или по горизонтали, то есть за один проход печатающей головки печатаются несколько строк или несколько точек в одной строке1.

Каплеструйное устройство с зарядом всех капель: а — максимальная плотность отпечатка; г — минимальная плотность отпечатка

Вместе с тем описанная схема не обеспечивает высокой точности позиционирования капель на запечатываемом материале в силу следующих причин:

· разная величина пути капель с различной величиной заряда от сопла до запечатываемого материала;

· разные углы падения на запечатываемый материал капель с различной величиной заряда;

· траектория полета капель искажается из-за взаимодействия их зарядов между собой;

· траектория полета капель искажается из-за их аэродинамического взаимодействия.

Этих недостатков лишена схема, при которой незаряженные капли попадают на запечатываемый материал, а заряженные направляются в ловушку. Однако при таком варианте реализации процесса вертикальная развертка изображения выполняется только за счет перемещения печатающей головки или запечатываемого материала (объекта), то есть производительность печатающего устройства значительно снижается.

Эмиттер с пьезоэлектриками с продольной деформацией: а — состояние покоя; б — подача управляющего напряжения на пьезоэлектрики, забор чернил; в — смена полярности управляющего напряжения, выброс капли; г — отключение напряжения, возврат в состояние покоя

Помимо модуляции струи путем выборочного заряда капель известен метод, при котором заряжаются все капли, а модуляция осуществляется благодаря изменению величины заряда струи. При такой схеме на пути капель установлена ловушка с отверстием (апертурой). Капли, проходящие через апертуру, попадают на запечатываемый материал, остальные возвращаются в систему рециркуляции чернил. Количество капель, проходящих через апертуру, а следовательно, и оптическая плотность печатающегося элемента изображения обратно пропорциональны величине заряда, сообщаемого струе. При максимальном напряжении заряда (до 500 В) капли отталкиваются друг от друга и образуют расходящийся пучок; при нулевом заряде все капли проходят через апертуру. Недостатком подобного способа модуляции струи является сложность определения зависимости количества капель, попадающих на запечатываемый материал, от напряжения заряда. На практике это означает, что откалибровать подобное устройство крайне сложно.

Главное достоинство устройств с непрерывной подачей чернил — высокая скорость печати. В этих устройствах не возникает проблемы высыхания чернил в сопле, свойственной устройствам с прерывистой подачей чернил.

Основным недостатком, характерным для устройств с непрерывной подачей чернил, является невысокое качество печати, обусловленное следующими причинами (в дополнение к изложенным выше, свойственным наиболее быстродействующей конструкции устройства):

· недостаточно высокой точностью позиционирования капли из-за большого пути полета;

· из-за высокой скорости полета происходит удар капли о запечатываемый материал, что приводит к значительному увеличению размера точки по сравнению с диаметром капли.

Существенным недостатком устройств с непрерывной подачей чернил является также сложность их конструкции.