Технологии цветной печати

В настоящее время реализуется 6 технологий цветной печати:

1.      Ударные игольчатые матричные принтеры (технология Dot Matrix);

2.      Струйные принтеры с жидкими чернилами (Liquid ink-jet);

3.      Принтеры с термопереносом восковой мастики (thermal transfer);

4.      Принтеры с термосублимацией красителя (dye sublimation);

5.      Струйные принтеры с изменением фазы красителя (phase change ink-jet);

6.      Цветные лазерные принтеры (color laser).

1. Dot Matrix

Принцип работы цветных ударных матричных принтеров заключается в том, что вертикальный ряд (или 2 ряда) непосредственно вбивает краситель с ленты в бумагу. В отличие от монохромных матричных принтеров в цветных аналогах используется многоцветная красочная лента. Система управления цветным матричным принтером контролирует не только конкретные иголки, но и цвет ленты.

Для этой технологии характерна невысокая скорость, шум, невысокое качество и относительно бедную палитру цветов. Со временем воспроизводимые цвета на таких принтерах становятся более тусклыми, так как красящая лента в процессе печати загрязняется. К достоинствам этой технологии относятся высокая надежность, низкая стоимость одной страницы изображения, возможность печати на обычной бумаге.

Такой тип печати применяется при выводе несложных цветных изображений.

2. Liquid ink-jet

Струйная технология печати сегодня является самой распространенной для реализации цветных изображений. Струйные чернильные принтеры делятся на 2 типа: устройства непрерывного действия (continuous drop) и устройства дискретного действия (drop-on-demand). Устройства дискретного действия в свою очередь делятся еще на две категории: устройства с нагреванием чернил («пузырьковая технология», или bubble-jet) и устройства на основе пьезоэффекта.

У устройств непрерывного действия струйка чернил, постоянно выпускаемая из сопла печатающей головки, направляется либо непосредственно на бумагу, либо в специальный приемник, откуда снова попадают в общий резервуар. В рабочую камеру чернила подаются микронасосом, а движение чернил зависит от пьезодатчика (такую технологию реализует, например, фирма Iris Graphics).

При реализации пузырьковой технологии в каждом сопле печатающей головки находится маленький нагревательный элемент (как правило, тонкопленочный резистор). При прохождении тока через резистор он нагревается до температуры около 500°С и нагревает чернила. При этом образуется чернильный пузырек, который выталкивает через выходное отверстие сопла микрокаплю жидких чернил. При отключении тока резистор быстро остывает, пузырек быстро уменьшается в размерах таким образом засасывает через входное отверстие сопла новую порцию чернил. Такую технологию реализуют Canon, Hewlett-Packard (HP).

Второй метод основан на управлении соплом с помощью диафрагмы, которая соединена с пьезоэлетрическим датчиком. Обратный пьезоэлектрический эффект заключается в деформации пьезокристалла под действием электростатического поля. Изменение размеров пьезоэлемента, связанного с диафрагмой, приводит к выталкиванию капли и приливу через входное отверстие новой порции чернил. Такая технология реализуется в технике фирм Brazer, Epson, Techtronics. Фирма Epson использует многослойную пьезоэлектрическую головку, которая позволяет устранить «саттелиты» – маленькие капли, сопровождающие основную каплю. За счет этого повышается точность передачи изображений.

Сопла для печатающих головок струйных принтеров, через которые разбрызгиваются чернила, соответствуют ударным иглам матричных принтеров. Так как размер каждого сопла существенно меньше диаметра иглы, а количество сопел может быть больше количества игл, то изображение, получаемое с помощью струйной технологии теоретически должно быть более качественным, но на самом деле качество получаемых такой технологией изображений сильно зависит от качества бумаги, на которой они воспроизводятся. Использование бумаги невысокого качества может приводить к снижению яркости и изменению цветности изображения. Это объясняется, прежде всего, тем, что чернила могут растекаться по бумаге, а также просачиваться сквозь бумагу, если она недостаточно плотная.

К основным достоинствам струйной печати относятся возможность воспроизведения широкой палитры цветов с достаточно высоким качеством, к основным недостаткам – высокую стоимость расходных материалов, требование максимальной загруженности устройства с целью не допустить высыхание чернил.

3. Thermal transfer

Принцип работы принтеров с термопереносом заключается в том, что термопластичное красящее вещество, нанесенное на тонкую подложку, попадает на бумагу в тех местах, где нагревательными элементами печатающей головки обеспечивается должная температура (70-80°С). При этом нагревательные элементы являются аналогами игл или сопел. При таком способе печати принтер работает почти бесшумно.

Но есть и недостатки. Например, для нанесения цветного изображения требуется 3-4 прохода, что увеличивает время печати. Кроме того, принтеры с такой технологией требуют специальной бумаги. В итоге стоимость одной страницы изображения, как правило, дороже, чем при печати на струйных принтерах. Еще один недостаток данного класса принтеров заключается в том, что для них характерна невысокая скорость печати: 1-2 страницы в минуту.

К преимуществам, помимо бесшумности, относятся высокая надежность данных принтеров, возможность воспроизводить цветное изображение как на бумаге, так и на пленке. При этом возможно воспроизводить 16,7 млн. цветов при разрешающей способности до 300 точек на дюйм.

4. Dye sublimation

Эта технология близка к технологии термопереноса, но в данном случае нагревательные элементы головки нагреваются до температуры 400°С. При такой технологии печати под сублимацией понимают переход вещества из твердого в газообразное вещество (минуя жидкую стадию). Таким образом, порция красителя сублимирует с подложки и осаждается на бумаге или пленке. В принтерах с термосублимацией красителя есть возможность точного определения необходимого количества красителя, переносимого на бумагу. В результате точной комбинации цветов красителей можно подобрать практически любую палитру. Данная технология используется только для цветной печати. Реализующие эту технологию устройства относятся к классу high-end. Основные преимущества этого метода – фотографическое качество получаемого изображения, широкая гамма оттенков цветов. Но есть также существенный недостаток – высокая стоимость копий.

5. Phase change ink-jet

Эта технология реализуется в принтерах с твердым красителем. Принцип работы заключается в том, что для каждого первичного цвета красителя есть специальные восковые стержни, которые постепенно расплавляются нагревательным элементом при температуре около 90°С, а затем красители попадают в отдельные резервуары. Находясь в расплавленном состоянии, красители подаются из резервуаров специальным насосом в печатающую головку, которая, как правило, работает на основе явления пьезоэффекта. Капли воскообразного красителя застывают почти мгновенно, благодаря чему такой тип принтеров может работать с любой бумагой. Качество цветов получается очень высоким. Красители в бумагу не просачиваются, – поэтому возможна двусторонняя печать. Однако скорость печати по такой технологии невысока: около 2 страниц в минуту.

Схема ксеро-копировального аппарата

Обозначения на рисунке:

1 – ракель;

2 – каротрон заряда;

3 – фоторецептор;

4 – магнитный вал с тонером;

5 – нагреваемый элемент;

6 – пружинный вал;

7 – бумага или пленка;

8 – источник света;

9 – вал переноса;

10 – фьюзер (печка).

Фоторецептор – это специальный материал (как правило, селен, нанесенный на металлическую основу). Обычно он выполняется в виде барабана, или вала. Фоторецептор заряжается каротроном заряда, который представляет собой металлическую (золотую или платиновую) проволоку или резиновый вал с металлической основой. В настоящее время в связи с тем, что проволочный каротрон сильно озонирует воздух, то стараются использовать в основном резиновый тип каротронов.

После зарядки на фоторецептор подается изображение, которое освещается источником света и проецируется на фоторецептор через систему зеркал. Для уменьшения и увеличения изображения часто используют оптические системы. Скорость барабана согласуется с системой передачи изображений. Те места на фоторецепторе, на которые попадает свет, либо меняют свой потенциал, либо вообще теряют электрический заряд. Таким образом, на фоторецепторе сохраняется рисунок оригинала в виде заряженных участков.

На следующем этапе фоторецептор входит в контакт с магнитным валом , который покрыт пылью, представляющей собой смесь тонера и носителя. Сам тонер – это порошок, состоящий из микрочастиц определенного цвета. При этом чем меньше размер частиц, тем качественнее осуществляется передача изображения. В свою очередь носитель представляет собой металлические (как правило, железные) частицы, на которых осаждается тонер. Таким образом, можно сказать, что на магнитном валу находятся микрочастицы, покрытые тонером. Тонер переходит на фоторецептор за счет сил электростатического притяжения между противоположными электрическими зарядами. Весь этот процесс называется проявкой.

Во время процесса проявки бумага подается на регистрацию, то есть она устанавливается в исходное состояние для печати. Как только бумага доходит до фоторецептора, происходит передача изображения с фоторецептора на бумагу.

Под бумагой находится вал переноса, который имеет электрический потенциал сильнее, чем электрический потенциал фоторецептора. Вал переноса изготавливается из металла, покрытого токопроводящей резиной. Вал переноса за счет высокого электрического потенциала оттягивает на себя весь тонер, который осаждается на бумаге. После завершения бумага отделяется от фоторецептора и подается на запекание.

Механизм запекания представляет собой процесс высокотемпературного нагрева бумаги с одновременным прижимом специальным валиком. Сама аппарат состоит из нагреваемого тефлонового вала с кварцевой лампой внутри и прижимного вала. Аппарат для запекания называется фьюзер («печка»).

В некоторых типах копировальных аппаратов вместо фьюзера устанавливается специальный термоэлемент, покрытый термопленкой. Такие копиры имеют меньший срок нагрева, но их недостаток – меньшее количество копий, так как термопленку легко можно повредить. Для предотвращения прилипания пленки бумаги к валу часто используют специальную силиконовую смазку. Копиры, в основе фьюзера которых – кварцевая лампа, используются в высокопроизводительных установках.

Фоторецептор очищается от остатков тонера с помощью ракельного ножа, который выполнен из специального материала (обычно это мягкий пластик), который находится в плотном контакте с барабаном. Остатки тонера отправляются в бункер отработки. В некоторых копирах эта функция возложена на специальную систему электростатического очищения тонера.

В мощных копировальных аппаратах фоторецептор, тонер, ракель и каротрон меняются отдельно после определенного количества копий. В небольших копирах эти части объединяются в один комплекс, который называют картриджем. В некоторых копирах картридж может быть разделен на два: копи-картридж (он включает в себя фоторецептор и ракель) и тонер-картридж (он состоит из тонера и магнитного вала). Все картриджи имеют определенный срок службы.