Пьезоэлектрическая печать
185
Основа работы пьезоэлектрической печатной головки - пьезоэффект
(способность некоторых материалов создавать электрический заряд при деформации или изменять свою форму под действием приложенного напряжения (эффект обратим)): капли чернил выталкиваются из сопел за счет колебаний пластины, обладающей пьезоэлектрическими свойствами.
Основными достоинствами этой технологии является возможность контроля размера капель, что позволяет достичь высокого качества при печати полутоновых изображений, а также не происходит активного выделения тепла печатающей головки.
При изготовлении Пьезоэлектрической печатающей головки можно использовать разные типы деформации активных элементов.
На рисунке: виды деформации пьезоэлементов:
А - изменение формы элемента при сдвиговой деформации (элемент после приложения напряжения изображен серым цветом);
186
В - изменение формы элемента при продольной деформации
(стрелками указаны направления поляризации материала, то есть направления, в которых наиболее ярко проявляются свойства материала)
Конструкции печатающих головок зависят от вида деформации.
Первыми появились печатающие головки, использующие продольную деформацию пьезоэлемента. Они широко применяются и в настоящее время.
На рис изображена упрощенная схема сопла такой печатающей головки.
1.
Пьезоэлемент - основной компонент сопла печатающей
головки. Для управления каждым соплом в отдельности необходимо установить соответствующее число пьезоэлементов. На схеме для простоты не показаны проводники, подводящие управляющие сигналы к элементу.
2.
Мембрана отделяет пьезоэлемент от камеры с чернилами. Пьезоэлемент и проводники подводящие управляющие сигналы, следует защитить от воздействия растворителя чернил. Для этого используется гибкая мембрана. Если сделать стенку сопла под пьезоэлементом тонкой и использовать достаточно гибкий материал, отдельную мембрану можно не устанавливать.
187 3.
Сопло, как и в других разновидностях струйных принтеров, обеспечивает формирование капли чернил. Для того чтобы печать была равномерной, все сопла печатающей головки должны иметь одинаковый размер. От правильного изготовления сопел зависит направление полета капель и, соответственно, точность воспроизведения изображения.
4.
Камера
с
чернилами.
Поскольку размеры пьезоэлемента под действием управляющих сигналов изменяются незначительно, для эффективного выталкивания капель через сопло необходима большая площадь соприкосновения пьезоэлемента и чернил (через мембрану). Для этого используются специальные расширения подводящих каналов.
Корпус сопла с подводящим каналом соединяет воедино все части головки и обеспечивает подачу чернил. Поскольку пьезоэлемент постоянно вибрирует с высокой частотой, корпус должен быть достаточно прочным и устойчивым к вибрации.
В противном случае возможно разрушение печатающей головки.
Устройство и принцип работы сопла печатающей головки со
сдвиговой деформацией
1. Верхняя пьезоэлектрическая пластина
- пластина из пьезоэлектрического материала, имеющая специальные выступы. Эти выступы являются активными элементами сопла: за счет их движения происходит выталкивание из сопла капель чернил.
2. Нижняя пьезоэлектрическая пластина по конструкции аналогична верхней пластине, но имеет противоположное направление поляризации.
Выступы верхней и нижней пластин, смыкаясь, образуют боковые стенки камеры сопла. В эту камеру подаются чернила.
Точки приложения управляющего напряжения. В местах соединения выступов пластин прокладываются проводники для подачи управляющих сигналов к активным элементам. Изменяя полярность управляющего
188 напряжения, можно вызывать их деформацию в разных направлениях. На этом эффекте и основана работа такой печатающей головки.
Сопло - отверстие, через которое вылетают капли чернил. Оно выполняется не в пьезоэлектрическом материале, а в специальной пластине.
Эта пластина является "лицом" печатающей головки, обращенным к носителю изображения. Для придания прочности лицевую пластину изготавливают из металла.
Нетрудно заметить, что печатающая
головка со сдвиговой деформацией пьезоэлемента имеет более простую конструкцию, чем головка с продольной деформацией. Помимо двух пьезоэлектрических пластин головка содержит только лицевую пластину с отверстиями сопел и систему подачи чернил. Это позволяет упростить (и удешевить) сборку печатающих головок. Правда, достигается такое упрощение за счет применения сложных по форме и технологии производства пьезоэлектрических пластин.
Теперь рассмотрим принцип действия такой печатающей головки. На рис. изображены четыре этапа образования капли чернил.
Готовность к работе. Управляющее напряжение отсутствует, выступы пьезоэлектрических пластин не деформированы, и камера сопла имеет свои исходные размеры.
Подача управляющего напряжения, набор чернил в камеру сопла. К пьезоэлементам прикладывается управляющее напряжение. Выступы нижней и верхней пластин имеют разную полярность и деформируются в разные стороны, что приводит к увеличению объема камеры сопла. В образовавшуюся пустоту через систему подачи набираются чернила.
Смена полярности управляющего напряжения, выталкивание капли чернил. Смена полярности управляющего напряжения приводит к тому, что выступы пьезоэлектрических пластин деформируются в обратном направлении. Объем камеры сопла уменьшается, и из нее через сопло выталкивается капля чернил. Изменением управляющего напряжения на этапах 2 и 3 можно регулировать степень деформации выступов пластин и,
189 следовательно, изменение объема камеры сопла, то есть размер образующихся капель чернил.
Возврат в исходное состояние. После снятия управляющего напряжения стенки сопла возвращаются в исходное состояние. Система готова к повторению цикла (печати следующей точки).
Для удаления из сопел и других каналов
печатающей головки пузырьков воздуха при смене
чернильницы производится промывка картриджа, (прогон через сопла некоторого объема чернил).
Как известно цветные струйные принтеры имеют невысокое качество и множество других недостатков. Для повышения качества цветных изображений применяют различные технологии повышения разрешающей способности. MicroPiezo (Epson) -
печатающие головки дают меньший размер капли. PhotoREt (Hewlett-Packard) - позволяет увеличить число капель, образующих одну точку изображения, при точном дозировании чернил и др. Проблема заключается не в точности передачи оттенка, а в насыщенности точек изображения. Для решения этой проблемы в некоторых принтерах устанавливается фотокартридж (содержат светло-пурпурный и светло-голубой цвета). Фотокартридж устанавливается вместо черного.
Применение дополнительных цветов позволяет не только равномернее заливать области с низкой насыщенностью, но и точнее подбирать цвета в смеси с обычными красителями.
Характеристики струйного принтера - Hewlett-Packard DeskJet 840C
Скорость печати: черно-белая - 8 с/мин (черновая), 4,6 с/мин
(нормальная); цветная - 5 с/мин (черновая), 3,1 с/мин (нормальная).
Разрешающая способность: черно-белая - 600 dpi, цветная - до
600x1200 dpi на специальной бумаге (технология PhotoREt II ).
Нагрузка: 1000 страниц в месяц.
Стоимость печати одной страницы: черно-белая - 5,5 центов (при заполнении 5%), цветная - 12,5 центов (при заполнении 20%).
Языки команд:
HP PCL 3 enhanced, Mac Quick Draw.
190
Объем памяти: 2 Мбайт, 48 Кбайт буферной памяти
Интерфейс: двунаправленный параллельный (совместимый с IEEE
1284), USB
Лотки для бумаги: 1 (в стандартной поставке).
Емкость лотка для чистой бумаги:100 листов.
Емкость лотка для отпечатанных листов: 50 листов.
Устройства для двусторонней печати: приставка для двусторонней печати (в стандартную поставку не входит).
7.2 Лазерный принтер.
Лазерный принтер – один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге. Так как же работает лазерный принтер? Прежде всего, несколько слов о принципе действия. В лазерных принтерах используется электрографический принцип создания изображений (такой же, как и в копировальных машинах Xerox).
Схема устройства лазерного принтера
Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр
(organic photoconduction cartridge), который часто называют печатающим барабаном. С помощью барабана производится перенос изображения на бумагу. Он представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой
191 пленкой фотопроводящего полупроводника, обычно оксидом цинка или чем либо подобным.
Поверхности этого покрытия можно придать положительный или отрицательный заряд, который сохраняется на поверхности, но только до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую либо часть барабана проэкспонировать, то покрытие приобретает проводимость и заряд стечет с освещенного участка, образовав незаряженную зону. Данный момент очень важен для понимания принципа работы лазерного принтера.
Следующей важной его частью является лазер и презиционно оптико- механическая система, перемещающая луч.
Малогабаритный лазер генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала (как правило, шестигранного) разряжает положительно заряженную поверхность барабана. Чтобы получилось изображение, лазер включается и выключается управляющим микроконтроллером. Вращающееся зеркало разворачивает луч в строку на поверхности печатающего барабана. Все это вместе создает на его поверхности строку скрытого изображения, в котором те участки, которые должны быть черными, имеют один заряд, а белые противоположный. После формирования строки изображения, специальный презиционный шаговый двигатель поворачивает барабан так, чтобы можно было формировать следующую строку. Это смещение равняется разрешающей способности принтера и обычно составляет 1/300,1/600 дюйма. Этот этап печати напоминает построение изображения на экране телевизионного монитора.
Но каким образом на поверхности барабана появляется заряд, необходимый для создания изображения? Для этого служит тонкая проволока или сетка, называемая «коронирующим проводом». Но почему
«коронирующий»? Дело в том, что на этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение светящейся ионизированной области вокруг него, которая и называется короной и придает барабану необходимый статический заряд.
192
Итак, на барабане сформировано изображение вроде статического заряда и незаряженных участков. Дальше барабан проходит мимо валика, подающего из специального контейнера черный красящий порошок тонер.
Частички тонера, заряженные положительно, прилипают только к нейтральным участкам, отталкиваясь от положительно заряженных. Это похоже на то, как на экране телевизора собирается пыль.
Небольшое замечание: здесь идет речь о принтерах типа Hewlett
Packard LazerJet. Однако существует и другой метод формирования изображения. Он используется в принтерах Epson и других подобных, использующих двигатель фирмы Ricon. В этих принтерах разряжаются участки, которые должны быть белыми. В этом случае тонер, заряженный отрицательно притягивается к положительно заряженным участкам барабана.
Отпечатки, изготовленные на таких принтерах, имеют едва уловимые различия в качестве: при использовании первого способа достигается передача деталей, а при работе со вторым более качественные черные области.
Следующим этапом является перенос тонера (а, значит, и изображения) на бумагу. Бумага вытягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к печатающему барабану. Перед самым барабаном бумаге сообщается статистический заряд с помощью еще одного коронирующего провода, подобного тому, что используется для подготовки барабана к экспонированию. Затем бумага прижимается к поверхности барабана. Заряды разной полярности, накопленные на поверхности бумаги и на поверхности барабана, вызывают перенос частиц тонера на бумагу и их надежное прилипание к последней. После переноса тонера бумага покидает поверхность барабана.
При этом валики продолжают перемещать бумагу к выходному лотку принтера. Следующим звеном принтера,
встречающего бумагу с изображением на этом пути, является узел фиксации изображения. Тонер содержит вещество, способное легко плавится. Обычно это какой-нибудь
193 полимер или смола. При нагревании до 200–220 градусов и повышении давления порошок расплавляется и намертво соединяется с поверхностью бумаги. Только что вышедшие из принтера листы теплые, а слишком нетерпеливый пользователь, хватающий появившийся листок, рискует обжечь пальцы.
Далее бумага протаскивается к выходному лотку. При этом, если листы выводятся напрямую, верхним в стопе отпечатков оказывается последний лист. Многие принтеры, однако, переворачивают бумагу лицом вниз, складывая стопу в правильном порядке, то есть верхним будет первый лист, нижним последний.
Отпечаток готов, осталось не рассмотренной последняя важная позиция очистка барабана. При переносе изображения на бумагу не все частички тонера прилипают к ней и небольшое количество их остается на барабане. Для этого на него подается электрический заряд, барабан очищается и готов к печати следующего листа.
Важным является устройство управления, как правило, микроконтроллер на базе микропроцессора. Контроллер обслуживает порты, оперативную память, осуществляет диагностику принтера, выдает сообщения на панель управления, эмулирует различные стандарты подключения и, конечно, выдает десятки сигналов, управляющих всеми узлами принтера.
Принцип работы лазерного принтера
Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр
(Organic Photo Conductor), который часто называют печатающим фотобарабаном или просто барабаном. С его помощью производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фоточувствительного полупроводника.
Поверхность такого цилиндра можно снабдить положительным или отрицательным зарядом, который сохраняется до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую-либо часть барабана экспонировать, покрытие приобретает проводимость, и заряд стекает с освещенного участка, образуя
194 незаряженную зону. Это – ключевой момент в понимании принципа работы лазерного принтера.
Другой важнейшей частью принтера является лазер и оптико- механическая система зеркал и линз, перемещающая луч лазера по поверхности барабана. Малогабаритный лазер генерирует очень тонкий световой луч. Отражаясь от вращающихся зеркал (обычно четырехгранной или шестигранной формы), этот луч засвечивает поверхность фотобарабана, снимая ее заряд в точке экспонирования.
Для получения точечного изображения лазер включается и выключается при помощи управляющего микроконтроллера. Вращающееся зеркало разворачивает луч в виде строки скрытого изображения на поверхности фотобарабана.
После формирования строки специальный шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования следующей. Это смещение соответствует разрешающей способности принтера по вертикали и обычно составляет 1/300 или 1/600 дюйма. Процесс образования скрытого изображения на барабане напоминает формирование растра на экране телевизионного монитора.
Используются два основных способа предварительного (первичного) заряда поверхности фотоцилиндра:
– при помощи тонкой проволоки или сетки, называемой
«коронирующим проводом». Высокое напряжение, подаваемое на провод, приводит к возникновению светящейся ионизированной области вокруг него, которая называется короной, и придает барабану необходимый статический заряд;
– при помощи предварительно заряженного резинового вала (PCR).
Этапы формирования изображения
Процесс формирования изображения можно разбить на 6 этапов:
• заряд;
• экспонирование;
195
• проявка;
• перенос;
• очистка;
• закрепление.
Рассмотрим каждый этап более подробно.
Заряд. На ролик первичного заряда (рис 2), на который подается напряжение смещения переменного и постоянного тока. Напряжение смещения переменного тока через ролик первичного заряда поступает на поверхность фоторецепторного барабана, тем самым стираются остаточный заряд, и, наносится равномерный отрицательный потенциал. При помощи напряжение смещения постоянного тока регулируется оптическая плотность изображения.
Первый этап формирования изображения – заряд
Следует заметить, что процесс формирования изображения у различных производителей отличается.
Экспонирование. Луч с узла лазера проецируется на шестигранное сканирующее зеркало, и, отражаясь от зеркала проходит через фокусирующую систему линз. Затем луч отражается от отражающего зеркала и через щель в картридже попадает на фоторецепторный барабан (рис 3).
196
Второй этап формирования изображения – экспонирование
Фоторецепторный барабан представляет из себя алюминиевый цилиндр с нанесенным органическим фоточувствительным покрытием. Органическое покрытие барабана становится токопроводящим под воздействием света.
Участки фоторецепторного барабана, на которые попадает луч лазера становятся проводящими, и, отрицательный заряд с этих участков стекают через алюминиевое основание барабана на землю. Лучи лазера перемещаются по поверхности фоторецепторного барабана слева направо.
Таким образом, на поверхности фоторецепторного барабана формируется скрытое электростатическое изображение.
Проявка. В процессе проявки скрытое электростатическое изображение преобразуется в видимое. Основным узлом блока проявки является вал проявки (магнитный вал). Он представляет собой металлический цилиндр, вращающийся вокруг фиксированного магнитного сердечника (рис 4).
197
Третий этап формирования изображения – проявка
На вал проявки подается отрицательное напряжение смещения переменного и постоянного тока. Благодаря поданному напряжению смещения постоянного тока частицы тонера на поверхности вала проявки приобретают отрицательный потенциал и переносятся на засвеченные лазерным лучом участки фоторецепторного барабана. Регулировкой напряжения смещения AC достигается необходимая плотность и контрастность изображения.
Перенос. На этапе переноса, сформированное частицами тонера изображение, переносится с фоторецепторного барабана на бумагу. Ролик перенос передает бумаге положительный заряд, благодаря чему частицы тонера переносятся на бумагу. Небольшой (по сравнению с длиной бумаги) диаметр фоторецепторного барабана и гребенка снятия статического заряда с бумаги не позволяет бумаге прилипнуть к поверхности барабана.
198
Четвертый этап формирования изображения – перенос
Очистка. При помощи чистящего лезвия, находящегося в непосредственном контакте с фоторецепторным барабаном, остатки тонера счищаются в бункер отходов.
Пятый этап формирования изображения – очистка
Закрепление. На этапе закрепления изображение фиксируется на бумаге. Бумага проходит между роликом закрепления (внутри которого находится термоэлемент, нагревающий ролик до определенной температуры) и прессующим (резиновым) роликом. Под воздействием температуры и механического воздействия прессующего ролика тонер вплавляется в бумагу.
Температура ролика закрепления контролируется термодатчиком.
199
Шестой этап формирования изображения – закрепление
Классификация лазерных принтеров
По быстродействию принтеры классифицируются следующим образом:
1) персональные принтеры;
2) сетевые принтеры (в настоящее время, к ним относятся любые принтеры с быстродействием выше 12 стр./мин);
3) цветные лазерные принтеры.
В свою очередь принтеры первой группы (персональные) делятся на:
– принтеры, пришедшие на смену струйным;
– принтеры для небольших рабочих групп;
– монохромные принтеры для печати графики.
1)
Рассмотрим вначале семейство персональных принтеров.
Принтеры, пришедшие на смену струйным.
К основным характеристикам струйных принтеров относятся следующие: струйные принтеры обеспечивают достаточно качественный вывод текста и работу с цветом при цене от 300 долларов. В силу своих качеств этот класс устройств оказался наиболее привлекательным для пользователей домашних компьютеров и даже применения в сфере малого бизнеса, тем не менее качество монохромной печати не достигает уровня, который пользователь привык ожидать от лазерных принтеров. Кроме того, скорость печати весьма мала: большинство недорогих принтеров выводят в лучшем случае 2 стр./мин., в то время, как лазерные от 4 до 6.
200
Таким образом, если нет необходимости в цветной печати, а требуется готовить в большом количестве профессионально выглядящие документы, то недорогой лазерный принтер станет лучшим выбором.
Принтеры для небольших рабочих групп. Эти устройства являются идеальным решением для тех, кому сейчас необходим персональный компьютер, а в недалеком будущем – сетевой.
Быстродействие печати этой группы принтеров достигает от 8 до 10 страниц в минуту, а некоторые из них могут подключаться к сети.
Возможности загрузки бумаги и скорости печати соответствует потребностям подразделения из 5–10 сотрудников.
Монохромные принтеры для печати графики. Для изготовления готовых к переводу на фотоформу оригиналов изданий, типа информационного бюллетеня, недостаточно бывает разрешения в 600х600 точка / дюйм. В таких случаях, требуется устройство, имеющее разрешение
800 или даже 1200 точка / дюйм. Принтер должен также иметь сетевой интерфейс, чтобы им могли пользоваться все сотрудники отдела. Другая проблема, связанная с печатью в приложениях, работающих с графикой (к ним относятся, например, настольные издательские системы) – это ограниченный формат (обычно печать возможна на бумаге формата 216х280, или 216х356 мм, в то время, как при подготовке макетов для типографии, зачастую необходимо использовать бумагу большего размера (280х430 мм).
Все перечисленные требования будут удовлетворены, если использовать следующие принтеры: Data products Typhoon 8, GCC Elite
XL608, Elite XL808, и Elite XL1208.
2)
Перейдѐм к рассмотрению второй группы – сетевых принтеров.
Сетевые принтеры. Как только пользователи начали работать с общими файлами в сети, они захотели также иметь и общие принтеры, и такие принтеры появились. Раньше, пока персональные компьютеры не были соединены между собой, печать не вызывала затруднений: либо принтер был подключен к вашему компьютеру, либо вы переносили свой файл в чей то
201 компьютер с подключенным принтером. Но появились сетевые принтерв и по оценкам International Data Corporation, к 1998 году около половины всех проданных в Соединенных Штатах Америки принтеров, будут подключены к локальным вычислительным сетям.
При ценах, рекомендуемых изготовителями, эти модели предлагают широкий набор сетевых возможностей от внутренних многопротокольных серверов печати, до сложных программных средств дистанционного управления печатью. И маловероятно, что дальнейшие улучшения прекратятся. Среди преимуществ сетевых принтеров следующие:
– многие сетевые принтеры предоставляют возможность одновременной печати на двух сторонах листа.
– по сети можно узнать и изменить параметры принтера, а также узнать какое количество бумаги осталось в лотке.
– скорость печати этой группы принтеров очень высока. Так модель
Xerox 4230/MRP печатает со скоростью 30 страниц в минуту, а QMS 3825
Print System имеет максимальную скорость печати 38 страниц в минуту.
– некоторые принтеры имеют встроенный жесткий диск для хранения шрифтов. Это позволяет экономить время на постоянную выгрузку шрифтов по сети.
Также к сетевым лазерным принтерам относятся: HP Laser Jet 4V, Optra
R (Lexmark).
3)
Цветные лазерные принтеры.
Цветные лазерные принтеры обладают некоторыми из тех же возможностей, что и струйные: они могут печатать на простой бумаге в один или несколько цветов по одному заданию и на одной странице без перенастройки и имеют относительно низкую стоимость печати. Эти две технологии разнятся только в цене: цветные лазерные принтеры до некоторого времени не пользовались широкой популярностью из-за высокой цены на них.
Основные характеристики:
202
– качество печати лазерных принтеров самое разное: большинство принтеров имеет разрешение 600х600точка/дюйм (1200х300точка/дюйм
Xerox Xprint 4915);
– скорость печати этих устройств достигает 3 страниц в минуту;
– ѐмкость оперативного запоминающего устройства 24 мегабайт и выше.
– некоторые лазерные принтеры имеют режим с переменным размером точки.
Цветные лазерные принтеры пока еще не идеальны. Необходимость применения раздельных расходных материалов для 4 цветов делает обслуживание обременительным, да и цена слишком высока – при средней цене 7000 долларов, цветной лазерный принтер не назовешь дешевым. Ясно, что этот продукт предназначен для корпоративного пользователя.
По мере того, как цвет становится стандартом для проведения демонстраций, подготовки отчетов и электронных таблиц, возникает настоятельная потребность в устройстве, обеспечивающем одновременно прекрасное качество печати текста и хорошую цветопередачу. До недавнего времени эту задачу решали следующим образом: некоторые (черно – белые) страницы печатали на монохромном лазерном принтере, а другие на учережденческом цветном (если такой имелся). При этом возникала необходимость в сортировке страниц.
Цветной лазерный принтер решает эти проблемы – обеспечивает безупречное качество печати текста, а также очень хорошую цветопередачу для печати деловых диаграмм, возможность заливки сплошными цветами
(spot color).
7.
3 Термический принтер
Термические принтеры – цветные принтеры высокого класса – применяются для получения цветного изображения с качеством, близким к фотографическому. Их применение весьма ограничено.
203
В термических принтерах используют три технологии цветной термопечати: струйный перенос расплавленного красителя (термопластичная печать); контактный перенос расплавленного красителя (термовосковая печать) и термоперенос красителя (сублимационная печать).
Термопластичная печать, или технология Phast Change Ink-Jet, основана на получении изображения нанесением на бумагу капель расплавленного воскообразного красителя. Для этого восковые стерженьки для каждого первичного цвета красителя постепенно расплавляются при температуре 90 градусов специальным нагревательным элементом. Расплавленные красители попадают в отдельные резервуары, откуда подаются насосом в пьезоэлектрическую печатающую головку. Капли воскообразного красителя мгновенно застывают на бумаге, обеспечивая хорошее сцепление.
Термопластичная печать исключает просачивание и растекание красителей, что позволяет получить высокое качество изображения, невысокую стоимость одной копии даже при двухсторонней печати. Однако скорость печати невысока.
Термовосковая печать, или технология Termal Wax Transfer, реализуется в принтерах с термопереносом. Принцип действия такого принтера в том, что термопластичное красящее вещество, представляющее собой краситель, растворенный в воске, наносится на тонкую лавсановую пленку толщиной 5 мкм. Пленка перемещается лентопротяжным механизмом, конструкция которого аналогична конструкции лентопротяжного механизма матричного принтера. На
бумагу краситель переносится в том месте, где нагревательными элементами (аналогами сопел в струйных принтерах и игл в матричных) обеспечивается температура 70-80 градусов. Для получения цветного изображения применяется метод CMYK, т.е. выполняются четыре прохода: по одному проходу для нанесения каждого первичного цвета и один
– для черного цвета. В связи с этим скорость цветной печати принтеров с термопереносом 1...2 страницы в минуту. Стоимость выведенной на печать страницы с изображением выше, чем у струйных принтеров, поскольку
204 используется специальная бумага.
Преимуществом принтеров с термопереносом является получение высококачественных цветных изображений с воспроизведением до 16,7 млн цветов как на бумаге, так и на пленке.
Сублимационная печать основана на сублимации, т. е. на переходе вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу.
Технология сублимационной печати достаточно близка к технологии термопереноса. Принципиальным отличием является нагрев элементов печатающей головки до температуры 400 «С. Красящее вещество сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или ином носителе.
Комбинацией цветов красителей по методу CMYK достигается цветовая палитра фотографического качества. Широкое применение термических принтеров с сублимационной технологией ограничивается высокой стоимостью каждой копии изображения.
К числу самых известных производителей сублимационных принтеров относят Mitsubishi, Toshiba, Sony.
Цветные лазерные принтеры пока не идеальны. Для получения цветного изображения с качеством близким к фотографическому или изготовления допечатных цветных проб используют термические принтеры или, как их еще называют, цветные принтеры высокого класса.
«Принтеры переносят краситель, растворенный в воске, на бумагу, нагревая ленту с цветным воском. Как правило, для подобных принтеров необходима бумага со специальным покрытие. Термовосковые принтеры обычно используются для печати деловой графики и другой нефотографической печати.
Для печати изображения, почти не отличающегося от фотографии, и изготовления допечатных проб лучше всего использовать сублимационные принтеры. По принципу работы они аналогичны термовосковым, но переносят с ленты на бумагу только краситель (не имеющий восковой основы).
205
Принтеры, использующие струйный перенос расплавленного красителя, называют еще восковыми принтерами с твердым красителем. При печати блоки цветного воска расплавляются и выбрызгиваются на носитель, создавая яркие насыщенные цвета на любой поверхности. Полученные таким образом "фотографии" выглядят слегка зернистыми, но удовлетворяют всем критериям фотографического качества. Этот принтер не годится для изготовления диапозитивов, поскольку капли воска после высыхания имеют полусферическую форму и создают сферический эффект.
Имеются термические принтеры, которые совмещают в себе технологию сублимационной и термовосковой печати. Такие принтеры позволяют печатать на одном устройстве как черновые, так и чистовые оттиски.
Скорость печати термических принтеров вследствие инерционности тепловых эффектов невысокая. Для сублимационных принтеров от 0,1 до 0,8 страниц в минуту, а для термовосковых - 0,5-4 страницы в минуту».
Принцип работы термопринтера
Когда прибор подключается к электричеству, термоголовка нагревается.
Для печати требуются материалы с термочувствительным слоем. Когда нагретая термоголовка прикасается к ленте, на поверхности материала остаются следы.
При термопечати используется минимум расходников. Не нужно приобретать чернила, красящие ленты, картриджи. Термопринтеры стоят дешевле, чем термотрансферные и другие модели.
«Чеки и этикетки остаются хорошо читаемыми около 6 месяцев. Затем они постепенно выцветают, и бумага снова становится чистой. Срок 6 месяцев соответствует требованиям ФЗ №54, который регламентирует применение контрольно-кассовой техники.»
Чтобы продлить срок службы чеков и этикеток, используйте качественные расходные материалы. Не допускайте попадания солнечных лучей на термобумагу и на изображения. Но чтобы этикетки и чеки
206 оставались читаемыми несколько лет, нужно использовать термотрансферный принтер.
С помощью термопринтера можно напечатать этикетки термическим способом при помощи нагрева.
Чаще всего термопринтер используют в складских помещениях, в организациях, осуществляющих торговую деятельность, при изготовлении маркировок на продукты, а также в магазинах, где необходимы этикетки и ценники. Также его используют в аптечных пунктах, больницах и лабораториях для печати наклеек, электронных талонов и этикеток для инвентаризации лекарств.
Использование термопринтеров также популярно в организациях, предоставляющих развлекательные услуги, для выпуска проверочных браслетов и билетов. Чеки в банкоматах, KKA и факсах, а также талоны на посадку в аэропортах тоже создаются при помощи термопринтеров.
Широкий перечень использования печатающего оборудования, в основе которого лежит принцип термического нагрева, обусловлен бюджетной ценой оборудования, невысоким потреблением расходных материалов и отсутствием необходимости приобретения картриджей и красок.
Виды термопринтеров и их характеристики
Термопринтеры разделяются на:
Мобильные
Настольные
Промышленные
Мобильные термопринтеры
Принтеры отличаются небольшим весом и мобильностью, предназначены для выпуска штрих-кодов и этикеток. Citizen СМР20 имеет вес всего 442 грамма, что позволяет использовать его в разных условиях, при любых обстоятельствах. Автономность работы обеспечивает встроенная аккумуляторная батарея, благодаря этому устройство можно использовать для выпуска штрих-кодов и наклеек, как на складе, так и в торговом зале.
207
Принтеры серии Citizen
обладают высокой производительностью, около 88 мм в секунду и противоударными свойствами (например, СМР20 может перенести падение с 1,5 метровой высоты). Сообщение с основным устройством, например с компьютером или KKM осуществляется при помощи модулей Wi-Fi и Bluetooth, некоторые модели можно подсоединить, используя USB, RS232 порты. Принтеры имеют внутренний ресурс памяти (у каждой модели свой).
Настольные термопринтеры (серии CT)
Принтеры данного типа имеют больший размер чем, например, мобильные устройства, их вес достигает 2-3 килограмма. Настольные принтеры используются стационарно, непосредственно в кассовых зонах или на складах в зоне маркировки, для выпуска штрих-кодов, наклеек и этикеток.
Принтеры Citizen серии CT, в соответствии с моделью, применяются для создания этикеток на лентах шириной 58, 80 и 112 мм, имеют внутренний ресурс памяти, а также производительность около 80 мм в секунду. К основному устройству они подсоединяются через USB-порт и параллельный
(IEEE) или последовательный (RS) интерфейсы.
Промышленные термопринтеры (серии CL)
Устройства предназначены для большого тиража наклеек и этикеток, обладают высокой производительностью и широким функционалом. Могут использоваться на промышленных производствах, региональных складах и гипермаркетах в неблагоприятных условиях. Главное отличие подобных устройств - наличие экрана, на котором отображается функциональная информация. Устройства оснащены большим лотком для размещения расходных материалов и обладают повышенной производительностью, до
250 мм в секунду. Ширина выпускаемых этикеток колеблется от 50 до 178 миллиметров, также принтеры серии CL имеют сенсоры и различные датчики контроля.
208
Классификация моделей принтеров
Мобильные термопринтеры могут работать от встроенной батареи.
Можно разместить принтер в любом месте, не ограничиваясь длиной провода. Легкий прибор удобно переносить (вес от 300 г). Скорость печати: от 70 мм/сек. Для подключения используется Bluetooth. У некоторых моделей предусмотрены интерфейсы для проводного подключения.
Настольные модели весят 2-3 кг. Они печатают со скоростью от 80 мм в секунду. Ширина печати: 58, 80, 112 мм. Устройства подключаются к ПК через USB, RS-232. Реже используются RS, IEEE интерфейсы. Объем печати за одну смену: до 7000 чеков или этикеток.
Промышленные модели предназначены для печати в больших объемах.
За рабочую смену они могут напечатать 7000 и больше чеков и этикеток. В конструкции предусмотрен информационный дисплей. Скорость работы: до
250 мм/сек. Ширина: 50-178 мм. Приборы обладают улучшенной защитой корпуса. Можно использовать их в неблагоприятных условиях.
Сферы применения термопринтеров
Термопринтеры широко применяются во всех сферах розничной торговли. Эти устройства служат для печати чеков и липких этикеток. Они используются на производстве, в розничных и оптовых магазинах, на складах сырья и готовой продукции. Также они применяются в аптеках, больницах и лабораториях для учета лекарств.
Термопринтеры можно использовать для обязательной маркировки товаров. В России постепенно вводится единая система обязательной маркировки. После введения ограничений на реализацию товаров без марки, владельцы должны самостоятельно маркировать остатки. Для печати этикеток с 2D штрих-кодами можно приобрести настольный принтер.
Можно использовать эти принтеры для печати билетов, проверочных браслетов при организации мероприятия. Термопринтеры используют для печати талонов на посадку в аэропортах. Внутри ККМ и банкоматов установлены маленькие термопринтеры.
209
Изображения термопринтеров
Офисные термопринтеры
1. Термальный принтер этикеток Xprinter XP-365B
2. Термальный принтер чеков Xprinter XP-P300 3. Термальный принтер этикеток Xprinter XP-420B
7.4 3D-принтеры
3d-принтер — это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3d-модели.
210 3D печать уверенно набирает обороты, и мы все чаще видим новости о том, что 3D принтер научили печатать детали для МКС, органы, дома и многое другое. Зарубежные технологические издания начинают говорить о том, что 3D печать способна воскресить промышленность в штатах, а сервис shapeways, у нас на глазах, показывает интересные темпы роста, хоть и далекие от промышленных. При таком обилии хвалебных текстов о надвигающейся революции в производстве на ум приходит мысль о том, что российский сегмент практически свободен, но так ли просто достигнуть промышленных масштабов при удешевлении самих принтеров и появления open source проектов?
Потребительский
Тип принтеров, который предназначен, в основном, для личного использования. Поставляется в виде конструктора, либо в сборе.
Подавляющее большинство моделей принтеров такого типа являются производной от open source проекта RepRap. Так как платформа у них, в основном, одна и та же, их характеристики тоже весьма схожи.
3D принтер компании Ultimaker
Оборудованы довольно простым и понятным интерфейсом. Печатают, как привило, ABS и PLA пластиком. Сложные и высокоточные объекты напечатать будет довольно проблематично, но обычные поделки они печатают с легкостью, хоть и долго.
211
На кого ориентировано: дизайнеры, художники, изобретатели, которые работают дома.
Персональный
Пограничный класс принтеров, который является домашним, но в то же время относится к нижней ступени промышленных принтеров для бизнеса. Эти принтеры имеют много общего с братьями из потребительского класса, но обладают более высоким качеством и точностью печати, которые присущи профессиональным 3D принт системам. Появление таких принтеров, это скорее реакция крупных производителей на растущий рынок домашних систем. Учитывая низкую точность потребительского класса, вендоры предложили уменьшенные модели профессиональных систем с близкими к ним показателями. Оперировать принтерами этого класса так же просто и сводиться к загрузке образа и нажатию кнопки «пуск». В то же время это ограничивает возможности в плане различных дополнительных параметров печати.
3D принтер компании MakerBot
Пригодны для использования в офисах, однако шумность и высокий температурный режим некоторых моделей предполагает их размещение на некотором удалении от рабочей зоны. Легкость очистки объектов на выходе не была перенесена в этот класс с промышленных моделей, поэтому логичным было бы размещение их в отдельном рабочем пространстве.
212
На кого ориентировано: на малый бизнес с небольшим бюджетом, но у которого есть потребность в периодическом использовании 3D печати. Это
могут быть инженерные компании, дизайн студии, маркетинговые агентства.
Профессиональный Системы этого класса уже не выглядят компактными, а скорее похожи на большие холодильники.
Профессиональный 3D принтер
Это основа технологии 3D печати, которая включает в себя все достижения и возможности доступные индустрии. Предназначение профессиональных систем может быть очень разным, от прототипирования до полномасштабного производства, что в свою очередь делает их отличным вариантом как для крупного бизнеса, так и для высокотехнологичных компаний с малым штатом сотрудников. ShapeWays, кстати, использует принтеры именно такого класса.
В отличие от своих малых братьев, данные принтеры, ввиду большого количества режимов и дополнительных опций, уже требуют определенных навыков для работы с ними, поэтому без оператора здесь не обойтись. По части рабочего пространства здесь тоже не все так просто. Они очень большие и шумные, поэтому требуют отдельного помещения с хорошей вентиляцией.
Требования к помещению различаются, но пространство должно быть чем-то вроде лаборатории и с подведенной высоковольтной линией.
213
На выходе мы получаем универсальную 3D принт установку, которая предоставляет высочайшее качество печати и увеличенные, по сравнению с младшими классами, размеры продукта. ShapeWays, например, за цикл печати собирает по несколько объектов, располагая их на некотором удалении друг от друга, что в итоге положительно сказывается на скорости обработки заказа.
На кого ориентировано: на компании, у которых присутствует постоянная потребность прототипировании, моделировании, изготовлении разного рода объектов с высокими показателями качества и точности.
Производственный
Название класса говорит само за себя. Эти машины являются совокупностью точности и качества профессиональных принтеров, большой площадью печати, высокого уровня автоматизации и контроля процессов. На них, как и на профессиональных установках, можно печатать не только прототипы, но и конечный потребительский продукт.
Производственный 3D принтер
Системы такого рода не предназначены для рядовых пользователей, а суммы, которые придется вложить в такое производство вызовут у вас логичное желание нанять опытного оператора, который заставит работать весь механизм 24 часа в сутки без простоя.
214
Малыми помещениями здесь уже не обойтись. Здесь нужно четко спланировать будущую линию и позаботиться о подводе высоковольтной линии и газовой трубы.
На выходе получиться высокотехнологичное производство, которое может быстро менять профиль и использовать материалы от ABS пластика до титана.
На кого ориентировано: на компании с потребностью в производстве высокоточных продуктов большого размера, либо на компании с потребностью в производстве большого количества менее объемных предметов с высокой точностью и высоким уровнем качества.
Несмотря на то, что порог входа в эту индустрию еще очень высок, за такими системами будущее. В пределах горизонта событий мы сможем лицезреть реальный переворот, как минимум, в высокотехнологичном производстве. Одними из первых это осознали в General Electric и уже стали производить на 3D принтерах сложные детали из титана для авиационных двигателей.
Описание процесса работы
Принцип 3D-печати по любой существующей технологии — создание объемных объектов из совокупности плоских слоев.
Цифровая модель изделия разделяется на слои специальной программой — слайсером, а принтер печатает эти слои, один на другом, составляя из них трехмерный объект. Так, из множества слоев, получается объемная деталь.
Существует много технологий 3D-печати, рассмотрим более подробно каждую.
1 FDM (Моделирование методом наплавления)
Технология очень проста: сложные объекты создаются из расплавленного пластика, выдавленного через сопло. Намотанная на катушку пластиковая нить (или даже металлический провод), разматываясь, подаѐтся в экструзионное сопло, при этом управляемый компьютером
215 механизм, перемещает само сопло или объект (или оба) вдоль трѐх осей.
После выдавливания (экструзии) материал моментально затвердевает. Для всех этих перемещений, также, как и для подачи нити в экструдер, обычно используются шаговые двигатели или сервомоторы [10].
Моделирование методом наплавления
2 Технология Polyjet
Технология была изобретена израильской компанией Objet в 2000 году.
Суть технологии: фотополимер маленькими дозами выстреливается из тонких сопел, как при струйной печати, и сразу полимеризуется на поверхности изготавливаемой детали под воздействием УФ излучения.
Технология Polyjet
Важная особенность, отличающая PolyJet от стереолитографии, является возможность печати различными материалами.
Преимущества технологии:
– толщина слоя до 16 микрон (клетка крови 10 микрон);
216
– быстро печатает, так как жидкость можно наносить очень быстро. Недостатки технологии:
– печатает только с использованием фотополимера – узко специализированный, дорогой пластик, как правило, чувствительный к УФ и достаточно хрупкий.
Применение: промышленное прототипирование и медицина
3. LENS (Технология лазерной наплавки)
Материал в форме порошка выдувается из сопла и попадает на сфокусированный луч лазера. Часть порошка пролетает мимо, а та часть, которая попадает в фокус лазера мгновенно спекается и слой за слоем формирует трехмерную деталь. Именно по такой технологии печатают стальные и титановые объекты.
Технология лазерной наплавки
Поскольку до появления этой технологии печатать можно было только объекты из пластика, к 3D печати особенно серьезно никто не относился, а эта технология, открыла двери для 3D печати в «большую» промышленность. Порошки различных материалов можно смешивать и получать таким образом сплавы, на лету.
Применение: титановые лопатки для турбин с внутренними каналами охлаждения.
4. LOM (Производство объектов методом ламинирования)
Тонкие ламинированные листы материала вырезаются с помощью ножа или лазера и затем спекаются или склеиваются в трехмерный объект
(рисунок 8). Т.е. укладывается тонкий лист материала, который вырезается
217 по контуру объекта,
таким образом получается один слой, на него укладывается следующий лист и так далее. После этого все листы прессуются или спекаются.
Таким образом печатают 3D модели из бумаги, пластика или из алюминия. Для печати моделей из алюминия используется тонкая алюминиевая фольга, которая вырезается по контуру слой за слоем и затем спекается с помощью ультразвуковой вибрации.
3D принтер, производящий объекты методом ламинирования
5. SL (Стереолитография)
Есть небольшая ванна с жидким полимером. Луч лазера проходит по поверхности, и в этом месте полимер под воздействием УФ полимеризуется.
После того как один слой готов платформа с деталью опускается, жидкий полимер заполняет пустоту далее запекается следующий слой и так далее.
Иногда происходит наоборот: платформа с деталью поднимается вверх, лазер соответственно расположен снизу…
После печати таким методом, требуется постобработка объекта — удаление лишнего материала и поддержки, иногда поверхность шлифуют. В зависимости от необходимых свойств конечного объекта модель запекают в т.н. ультрафиолетовых духовках.
Фотополимер зачастую бывает токсичным поэтому при работе с ним нужно пользоваться средствами защиты и респираторами. Содержать и обслуживать такой принтер дома — сложно и дорого
218
Стереолитография
Преимущества:
– быстро и точно, точность до 10 микрон;
– для спекания фотополимера достаточно лазера от Blu-ray проигрывателя, благодаря чему на рынке появляются дешевые при этом точные принтеры, работающие по такой технологии.
6. LS (Лазерное спекание)
Лазерное спекание. Похоже на SL, только вместо жидкого фотополимера используется порошок, который спекается лазером.
Преимущества:
– менее вероятно, что деталь сломается в процессе печати, так как сам порошок выступает надежной поддержкой;
– материалы в порошковой форме довольно легко найти в продаже в том числе это могут быть: бронза, сталь, нейлон, титан.
219
Лазерное спекание
Недостатки:
– поверхность получается пористая;
– некоторые порошки взрывоопасны, поэтому должны храниться в камерах, заполненных азотом;
– спекание происходит при высоких температурах, поэтому готовые детали долго остывают, в зависимости от размера и толщины слоев, некоторые предметы могут остывать до одного дня.
7 3DP (Струйная трехмерная печать)
Технология изобретена в 1980 году в MIT студентом Paul Williams, технология была продана в несколько коммерческих организаций, одна из которых — zCorp, в настоящее время поглощена 3D Systems.
На материал в порошковой форме наносится клей, который связывает гранулы, затем поверх склеенного слоя наносится свежий слой порошка, и так далее. На выходе, как правило, получается материал sandstone (похожий по свойствам на гипс).
Преимущества:
– так как используется клей, в него можно добавить краску и таким
220 образом печатать цветные объекты;
– технология относительна дешевая и энергоэффективная;
– можно использовать в условиях дома или офиса;
– можно печатать использовать порошок стекла, костный порошок, переработанную резину, бронзу и даже древесные опилки.
Используя похожу технологию можно печатать съедобные объекты, например, из сахара или шоколадного порошка. Порошок склеивается специальным пищевым клеем, в клей может добавляться краситель и ароматизатор.
Как пример, новые 3D принтеры от компании 3D systems, которые были продемонстрированы на CES 2014 — ChefJet и ChefJet Pro [14].
Струйная трехмерная печать
Недостатки:
– на выходе получается достаточно грубая поверхность, с невысоким разрешение 100 микрон;
– материал нужно подвергать постобработке (запекать), чтобы придать ему необходимые свойства.
Контрольные вопросы.
1. На какие технологии делятся принтеры по технологии нанесения изображения?
2. Какие интерфейсы подключения поддерживают принтеры?
3. Их каких частей состоит матричный принтер?
4. В каких режимах могут работать матричные принтеры?
221 5. Какие основные характеристики используют для выбора принтера?
6. Какой принцип используется в струйных принтерах?
7. Для чего используется буферная память в принтерах?
8. Какие технологии струйной печати используются в принтерах?
9. В какой технологии печати используются пузырьки пара, образующиеся от нагревания чернил?
10. Дайте определение понятия сопло.
11. В каких принтерах печать осуществляется в два этапа?
12. Какие устройства содержит устройство печатающего блока в лазерных принтерах?
13. Какие отличия между лазерным принтером и
LED принтером?
14. Какое отличие между струйным принтером и твердокрасочным принтером?
15. Какие принтеры применяются для печати высокого качества и точной цветопередачи? (Свой ответ аргументировать)
В чем отличие принтеров специального назначения от "обычных" принтеров
Скачать 4.73 Mb.