Твердочернильные принтеры
Твердочернильная технология печати была изобретена в 1986 г. в компании Tektronix, в первую очередь для нужд издательств и полиграфии. Выпущенный в 1991 г. первый твердочернильный принтер компании, Phaser III, стоил около 10 тыс. долл. и предназначался в основном для изготовления полиграфических цветопроб. Дальнейшее совершенствование технологии позволило повысить качество печати и довести цену принтеров до значений, приемлемых для обычной офисной печати. После приобретения в 2000 г. компанией Xerox принтерного подразделения Tektronix это направление продолжает развиваться. Важно, что в отличие от лазерной твердочернильная технология была изначально ориентирована на цветную, а не черно-белую печать. По сути она ближе к струйной, но с элементами лазерной и даже офсетной: выбрасываемые соплами головки капли расплавленных красителей попадают не прямо на бумагу, а сначала на нагретый металлический барабан, с которого уже переносятся на бумагу, где и застывают. Благодаря этому достигается, с одной стороны, высокая скорость печати, свойственная лазерным принтерам, а с другой — качество вывода изображений, приближающееся к офсетной печати.
Основой технологии являются специальные пигментные чернила, способные сохранять твердое состояние. Чернила поставляются в виде брикетов - "стиков", четырех цветов, сконфигурированных с "защитой от дурака", каждый под свой собственный слот в верхней части принтера.
Рис. 7.37. Твердые чернила
Принцип действия
«Чернила» в исходном состоянии представляют собой небольшие бруски из воскоподобного состава, смешанного с красителем одного из четырех основных полиграфических цветов — голубого, пурпурного, желтого и черного (CMYK). Заметим, что цвета брусков мало похожи на те, что получаются после их расплавления — так, «голубой» брусок выглядит темно-синим (почти черным), а «пурпурный» — темно-коричневым. Брусок каждого цвета имеет уникальную (отличающую его не только от брусков других цветов, но и от брусков для других моделей твердочернильных принтеров) причудливую форму, соответствующую форме отверстия в предназначенном для него отделении контейнера для чернил. Такое «формовое кодирование» практически полностью исключает возможность ошибки при заправке принтера чернилами. В каждое отделение «заряжается» до четырех брусков, причем добавлять их можно в любое время, в том числе в процессе печати. При закрывании крышки контейнера бруски поджимаются пружинами так, чтобы головной брусок в каждом отделении был плотно прижат к керамической плавильной пластине.
Рис. 7.38. Загрузочный отсек для твердых чернил.
В каждом отделении контейнера для чернил имеется заправочное отверстие, совпадающее по форме с бруском соответствующего цвета
Загрузка твердых чернил в принтер осуществляется аналогично загрузке скрепок в обычный офисный степлер. Ничего не высыпается на пол, не нужно ничего чистить. Чернила можно пополнять в любое время, даже в ходе печати. При нагреве до определенной температуры - чуть выше 60°C, чернила превращаются в жидкость и мгновенно затвердевают при незначительном охлаждении. Это обеспечивает воспроизведение ярких цветов твердыми чернилами практически на любой поверхности.
Расплавленные горячими пластинами чернила стекают в нагретые резервуары печатающей головки, где поддерживаются в расплавленном состоянии. После заполнения резервуара определенного цвета соответствующая плавильная пластина отключается. По мере расходования чернил пластины включаются, поддерживая необходимый уровень красителей в резервуарах головки.
Пьезоструйная головка из нержавеющей стали имеет 1236 сопел и перекрывает, в отличие от головок струйных принтеров, всю ширину печатаемой страницы. Достигаемое в современных моделях твердочернильных принтеров разрешение 2400 dpi обеспечивается путем небольшого (на расстояние между соседними соплами) горизонтального перемещения головки. Пьезоэлементы сопел способны выбрасывать до 30 млн. капель в секунду. Благодаря такой конструкции достигается гораздо более высокая, чем у струйных принтеров, скорость печати (до 30 стр./мин).
Рис. 7.39. Конструкция твердочернильного паринтера.
Выбрасываемые головкой капли красителей попадают на нагретый до менее высокой, чем головка, температуры вращающийся барабан из нержавеющей стали, на который предварительно с помощью специального валика, входящего в состав комплекта техобслуживания, наносится тонкий слой силиконового масла. На барабане красители переходят из жидкого в промежуточное эластичное состояние.
Рис. 7.40. Принцип работы твердочернильного паринтера.
Когда на барабане сформирована примерно треть изображения страницы, из нижнего кассетного или многофункционального переднего лотка подается лист бумаги (или другого носителя). Пройдя через щель подогревателя, нагретый лист прижимается валиком переноса к барабану, и красители, имеющие большую адгезию к бумаге, чем к смазанному маслом гладкому барабану, переходят на лист, где и окончательно застывают. Имеющийся в комплекте техобслуживания скребок очищает барабан от загрязнений и оставшихся на нем капель красителей, после чего процесс повторяется.
Печать твердыми чернилами выполняется за один проход бумаги, в отличие от некоторых современных цветных лазерных принтеров, в которых до сих пор используется 4-проходная технология. Лазерные принтеры с тандемным механизмом печатают достаточно быстро за один проход, но они содержат больше заменяемых элементов, чем принтеры на твердых чернилах.
Расплавленные чернила наносятся печатающей головкой на нагретую поверхность барабана, где сохраняют вязкое состояние, обеспечивающее точный перенос изображения на бумагу. Это позволяет уменьшить количество чернил, распределяемых по волокнам бумаги, сохранить яркость цветов и управлять величиной точек, влияющих на качество изображения. При этом качество цветного изображения меньше зависит от характера поверхности материала, что гарантирует высококачественную печать на различных типах материалов.
Твердые чернила наносятся через отверстия, диаметр которых меньше толщины человеческого волоса. Производство высокоточных печатающих головок организовано в стерильном помещении, что гарантирует их высокие рабочие характеристики, стабильность и надежность. Понадобились годы инвестиций, исследований и опыта работы для создания системы полностью совместимых чернил и печатающих головок.
Рис. 7.41. Работа печатного барабана.
Процесс печати выглядит достаточно просто. В самом начале процесса на прижимной ролик наносится микроскопический слой силиконовой смазки для облегчения процесса отделения чернил от разогретого барабана. На вращающийся барабан с печатной головки одновременно наносятся все четыре цвета чернил. Такая технология позволяет добиться высокой скорости печати малыми расходами.
Рис. 7.42. Тракт прохождения бумаги.
Перенос изображения на слегка подогретую бумагу производится в момент ее прохождения между барабаном и прижимным роликом, а закрепление изображения происходит практически мгновенно, по мере остывания, без применения характерных для лазерной печати фьюзеров (печек).
Ещё одно уникальное преимущество технологии печати твердыми чернилами - минимальное воздействие на окружающую среду. Принтеры на твердых чернилах имеют только один вид заменяемых расходных материалов, а не несколько, как цветные лазерные принтеры. В результате на 100 тысяч отпечатков цветной лазерный принтер производит около 55 кг отходов, в то время как принтер на твердых чернилах - только 3 кг отходов.
Рис. 7.43. Комплект техобслуживания состоит из валика для нанесения на барабан масла, скребка для снятия загрязнений и капель краски и ванночки для этих отходов
Как видим, технология печати практически безотходная. Однако на рисунке показан узел, о котором пока ничего не было сказано — лоток для отходов. Откуда же они берутся? Отходы возникают в процессе подготовки принтера к работе из холодного (т. е. полностью выключенного) состояния. Один из этапов этого длительного (до 15 мин) процесса — вакуумная чистка сопел головки, при которой часть расплавленных чернил сливается в емкость для отходов и там застывает. Именно поэтому твердочернильный принтер рекомендуется не выключать никогда. При частых выключениях в отходы может уйти вполне заметная часть красителей, поэтому в случае нестабильной электросети стоит подумать о приобретении для принтера отдельного ИБП.
Контроллер принтера (в последних моделях Xerox он построен на базе 600-МГц RISC-процессора PowerPC) обеспечивает растрирование изображений (основной язык описания страниц — PostScript 3, возможна также эмуляция языка PCL5c) и управление механизмом печати. Панель управления, драйвер принтера и интерфейсы связи с ПК мало отличаются от лазерных моделей.
Рис. 7.44. Твердочернильный принтер «в разрезе».
Цветные лазерные принтеры воспроизводят изображение путем нанесения порошкообразного тонера на бумагу. Такие принтеры имеют множество деталей условно-расходного класса: фоторецепторы, ролики переноса изображения, ролики фьюзера (печки), паутинки фьюзера, сборники отходов тонера и четыре тонер-картриджа. Все эти элементы подвержены износу в процессе печати и срок их службы зависит от количества напечатанных страниц или расхода тонера каждого цвета. Со временем все это требует замены и техобслуживания, а также означает существенное увеличение стоимости печати при добавлении к странице текста даже небольших цветных изображений.
В то же время технология твердочернильной печати также имеет один определенный недостаток. Дело в том, что в момент "холодного старта" принтера обязательно производится "прокачка" чернил, что обходится в часть стика каждого цвета. Такова технология, и всё, что тут можно сделать - лишь постараться свести непроизводительный расход чернил к минимуму. Ещё до начала написания этой статьи мной по почте было получено несколько писем с просьбой непременно осветить этот вопрос при тестировании наиболее современного твердочернильного принтера. Рассказываю всем интересующимся: по сравнению с находящимися в эксплуатации "старичками" вроде Phaser 860 расход чернил у новых моделей на инициализацию значительно сокращен. Это мне подтвердили сотрудники Xerox, в этом мне удалось убедиться самостоятельно - по крайней мере, по сравнению с моделью Phaser 350, которой мне довелось пользоваться, расход сократился весьма заметно. К тому же, специалисты Xerox просто рекомендуют не отключать твердочернильные принтеры от сети на время простоев - как серверы, благо, энергопотребление новинок в ждущем режиме сокращено до минимума. Пожелание, вполне приемлемое для офисного принтера, каковым, по сути и являются модели серии Phaser 8500/8550; для дома такие аппараты вряд ли приобретаются.
Итак, принтер на твердых чернилах состоит из трех основных блоков:
1. Печатающая головка, которая наносит чернила на барабан
2. Барабан, который переносит изображение на бумагу
3. Контроллер - система управления, преобразующая данные компьютера в печатное изображение.
Добавляем корпус и лоток для бумаги – и получаем принтер на твердых чернилах. Вместо металлического ремня для подачи бумаги, как у большинства принтеров, Xerox использует в принтерах на твердых чернилах цельную литую алюминиевую раму. Это позволяет повысить точность механики, надежность и качество печати. Сочетание специализированной архитектуры для цветной печати и скоростного контроллера обеспечивает наиболее важное преимущество при печати стандартных офисных цветных работ - малое время вывода первого отпечатка. Принтеры Xerox на твердых чернилах имеют очень короткий путь движения бумаги, поэтому изображение быстро переносится на бумагу. Печать не требует синхронизации, принтеры на твердых чернилах не имеют нагреваемого ролика фьюзера. Нагревание твердых чернил до вязкого состояния происходит один раз, в начале рабочего цикла . Все это позволяет сократить время вывода первого отпечатка до минимума - нескольких секунд.
Недостатки
Как нередко бывает, недостатки твердочернильной технологии печати — оборотная сторона ее достоинств. В первую очередь они обусловлены тем, что чернила при комнатной температуре находятся в твердом состоянии, а постоянная готовность принтера к печати предполагает поддержание их в расплавленном виде.
Самый большой недостаток — очень длительный по сравнению с принтерами других типов «холодный старт» (в первых образцах Tektronix время начального запуска доходило до 45 мин, в современных моделях оно снижено до 12–15 мин) — будет не очень заметным, если никогда не отключать принтер от сети. Одновременно нивелируется и второй недостаток — значительный расход чернил на начальный запуск.
Даже если принтер полностью не отключается, а находится в энергосберегающем состоянии (заметим, что само это понятие для твердочернильных принтеров имеет несколько другой смысл, чем для лазерных — если для последних потребление в этом режиме обычно меньше 20–40 Вт, то для первого оно больше 200 Вт), время его подготовки к работе после прихода задания на печать составляет 4–5 мин. Ясно, что в большинстве офисных применений такая задержка неприемлема, поэтому применяются специальные методы обеспечения постоянной готовности принтера — автоматическое включение и выключение по расписанию и даже автоматическое отслеживание «печатного» поведения сотрудников и включение принтера незадолго до начала периодов активности (под включением и выключением здесь понимаются перевод в активный и энергосберегающий режимы, соответственно).
Теперь об отпечатках. Главный их недостаток — малая механическая прочность (сплошные цветовые заливки легко процарапываются ногтем). Очевидный способ защиты важных документов — ламинирование, но и здесь подстерегают подводные камни — из-за нагрева в ламинаторе тонкие линии и мелкие шрифты слегка расплываются. Еще один недостаток связан с отсутствием смешения и растекания чернил на бумаге и малой плотностью сопел в головке. В результате на светлых участках фотоизображений наблюдается заметная невооруженным глазом «точечность». Этот недостаток обусловливает практическую невозможность использования принтера для высококачественной печати фотографий. Его стихия — текст и бизнес-графика с не слишком тонкими линиями и сплошными цветовыми заливками.
Экономические показатели
Как известно, важнейший технико-экономический показатель принтера для средних рабочих групп (а именно к этой категории относятся твердочернильные модели Xerox) — это совокупная стоимость владения (TCO), вычисленная с учетом всех затрат за срок службы принтера.
Попытаемся ориентировочно рассчитать этот показатель для лазерного и твердочернильного принтеров с близкой производительностью и максимальной месячной нагрузкой — Xerox Phaser 6360DN и Xerox Phaser 8560DN. При этом мы не будем учитывать затрат на ремонт и техническое обслуживание аппаратов, что с учетом вышесказанного будет играть на руку лазерному принтеру. Не будем учитывать и затрат на электроэнергию — здесь уже выигрывает твердочернильный аппарат. Будем отталкиваться от реалистичной для принтеров этого класса оценки среднего количества отпечатанных за весь срок службы цветных страниц (с 5-процентным заполнением каждым из четырех цветов) — 300 тыс. Количество расходных материалов каждого вида рассчитывалось путем деления этой цифры на заявленный изготовителем ресурс соответствующего материала с округлением в большую сторону.
Как видим, по совокупной стоимости владения твердочернильный принтер даже превосходит лазерный. Дополнительное экономическое преимущество твердочернильного принтера — меньшие простои в результате ремонтов и меньшие затраты на техобслуживание и ремонт.