Струменеві друкуючі головки основи технологій

У боротьбі за перспективи на ринку вирішального значення набувають дослідження та розробки у сфері друкуючих головок, чорнила та спеціалізованих складів.

Стрімко розвиваючись, струминний друк освоює нові сегменти та сфери застосування. У боротьбі за перспективи на ринку вирішального значення набувають дослідження та розробки у сфері друкуючих головок, чорнила та спеціалізованих складів. Великим плюсом при виборі струменевого пристрою друку стануть базові знання про виробників та технології друкувальних головок.

Будь-яка струминна головка працює за принципом розпилення крапель рідини, що контролюється електронікою, на потрібну поверхню. Два основних класи — головки з безперервною подачею та п'єзоелектричною імпульсною (крапля на вимогу, DOD), кожен ділиться на підкласи.

Термальний струменевий друк

Першим технологію термального струминного друку запропонував у 1977 р. інженер-конструктор Canon Ічіро Ендо. З моменту випуску перших настільних принтерів цього типу термальні головки пройшли довгий шлях еволюції.

Незалежно від конструкційних особливостей, термальні друкуючі головки поєднує концепція: малий розмір краплі при високій швидкості та щільності сопел.

У компактній камері з чорнилом краплі формуються за рахунок швидкого нагрівання резистивного елемента. Стрімко нагріваючись до кількох сотень градусів, він змушує випаровуватися молекули чорнила. У окропі формується міхур (імпульс тиску), який витісняє з камери чорнило. У результаті іншому кінці сопла з'являється крапля. Після виштовхування вакуум у камері заповнюють свіже чорнило з резервуара, і процес повторюється.

Недолік технологіїобмежений діапазон сумісних рідин: чорнило для термальних струминних принтерів необхідно розробляти з розрахунком на випаровування та стійкість до високих локальних температур. Крім того, на термальні друкуючі головки негативно впливає процес так званої кавітації: на поверхні нагрівального елемента постійно формуються та лопаються бульбашки, від чого вона зношується. Втім, сучасні матеріали забезпечують термальним струменевим голівкам досить тривалий термін служби.

Щоб зменшити розмір краплі та збільшити швидкість друку, потрібні високоточні технології, що дозволяють збільшити кількість сопел на ширину поверхні. Друкуючі головки Canon FINE пропонують вражаючий об'єм у 2560 сопів на колір (15360 сопів на друкуючу голівку). Сопла розрізняються по діаметру, оскільки термальна технологія неспроможна забезпечити формування крапель різного розміру. У кожній головці особливим чином скомбіновані сопла на 1, 2 та 5 пл.

Hewlett Packard досягла вражаючої щільності сопел у друкуючій головці Edgeline. Конструкція із шириною друку 10,8 см складається з п'яти кремнієвих чіпів, розташованих у шаховому порядку.

Друкувальна головка HP Edgeline

Фізична роздільна здатність досягає 1200 dpi при робочій частоті 48 кГц. Подвійний ряд сопел (по 10560 на матрицю) дозволяє Edgeline наносити два кольори. Під час друку в один колір другий ряд залишається резервним. У кожній голівці, розрахованій на роботу з водним або латексним чорнилом, 5 матриць - в цілому 52 800 сопел.

Edgeline встановлюють у латексні принтери та рулонні ЦПМ від HP. У комплектацію T300 із шириною друку 77 см входять по 70 друкувальних головок для кожної сторониполотна, що запечатується. Таким чином, в режимі двостороннього друку функціонує 7 392 000 сопел, і машина з високою точністю щомиті наносить на матеріал, що запечатується 148 млрд крапель. Всі термальні друкуючі головки відносяться до витратних матеріалів, термін служби залежить від обсягу чорнила, що проходить через них.

Термальні друкуючі головки для настільних струменевих принтерів випускають також Kodak та Lexmark. Частину укомплектованих ними моделей вже знято з виробництва.

На ринку широкоформатного друку в сегменті струминних принтерів з водним чорнилом йде битва між Canon і HP, єдиним поки що постачальником латексних принтерів з термальними друкуючими головками. І ніхто крім HP поки не запропонував термальної друкувальної голівки в однопрохідній конфігурації.

Струменеві термальні технології дуже впевнено почуваються у своїй ніші, але більша частина рулонних і планшетних принтерів великого і надвеликого форматів зараз представлена ​​моделями з п'єзоструминними друкуючими головками.

П'єзотехнології: крапля на вимогу

П'єзоелектричні друкуючі голівки поєднує принцип розпилення крапель. Завдяки широкому вибору модифікацій для різних матеріалів та сфер застосування вони користуються великою популярністю у виробників струменевих принтерів.

Принцип технології «крапля на вимогу» ґрунтується на зміні форми певних кристалів при подачі напруги. В результаті камера деформується, генеруючи імпульс. На ринку представлені п'єзоелектричні струменеві головки більше ніж від десятка виробників.

Струменеві друкуючі головки можна класифікувати за:

• сумісності з рідинами (склади водні, олійні, сольвентні, УФ, кислотні);
• робочої температури;
• кількості сопел;
• фізичного дозволу;
• ширина друку;
• матеріалу конструкції;
• фіксованої чи змінної краплі;
• найменшого розміру краплі;
• екологічності.

Головна відмінність струминних друкуючих головок - у фіксованому або змінному розмірі краплі. Принтери із фіксованою краплею називають бінарними. Важливо розуміти відмінності технологій та принципи їхньої роботи.

Бінарні головки друкують краплі стандартного об'єму. Варіантів море - від 1 пл до 200 пл і більше (піколітр - одна трильйонна частина літра). Основна перевага технології в тому, що великі краплі швидше покривають матеріал, що запечатується. Ще одна особливість друкувальних головок з фіксованим розміром краплі - знижена роздільна здатність. Тому вони найкраще підходять для великоформатної друкованої продукції, друку по текстилю та інших сегментів, де дозвіл не має першочергового значення.

Найменшу краплю забезпечують широкоформатні принтери серії Durst Rho P10: друкуючі головки Quadro Array з розміром 10 пл пропонують роздільну здатність до 1000 dpi. Струменеві головки з розміром краплі 1 пл розраховані не на графіку, а на осадження рідин та друкарську електроніку.

Друкуючі голівки з фіксованою краплею вигідно відрізняються частотою розпилення, що вимірюється в кілогерцях (1000 циклів за секунду). Струменеві принтери, що базуються на цій технології, бувають 4- і 6-фарбової конфігурацій. При роботі з великими об'ємами не варто забувати, що швидкість друку в 4 кольори вище, ніж у 6 кольорів, а якщо за один колір відповідає кілька головок, що друкують, принтер взагалі буде «літати».

Зараз тривають активні дебати на тему того, яка з технологій краща і чому — з фіксованим або змінним розміром.краплі. Але враховувати насамперед потрібно практичні аспекти: продукція, що випускається, вартість принтера, економічно виправдана швидкість.

Друкуючі головки зі змінним розміром краплі здатні на ходу регулювати дозвіл друку. Для збільшення краплі система поєднує кілька крапель базового розміру.

Візьмемо для прикладу принтер з базовою краплею 6 пл. Щоб отримати краплю 12 пл, в камеру з чорнилом система відсилає відразу два пульси: краплі зустрічаються в повітрі та зливаються в одну. Доступні для конкретної голівки друку розміри краплі називають «рівнями».

8-рівнева головка формує краплі семи розмірів. П'єзоелектрична головка з підтримкою 16 рівнів дасть 15 розмірів крапель. При базовому розмірі краплі 6 пл доступні варіанти виходять простим множенням базової краплі: 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 пл.

Якщо проаналізувати частоту розпилення, виявиться, що формування змінних крапель займає більше часу, що цілком логічно. Для 16-рівневої п'єзоструминної головки швидкість розпилення базової краплі складе близько 28 кГц. Якщо ж для неї активувати 8 варіантів крапель, швидкість розпилення впаде до 6,2 кГц. Якщо задіяно всі 16 варіантів, швидкість становить лише 2,8 кГц. Як бачимо, при переході від базового рівня до максимально можливих 16-ти рівнів кількість крапель, що формуються, менша на порядок. Друкуючі головки зі змінним розміром краплі постійно друкують повільніше, ніж аналогічні з фіксованою краплею. Зате підвищують роздільну здатність дрібного тексту та якість друку в цілому.

Щоб збільшити продуктивність струменевих головок зі змінною краплею, творці принтерів збільшують кількість каналів на колір. Чорнильний канал є рядом сопел, відведених під конкретний колір чорнила.типовий варіант для систем, що сканують і друкують в один прогін.

Під скануючою печаткою тут мається на увазі метод струменевого друку, при якому каретка з голівкою, що друкує, переміщається взад і вперед по поверхні запечатуваного матеріалу, а він подається в старт-стопному режимі. У деяких планшетних принтерах зображення формується інакше: матеріал здійснює зворотно-поступальні рухи під групою друкуючих головок, що перекривають всю ширину друку.

Безперервний струменевий друк - високі швидкості

Безперервна струменева технологія є безконтактним варіантом високошвидкісного друку, який використовується для нанесення змінної інформації на матеріал, що рухається. Спочатку розраховані на додавання дат, текстів та штрихових кодів модулі тепер пропонують багатобарвний друк на рулонних матеріалах. Важко повірити, але першим цю ідею запатентував 1867 р. лорд Кельвін.

Принцип технології наступний: насос подає рідке чорнило з резервуара на безліч дрібних сопел, формуючи безперервний потік крапель на дуже високій швидкості. Швидкість формування та розпилення крапель контролює вібруючий п'єзоелектричний кристал. Швидкість його вібрації називають частотою, яка у разі варіюється від 50 до 175 кГц. Кожне сопло видає від 50 000 до 175 000 крапель на секунду. Вони пролітають через електростатичне поле і вже зарядженими потрапляють у поле, що відхиляє, яке направляє їх на матеріал або в складальний резервуар для повторного використання. Основний обсяг крапель йде на переробку, і лише невелика частина формує зображення на відбитку. Одна з головних переваг струменевих друкувальних головок даного типу – висока швидкість роботи.

KodakStream - приклад технології безперервного струминного гібридного друку. Періодичні імпульси в нагрівальних модулях біля кожного сопла друкувальної головки формують найдрібніші чорнильні краплі. Регулюючи розмір та форму імпульсу, система змінює розмір точки та швидкість розпилення крапель. Технологія Stream генерує краплі на частоті 400 кГц, не поступаючись за швидкістю традиційним рулонним офсетним машинам. Більше того, у Kodak впевнені, що частоту імпульсів можна підвищити.

Найближчий конкурент ЦПМ Prosper – струминна рулонна ЦПМ від HP. Теоретична максимальна частота нею заявлена ​​лише на рівні 100 кГц. А для п'єзоелектричних струменевих принтерів стандартна частота становить 25–40 кГц.

В основу технології Stream лягли мікроелектромеханічні системи MEMS (вони використовувалися в друкуючих голівках HP Edgeline). Сучасна виробнича технологія MEMS за принципами нагадує методики виготовлення інтегральних мікросхем, які використовують для створення надмініатюрних струменевих структур на кремнії. Пластина з соплами є механічними елементами, скомбіновані з електронікою на загальній кремнієвій основі.

Вибирай будь-яку

---