PIERWSZE DRUKARKI ATRAMENTOWE Podstawy konstrukcji drukarki atramentowej i zasadę jej działania opracował w 1976 roku Ichiro Endo, inżynier zatrudniony w firmie Canon. W 1977 roku firma Siemens, na podstawie dokumentacji Ichiro Endo pierwszą drukarkę atramentową oznaczoną symbolem Siemens PT 80i. Drukarka Siemensa wyposażona była w głowicę z 12 dyszami generującymi krople metodą piezoelektryczną. Maksymalna prędkość druku dla PT80i wynosiła 270 znaków na sekundę. Rys. 1 Drukarka Siemens PT 80i Drukarki atramentowe swoją popularność zawdzięczają przede wszystkim firmie Hewlett-Packard. W 1984 roku na rynku pojawiła się pierwsza czarno-biała drukarka HP ThinkJet, która drukowała 150 znaków na sekundę. Rys. 2 Drukarka HP ThinkJet W 1991 roku powstała pierwsza kolorowa drukarka atramentowa HP DeskJet 500C 1
Rys. 3 HP DeskJet 500C Drukarki atramentowe do druku wykorzystują atrament, który w postaci mikroskopijnych kropel wystrzeliwany jest z głowicy w kierunku zadrukowywanego arkusza papieru, kropelki padając na kartkę tworzą wydruk. Atrament wyrzucany jest z wielu miniaturowych dysz, a nad poprawnym rozmieszeniem na kartce kropel i ich wielkością czuwa elektronika sterująca urządzenia. Głowica strzelająca atramentem przesuwając się wzdłuż papieru tworzy wydruk. Precyzyjne umiejscowienie kropli na kartce papieru nie stanowi większego problemu, gdyż położenie dyszy w pionie i poziomie można kontrolować za pomocą silników krokowych przesuwających zarówno papier, jak i głowicę. Zadrukowywanie kartki przy wykorzystaniu głowicy z jedną lub nawet kilkoma dyszami trwałoby bardzo długo, dlatego współczesne drukarki korzystają z głowic wyposażonych w setki, a nawet tysiące dysz. Dla każdego koloru w systemie sześciokolorowym stosuje się blisko 1 tys. dysz. Rys. 5 Dysze głowicy drukującej Aby zwiększyć precyzję wydruku usytuowane w pionowych rzędach dysze są między sobą przesunięte. Średnica otworu dysz w obecnie sprzedawanych drukarkach ma od 10 do 20 mikrometrów. Z kolei objętość wystrzeliwanej kropli można zmieniać od ok. 0,5 0,8 pikolitra do ok. 20 25 pikolitrów, w zależności od modelu drukarki. Tak małe kropelki pozwalają bez problemu uzyskać rozdzielczości przy druku fotograficznym rzędu 9600 2400 dpi. Mniejsze średnice dysz wykorzystuje się do atramentów kolorowych, większe zaś drukują w kolorze czarnym. Z kolei zmienna wielkość kropli stosowana jest po to, aby atrament na wydruku nie zlewał się, co powoduje lepsze odwzorowanie przejść tonalnych. 2
RODZAJE ATRAMENTÓW Atrament barwnikowy jest jednorodną cieczą z rozpuszczonymi barwnikami. Atrament wytwarzany jest z cząsteczek barwnika rozpuszczonego w płynie. Atrament barwnikowy podczas druku ma za zadanie wniknąć głęboko w strukturę papieru, bez rozlewania się na boki. Zalety: - może tworzyć bardzo małe krople umożliwiające otrzymanie na wydrukach wysokich rozdzielczości - większe bogactwo szczegółów na wydruku, a także większą gamę kolorystyczną, - niższa cena od pigmentowych Wada: - podatność wydruków na czynniki zewnętrzne: promienie UV (blaknięcie), woda, ścieranie. Jeśli atrament nie gwarantuje tej odporności, wykonana praca musi być dodatkowo zabezpieczona, np. przez laminowanie, co podnosi koszty. Atrament pigmentowy zawiera w sobie cząstki stałe pigmenty. Cząsteczki przenoszące kolor nie rozpuszczają się w cieczy, lecz mają strukturę mikro-ziaren. W porównaniu z cząsteczkami atramentu barwnikowego, ziarna pigmentu wydają się być "masywnymi bryłami". W przypadku atramentu pigmentowego ziarna pigmentów muszą pozostać na powierzchni papieru lub nieznacznie wejść w głąb, aby być na równi z powierzchnią. Wydruki na ploterze lub drukarce wielkoformatowej. Zalety: odporność na światło - promienie UV (odporność na degradację barw w wyniku działania intensywnych promieni świetlnych, a także gazów itp.) - stabilność kolorów (atrament podczas wysychania zmienia barwę) - odporność fizyczna, a więc odporność naniesionego druku na ścieranie, wodę i inne czynniki zewnętrzne. Wady: - duża wielkość kropli, utrudnione mieszanie się między sobą. Wybór atramentu zależny jest od przeznaczenia wydruku. - jeśli wydruk musi być długo eksponowany (lub archiwizowany) i ważna jest czasowa stałość jego barw - niewątpliwie należy drukować atramentem pigmentowym, - jeśli natomiast decydującym elementem jest jak najwyższa jakość wydruku - atramenty barwnikowe są bardziej odpowiednie. 3
TECHNOLOGIE DRUKU ATRAMENTOWEGO Technologia termiczna w tej technologii każda dysza ma w sobie element grzejny (zazwyczaj jest ich 48-512). Impulsy elektryczne wysyłane są do elementu grzejnego, który rozgrzewa atrament do ok. 300 C, a tworzący się pęcherzyk pary i kropla atramentu wyrzucana jest z dyszy. Dysza wylotowa to otwór średnicy, np. około 40 mikrometrów przez który kropelka atramentu jest przenoszona na nośnik. Głowica drukująca posiada wiele dysz wylotowych - na każdy kolor oddzielny zestaw. Bezpośrednio pod każdą z dysz wylotowych w pokrywie głowicy jest umieszczony opornik (rezystancja), pracujący w tym przypadku jako grzałka. Zasada działania: 1. w przypadku żądania wydruku przez drukarkę grzałka zwiększa swoją temperaturę. Wysoka temperatura, ok. 300 C jest utrzymywana w czasie 2 do 5 mikrosekund. Wzrost temperatury przebiega w tak szybkim czasie, że tylko cienka warstwa atramentu jest podgrzewana przez grzałkę. 2. w rezultacie powstaje bąbelek powietrza, który w tym momencie działa jak tłok wypychający kropelki atramentu na zewnątrz z prędkością około 10 m/s. 3. kiedy kropelki opuszczają dyszę atrament napełnia komorę. 4. podczas gdy napływający atrament do komory stabilizuje swój "przypływ" zaczyna się kolejny cykl formowania kropelki (długość cyklu to przeciętnie 80 mikrosekund. Wielu producentów drukarek opracowało własną specyfikację tej technologii w zależności od budowy komory) Technologia piezoelektryczna polega na aktywizacji elementu piezoelektrycznego poprzez przyłożenie napięcia elektrycznego. Kryształy piezoelektryczne pod wpływem naprężeń mechanicznych wywołanych przez ładunki elektryczne zmieniają swą objętość i wyrzucają atrament z głowicy. Materiały piezoelektryczne przetwarzają energię elektryczną w mechaniczną i odwrotnie. Odkształcenia sprężyste piezoelektryka wywołuje w nim powstanie wewnętrznego pola elektrycznego (efekt piezoelektryczny prosty) lub umieszczenie materiału w polu elektrycznym prowadzi do zmiany jego wymiarów (efekt piezoelektryczny odwrotny). Pierwszą drukarką piezoelektryczną wprowadził Epson w 1993 roku, była drukarka monochromatyczna Epson Stylus 800, a w 1994 roku kolorową Epson Stylus Color Zasada działania: 1. ujemne napięcie deformuje kryształ na zewnątrz i atrament jest zasysany do komory 2. dodatnie napięcie wygina piezoelektryk w przeciwnym kierunku i atrament zasysany jest do dysz 3. kolejne ujemne napięcie wciąga ponownie kryształki do wewnątrz, co zapobiega przypadkowemu dostaniu się niepożądanych kropelek na papier, które mogłyby pogorszyć jakość wydruku. 4
W metodzie piezoelektrycznej nie używa się ciepła przy formowaniu kropelki atramentu, kropelki formowane są przy użyciu napięcia elektrycznego. W rezultacie kropelki są formowane z większą częstotliwością niż w metodzie termicznej, uzyskujemy możliwość lepszej kontroli rozmiaru kropelki i jej pozycji, przez co uzyskujemy wydruki o większej jakości w porównaniu do metody termicznej. Technologia piezoelektryczna, w porównaniu z innymi technologiami druku daje możliwość zastosowania większej ilości rodzajów tuszy. Oprócz zwykłych farb, możemy użyć farb pigmentowych, solwentowych i specjalistycznych atramentów dla branży przemysłowej. Obecnie powszechnie jest stosowana w wielkoformatowych drukarkach atramentowych. PORÓWNANIE TECHNOLOGII Metoda termiczna Metoda piezoelektryczna Koszty wyprodukowania głowicy drukującej są relatywnie niskie Ograniczenie co do stosowalności atramentów do typowego modelu Prędkość wydruku ograniczona Krótszy czas życia głowicy Koszty wyprodukowania głowicy drukującej są wyższe w porównaniu do technologii termicznej Można stosować szeroki zakres atramentów Większa prędkość wydruku oraz lepsza kontrola takich parametrów jak: rozmiar kropli atramentu, kształt kropli oraz jej umiejscowienie. Dłuższy czas życia głowicy poprzez eliminację zmęczenia materiału na skutek temperatury 5