Принтеры ударного типа

ПЕЧАТАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Печатающие устройства как периферийные устройства персо­нальных компьютеров широко используются в различных облас­тях: управленческой, инженерной, дизайнерской. Совершенство­вание печатающих устройств идет в направлении повышения ско­рости печати, качества изображения, надежности устройств и снижения стоимости эксплуатации и расходных материалов.

Для выведения текстовой и графической информации приме­няются принтеры, а для информации в виде чертежей — плоттеры.

Принтеры

Принтеры — устройства вывода данных из ЭВМ, преобразую­щие информационные ASCII-коды в соответствующие им графи­ческие символы и фиксирующие эти символы на бумаге.

Классификацию принтеров можно выполнить по целому ряду характеристик:

· способу формирования символов (знакопечатающие и знако­синтезирующие);

· цветности (черно-белые и цветные);

· способу формирования строк (последовательные и параллель­ные);

· способу печати (посимвольные, построчные и постраничные);

· скорости печати;

· разрешающей способности.

Принтеры обычно работают в двух режимах: текстовом и гра­фическом.

При работе в текстовом режиме принтер принимает от компь­ютера коды символов, которые необходимо распечатать из знако­генератора самого принтера. Многие изготовители оборудуют свои принтеры большим количеством встроенных шрифтов. Эти шрифты записаны в ROM принтера и считываются только оттуда.

Для печати текстовой информации существуют режимы печа­ти, обеспечивающие различное качество:

· черновая печать (Draft);

· типографское качество печати (NLQ — Near Letter Quality);

· качество печати, близкое к типографскому (LQ — Letter Quality);

· высококачественный режим (SQL — Super Letter Quality).

В графическом режиме на принтер направляются коды, опреде­ляющие последовательности и местоположение точек изображе­ния.

По способу нанесения изображения на бумагу принтеры под­разделяются на принтеры ударного действия, струйные, фото­электронные и термические.

Принтеры ударного типа

Принтеры ударного действия, или Impact-принтеры, создают изображение механическим давлением на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаб­лоны символов (типы), либо иголки, конструктивно объединен­ные в матрицы.

В матричных принтерах (Dot-Matrix-Printer) изображе­ние формируется несколькими иголками, расположенными в го­ловке принтера. Иголки обычно активизируются электромагнит­ным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение не­зависимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Принцип действия иглы матричного принтера показан на рис. 7.1. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Бумага втягивается валом, а меж­ду бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе.

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 мм. Благодаря горизонтальному дви­жению головки принтера и активизации отдельных иголок напе­чатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные бук­вы, цифры и знаки «заложены» внутри принтера в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается два раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки.

Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера стал 18-иголь­чатый принтер с расположением иголок в головке в два ряда по 9 иголок. Однако широкого распространения принтеры такого типа не получили.

В 24-игольном принтере, ставшем современным стандартом мат­ричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по 12 штук так, что в соседних рядах они сдвинуты по вертикали. За счет это­го точки на изображении при печати перекрываются. В 24-иголь­чатых принтерах имеется возможность перемещения головки дваж­ды по одной и той же строке, что позволяет получить качество печати на уровне LQ — машинописное качество. На рис. 7.2 пока­зан пример формирования буквы «К» матричными принтерами с различным содержанием и расположением иголок в печатающей головке.

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. Эти принтеры 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.

Матричные принтеры фирмы Epson обеспечивают скорость печати свыше 300 знаков в 1 с.

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 пониже­ние шума приводит к снижению скорости печати в два раза. Дру­гое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов. Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров облада­ют возможностью цветной печати за счет использования много­цветной красящей ленты. Однако достигаемое при этом качество цветной печати значительно уступает качеству печати струйного принтера.

В настоящее время матричные принтеры широкого практиче­ского применения уже не находят.

Струйные принтеры

Первой фирмой, изготовившей струйный принтер, является Hewlett-Packard.

По принципу действия струйные принтеры отличаются от мат­ричных безударным режимом работы за счет того, что их печата­ющая головка представляет собой набор не игл, а тонких сопел, диаметры которых составляют десятые доли миллиметра. В этой же головке установлен резервуар с жидкими чернилами, которые через сопла, как микрочастицы, переносятся на материал носителя. Хранение чернил обеспечивается двумя конструктивными реше­ниями. В одном из них головка принтера объединена с резервуа­ром для чернил, причем замена резервуара с чернилами одновре­менно связана с заменой головки. Другое предусматривает исполь­зование отдельного резервуара, который через систему капилля­ров обеспечивает чернилами головку принтера.

В струйных принтерах в основном используются следующие ме­тоды нанесения чернил: пьезоэлектрический, метод газовых пу­зырей и метод «Drop-on-Demand».

Пьезоэлектрический метод основан на управлении соплом с использованием обратного пьезоэффекта, который, как известно, заключается в деформации пьезокристалла под действием элект­рического поля.

Для реализации этого метода в каждое сопло установлен плос­кий пьезокристалл, связанный с диафрагмой, как показано на рис. 7.3. При печати находящийся в сопле пьезоэлемент, разжимая (см. рис. 7.3, а) и сжимая (см. рис. 7.3, б) сопло, наполняет его чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают об­ратно в резервуар, а чернила, которые вышли из сопла в виде капли, оставляют на бумаге точку. Подобные устройства в основ­ном выпускают компании Epson, Brother.

Хотя струйный принцип печати известен уже давно, устрой­ства с его использованием не нашли бы столь широкого примене­ния, если бы не изобретение, ставшее основой для распростране­ния струйной технологии. Первый и основной патент на нее при­надлежит компании Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области, она создала первый струйный принтер с использованием пузырьковой технологии ThinkJet в 1985 г. Путем обмена лицензиями эти две компании получили по­давляющее преимущество над конкурентами — сейчас им при­надлежит 90% европейского рынка струйных принтеров.

Метод газовых пузырей является термическим и называется ме­тодом инжектируемых пузырьков (Bubble-Jet), или пузырьковой тех­нологией печати, которая проиллюстрирована на рис. 7.4. Каждое сопло печатающей головки принтера оборудовано нагреватель­ным элементом в виде тонкопленочного резистора, который при пропускании через него тока за 7‑10 микросекунд нагревается до высокой температуры. Температура, необходимая для испаре­ния чернил, например, фирмы Hewlett-Packard, достигает при­мерно 330°С. Возникающий при резком нагревании чернильный паровой пузырь (Bubble) стремится вытолкнуть через выходное отверстие сопла необходимую каплю жидких чернил диаметром менее 0,16 мм, которая переносится на бумагу. При отключении тока тонкопленочный резистор быстро остывает, паровой пузырь уменьшается в размерах, что приводит к разрежению в сопле, куда и поступает новая порция чернил.

Последовательность нанесения чернил с использованием пу­зырьковой технологии печати показана на рис. 7.4, а–д. Эту тех­нологию использует фирма Canon. Поскольку в механизмах пе­чати принтеров, реализующих метод газовых пузырей, меньше конструктивных элементов, чем в тех, что используют пьезо­электрическую технологию, такие принтеры обладают большей надежностью и ресурсом. Кроме того, использование пузырько­вой технологии позволяет добиться более высокой разрешаю­щей способности печати. Однако, обеспечивая высокое качество при прорисовке линий, данный метод имеет недостаток при пе­чати областей сплошного заполнения, поскольку они получаются несколько расплывчатыми. Применение струйных принтеров, ме­ханизм печати которых основан на методе газовых пузырей, целе­сообразно при необходимости распечатки графиков, гистограмм и других видов графической информации без полутоновых графи­ческих изображений. Для получения более качественной печати следует выбирать струйные принтеры, реализующие метод Drop-on-Demand.

Метод Drop-on-Demand, разработанный фирмой Hewlett-Packard, использует, так же как и метод газовых пузырей, нагревательный элемент для подачи чернил из резервуара на бумагу. Однако в методе Drop-on-Demand для подачи чернил дополнительно при­менен специальный механизм, в то время как в методе газовых пузырей данная функция возложена исключительно на нагрева­тельный элемент. Специальный механизм реализован на базе сле­дующих физических явлений.

Как правило, в частицах жидкой фазы действует поверхност­ное натяжение, поддерживающее сферичность. У заряженных ча­стиц чернил поверхностное натяжение снижается, что приводит к делению частицы на более мелкие. Свойство частиц расщепляться используется для получения туманообразных частиц чернил, кото­рые поступают к выходным отверстиям сопел, управляемых элек­трическими сигналами.

Технология Drop-on-Demand обеспечивает наиболее быстрое нанесение чернил, что позволяет существенно повысить качество и скорость печати. Цветное представление изображения в этом случае более контрастно. В данной технологии управление части­цами чернил производится при постоянном отклоняющем поле путем регулирования их электрического заряда. Поэтому вылета­ющая из сопла каждая частица получает «свою» информацию в виде разной величины электрического заряда, что обеспечивает высокую скорость и качество печати.

В цветной печати в настоящее время преобладает струйная тех­нология. Печатающие головки могут быть цветными и иметь соот­ветствующее число групп сопел. Для создания полноцветного изоб­ражения используется стандартная для полиграфии цветовая схе­ма CMYK. Согласно этой схеме цветное изображение формирует­ся при печати наложением один на другой трех основных цветов: зелено-голубой (Cyan), пурпурный (Magenta) и желтый (Yellow). Теоретически их наложение должно давать черный цвет, но на практике в большинстве случаев получается серый или коричне­вый. Поэтому в качестве четвертого основного цвета добавляют ведущий цвет Key — черный (Black). Такую цветовую модель на­зывают CMYK (Cyan-Magenta-Yellow-Key). Оттенки различных цве­тов могут быть получены путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется для получения различных оттенков серого цвета при выводе монохромных изображений). Качество струйной цветной печати таково, что полученный полноцветный плакат практически невозможно отличить от изданного в типографии.

Уровень шума, создаваемый только двигателем, управля­ющим головкой струйного принтера, значительно ниже, чем у матричных принтеров, и составляет около 40 дБ.

Скорость печати струйного принтера, как и матричного, зависит от качества печати. При черновой печати струйный прин­тер по скорости значительно превосходит матричный. При печати в режиме с типографским качеством скорость значительно сни­жается. Цветная печать выполняется с еще меньшей скоростью. Отдельные модели струйных принтеров обеспечивают скорость до 15 страниц в минуту.

Разрешение струйных принтеров при печати графики дос­тигает 2400´1200 dpi.

Качество печати струйного принтера в сравнении с мат­ричным значительно выше, особенно при выводе на печать шрифта. Для моделей струйных принтеров с большим числом сопел ха­рактерно достижение качества печати лазерного принтера. Боль­шое влияние на качество струйной печати оказывает качество бу­маги и чернил.

Бумага для струйных принтеров с плотностью от 60 до 135 г/м² позволяет получить достаточно высокое качество печати, причем может быть использована бумага для ксероксов (80 г/м²). В струй­ных принтерах, в отличие от матричных, бумага в рулоне не при­меняется, а несколько копий на струйном принтере можно полу­чить только с помощью многократной печати одного и того же документа.

Чернила, применяемые для заправки картриджа струйных принтеров, должны быть специальными, предназначенными именно для данной модели принтера. Только в этом случае можно получить высокое качество печати и не испортить печатающую головку. Для повышения качества печати за счет снижения растекания чернил используются различные технические решения. Например, в отдельных моделях, выпускаемых фирмой Hewlett-Packard, для быстрого высыхания чернил применяется подогрев бумаги.

Основным недостатком струйных принтеров является засыха­ние чернил внутри сопла. В этом случае необходимо заменять пе­чатающую головку. Принтеры некоторых типов нельзя выключать во время эксплуатации, поскольку в головке, оставшейся в про­межуточной позиции, происходит интенсивное засыхание чер­нил. Многие модели струйных принтеров имеют режим парковки, при котором печатающая головка возвращается в исходное по­ложение внутри принтера, что предотвращает засыхание чернил. В некоторых струйных принтерах имеются специальные устрой­ства очистки сопел.

Подключение струйных принтеров к ПК производится через LTP-порт или через порт USB, которым, как правило, оснащены все компьютеры с процессорами Pentium III, IV и Celeron. Дан­ные по USB-шине передаются быстрее, что позволяет несколько увеличить скорость печати.