Виды принтеров по принципу вывода текстовой и графической информации. Описание массивов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной курсовой работе рассмотрены устройства вывода текстовой и графической информации называемые - принтеры. Для того чтобы более полно объять этот класс устройств и полностью разобраться в их принципах работы, сферах применения, их достоинства и недостатках, я беру несколько видов таких устройств: матричные, лазерные, струйные, сублимационные, твердочернильные, термопринтеры и 3D-принтеры. В работе подробно рассмотрено, рассмотрено про каждый вид печатного устройства.

Курсовая работа выполнена на листах формата А4, содержит 1 таблицу и 12 рисунков.



Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Матричные принтеры

1.1.1 Принцип действия

1.1.2 Особенности применения и режимы печати

1.1.3 Многоцветная матричная печать

1.1.4 Управление печатью и взаимодействие с компьютером

1.1.5 Преимущества

1.1.6 Недостатки

1.1.7 Сравнение с другими типами

1.2 Лазерные принтеры

1.2.1 История

1.2.2 Принцип действия

1.2.3 Устройство

1.2.4 Процесс печати

1.2.5 Цветные лазерные принтеры

1.2.6 Преимущества

1.2.7 Недостатки

1.2.8 Сравнение с другими типами

1.3 Струйные принтеры

1.3.1 Конструкция

1.3.2 Классификация

1.3.3 Принцип действия

1.3.4 Интересны факты

1.3.5 Сравнение с другими типами

1.4 Сублимационные принтеры

1.4.1 Принцип работы

1.4.2 Применение

1.4.3 Преимущества и недостатки

1.4.4 Сравнение с другими типами

1.5 Твердочернильные принтеры

1.5.1 Механизм и принцип работы

1.5.2 Сфера применения

1.5.3 Преимущества и недостатки

1.6 Термопринтеры

1.6.1 Принцип работы

1.6.2 Сфера применения

1.6.3 Сравнение с другими типами

1.7 3D-принтеры

1.7.1 3D струйные моделирующие устройства

1.7.2 Лазерные 3D моделирующие устройства

1.7.3 3D моделирующие устройства, основанные на экструзии пластика

1.7.4 3D принтеры для печати на объемных объектах (на 3D-объектах)

2. Практическая часть

Заключение

Список литературы



Введение

Принтеры - устройства вывода текстовой и графической информации из персонального компьютера на бумажный носитель. В современных моделях принтеров существует возможность вывода информации на какой-либо другой носитель, например - синтетическая пленка.

Принтеры - довольно таки обширный класс устройств. Для того чтобы более полно объять этот класс устройств их нужно классифицировать. Классифицировать принтеры можно по разным признакам, например, по скорости вывода текстовой информации этот параметр измеряется в количестве выведенных символов за единицу времени. У современных принтеров этот параметр может достигать нескольких тысяч символов в секунду, по разрешающей способности этот параметр отражает возможность принтера выводить мелкие линии и точки и измеряется максимальным количеством линий, длина которых равна их ширине, на один квадратный сантиметр или дюйм. У современных принтеров этот параметр может достигать нескольких тысяч точек на один дюйм). Однако лучше всего (и проще) - классифицировать принтеры по принципу вывода графической и текстовой информации, т.е. по принципу их устройства.

По принципу вывода текстовой и графической информации принтеры делятся на:

- Матричные

- Лазерные

- Струйные

- Сублимационные

- Твердочернильные - Термопринтеры

- 3D принтеры



1. Теоретическая часть

Принтер - периферийное устройство компьютера, предназначенное для перевода текста или графики на физический носитель из электронного вида малыми тиражами (от единиц до сотен) без создания печатной формы. Этим принтеры отличаются от полиграфического оборудования и ризографов, которое за счёт печатной формы быстрее и дешевле на крупных тиражах (сотни и более экземпляров).

Получили распространение многофункциональные устройства (МФУ), в которых в одном приборе объединены функции принтера, сканера, копировального аппарата и телефакса. Такое объединение рационально технически и удобно в работе.

Широкоформатные принтеры иногда ошибочно называют плоттерами.

1.1 Матричные принтеры

Матричный принтер - компьютерный принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом (рис. 1.1.).

Матричные принтеры - старейшие из доныне применяемых принтеров. Их механизм был изобретён в 1964 году корпорацией Seiko Epson (рис. 1.2.). [2]

Рис. 1.1. Матричный принтер Star LC-10



Рис. 1.2. Матричный принтер Epson FX-85

1.1.1 Принцип действия

В матричном принтере изображение формируется на носителе печатающей головкой (рис. 1.3.), представляющей из себя набор иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка располагается на каретке, движущейся по направляющим поперёк листа бумаги; при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, аналогичную применяемой в печатных машинках и обычно упакованную в картридж, тем самым формируя точечное изображение. Для перемещения каретки обычно используется ременная передача, реже - зубчатая рейка или винтовая передача. Приводом каретки является шаговый электродвигатель. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM (англ. Serial Impact Dot Matrix - последовательные ударно-матричные принтеры). Скорость печати таких принтеров измеряется в CPS. (англ. Charactersper second - символах в секунду).

Рис. 1.3. Устройство перемещения печатной головки

Иглы в печатающей головке располагаются, в зависимости от их количества, одним или двумя вертикальными столбцами, или в виде ромба. Материалом для игл служит износостойкий вольфрамовый сплав. Для привода игл используются две технологии, основанные на электромагнитах - баллистическая и с запасенной энергией. Поскольку электромагниты нагреваются при работе, печатающая головка снабжается радиатором для пассивного отвода тепла; в высокопроизводительных принтерах может применяться принудительное охлаждение печатающей головки вентилятором, а также система температурного контроля, снижающая скорость печати или прекращающая работу принтера при превышении допустимой температуры печатающей головки.

Для печати на носителях различной толщины в матричном принтере имеется регулировка зазора между печатающей головкой и бумагоопорным валом. В зависимости от модели, регулировка может производится вручную, либо автоматически. При автоматической установке зазора принтер имеет функцию определения толщины носителя.

В разное время выпускались принтеры с 9, 12, 14, 18, 24 и 36, 48 иголками в головке; разрешающая способность печати, а также скорость печати графических изображений напрямую зависят от числа иголок. Наибольшее распространение получили 9- и 24-игольчатые принтеры.

9-игольчатые принтеры применяются для высокоскоростной печати с невысокими требованиями к качеству. Для достижения высокой скорости в некоторых принтерах используются сдвоенные (2х9) и счетверенные (4х9) 9-игольчатые печатающие головки. За счет меньшего количества игл 9-игольчатая печатающая головка отличается большей надежностью и меньшим нагревом. В настоящее время 9-игольчатые матричные принтеры занимают большую часть рынка.

Преимуществом 24-игольчатого принтера является высокое качество печати, в графическом режиме максимальное разрешение составляет 360х360 точек на дюйм. При этом скорость печати 24-игольчатого принтера существенно ниже, чем у 9-игольчатого. Основная сфера применения - печать с высокими требованиями к качеству. В настоящее время 24-игольчатые матричные принтеры вытеснены лазерными и струйными принтерами и занимают небольшую рыночную долю.

В современных матричных принтерах красящая лента из плотного нейлона упакована в картридж (рис. 1.4.), содержащий также узлы для протяжки и натяжения ленты. В зависимости от конструкции принтера, картридж располагается на станине или на каретке. В ранних моделях вместо картриджа может использоваться лента на катушках для пишущей машинки. Для повышения ресурса ленты, ее длина часто составляет 6 и более метров. В случае короткой ленты используется дополнительная подкраска с помощью бункера или ролика из пористого материала (фетра), пропитанного краской. В некоторых принтерах для увеличения ресурса лента имеет вид Листа Мёбиуса. [2]

Рис. 1.4. Картридж с красящей лентой

1.1.2 Особенности применения и режимы печати

Помимо печати текстовой информации, когда удары иголок контролируются программным обеспечением самого принтера, многие матричные принтеры имеют режим индивидуального управления иголками с компьютера, что обеспечивает возможность печати графической информации; однако в этом режиме скорость печати значительно падает. Иногда встроенное программное обеспечение принтера поддерживает загрузку во встроенную память принтера дополнительного набора шрифтов.

В зависимости от модели, матричные принтеры могут поддерживать все или некоторые из следующих режимов:

· графический режим (англ. semi-graphic, character graphic);

· алфавитно-цифровой режим:

· LQ (англ. Letter Quality - "типографское качество"),

· NLQ (англ. Near Letter Quality - "качество близкое к типографскому"),

· Draft - черновое качество печати; в этом режиме достигается максимальная скорость печати за счёт ухудшения её качества.

Для печати на матричном принтере преимущественно используется рулонная или перфорированная фальцованная бумага. В случае применения листовой бумаги большинство матричных принтеров требует её ручной заправки; во многих моделях имеется возможность использования опционального автоподатчика листовой бумаги (англ. CSF, CutSheetFeeder).

1.1.3 Многоцветная матричная печать

Некоторые модели матричных принтеров обладают возможностью многоцветной печати при использовании четырёхцветной CMYK красящей ленты. Смена цвета достигается смещением картриджа с лентой относительно печатающей головки дополнительным механизмом. Цветной матричный принтер позволяет получить семь цветов: основные цвета печатаются в один проход, а дополнительные цвета - в два прохода. Многоцветная матричная печать может использоваться для распечатки цветного текста и простой графики, и непригодна для получения фотореалистичных изображений. Чаще всего возможность цветной печати реализуется с помощью дополнительной оснастки (colorkit), как в принтерах Epson LX-300+II и Citizen Swift 24; реже многоцветная печать является базовой возможностью (Epson LQ-2550, Okidata Microline-395C).

Серьёзным недостатком технологии цветной матричной печати является постепенное загрязнение первичных цветов на ленте чёрным вследствие контакта ленты с многоцветным изображением, приводящее к искажению цветов на распечатке.

Цветные матричные принтеры не получили широкого распространения, поскольку к моменту возникновения широкой потребности в цветной печати были вытеснены цветными струйными принтерами, обладающими более высокими эксплуатационными качествами, и в настоящее время практически не встречаются. [2]

1.1.4 Управление печатью и взаимодействие с компьютером

Управление матричными принтерами осуществляется при помощи различных систем команд, общепринятыми из которых являются две: Epson ESC/P (англ. EPSON Mode) и IBM Pro Printer (англ. IBM Mode); большинство принтеров поддерживает обе системы. Традиционно матричные принтеры подключаются к компьютерам через параллельный интерфейс, стандартом лат. Defacto является Centronics (рис. 1.5.).

Рис. 1.5. Кабельный 36-контактный разъём Centronics для подключения внешнего устройства (IEEE 1284-B)

Другой устоявшийся интерфейс - RS-232C токовая петля 20 мА. Выпускающиеся в настоящее время матричные принтеры имеют современный интерфейс USB, однако поддержка "устаревших" интерфейсов в них, как правило, сохраняется для обеспечения совместимости с существующими промышленными или измерительными системами; так, например, принтер Epson LX-300+II, оснащён всеми тремя интерфейсами одновременно. [2]

1.1.5 Преимущества

Несмотря на то, что технологии матричной печати часто воспринимаются как устаревшие, матричные принтеры по-прежнему находят применение там, где требуется недорогая массовая печать на многослойных бланках (например, на авиабилетах) или под копирку, а также в случаях, когда требуется вывод значительного количества чисто текстовой информации без предъявления особых требований к качеству получаемого документа (печать этикеток, ярлыков, данных с систем управления и измерения); дополнительная экономия при этом достигается за счёт использования дешёвой фальцованной или рулонной бумаги.

Ещё одним преимуществом матричной печати является высокий ресурс как самого принтера (8 миллион строк) так и печатной головки (30 млн символов). [2]

1.1.6 Недостатки

Основными недостатками матричных принтеров являются:

· высокий уровень шума

· низкая скорость и качество печати в графическом режиме

· ограниченные возможности цветной печати

Для снижения шума при печати в отдельных моделях предусмотрен тихий режим, в котором каждая строка печатается в два прохода с использованием половинного количества игл; побочным эффектом такого решения является значительное снижение скорости печати.

Для борьбы с шумом также применяют специальные конструкции с звуконепроницаемыми кожухами.

Для повышения скорости печати используют технологии, обеспечивающие печать строки за один проход - так, в высокоскоростных линейно-матричных принтерах большое количество молоточков равномерно расположены на челночном механизме (фрете) по всей ширине печати.

Скорость таких принтеров измеряется в LPS (англ. Linesper second - строках в секунду). [2]



1.1.7 Сравнение с другими типами

· Качество печати. Очень низкое, сравнимое с качеством пишущей машинки. Впрочем, возможна графика.

· Цветопередача. Существовали цветные матричные принтеры с четырёхцветной лентой, они могли печатать семью фиксированными цветами. Жёлтая часть ленты очень быстро загрязнялась и цветопередача дополнительно портилась. Тем не менее, в 1980-е годы это был единственный способ настольной печати в цвете.

· Скорость печати. Для обычных 9- и 24-игольных принтеров в текстовом режиме - десятки секунд на страницу, в графическом - несколько минут. Высокоскоростные принтеры в несколько раз быстрее. Возможна печать через копирку и на самокопирующихся бланках.

· Стоимость отпечатка. Крайне низка (расходный материал - красящая лента). Отлично печатают на бумаге крайне плохого качества, что ещё снижает стоимость. Возможны нестандартные форматы бумаги, это важно для бланков строгой отчётности, которые делают из качественной бумаги (например, железнодорожный билет АСУ "Экспресс", 2011 год).

· Печать на нетрадиционных материалах. Некоторые модели принтеров (с прямым трактом) позволяют печатать, например, на паспортах.

· Устойчивость отпечатка к внешним воздействиям. Очень хороша; отпечатки стойки к воде и трению. Следы от иголок дополнительно усложняют подделку документов. Со временем отпечатки выцветают, но не критично и даже спустя десятилетия остаются читаемыми.

· Возможная длина отпечатка. Не ограничена. Возможны ограничения спулера печати (как, например, в Windows - печать идёт только страницами). Подача бумаги бывает ручная (поштучная) и рулонная.

· Экологичность. Низкое энергопотребление, небольшой объём и простота утилизации расходных материалов, невысокие требования к бумаге. Громкий шум.

· Простота обслуживания. Работает в самых спартанских условиях. Прежде, чем закончиться, картридж предупреждает об этом неконтрастными отпечатками. В самом крайнем случае можно печатать через копировальную бумагу вместо картриджа. При подаче с рулона - бумага практически не заминается.

· Основное применение в настоящее время. Печать документов. Матричный принтер можно найти в банках, билетных кассах, различных бюро, лабораториях, медицинских учреждениях, в составе кассовых аппаратов. [1]

1.2 Лазерные принтеры

Лазерный принтер - один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обычной (не специальной) бумаге (рис. 1.6.). Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственной экспозиции (освещения) лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.

Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое. [3]

Рис. 1.6. Лазерный принтер Kyocera FS-1110

1.2.1 История

Если история струйной печати преисполнена научности и насыщена исследованиями и открытиями, то история создания и развития лазерных принтеров имеет, наверное, более деловой уклон и до известной степени связана скорее с маркетингом, нежели с наукой.

В 1938 году студент юридического факультета Честер Карлсон (который, кстати, в будущем стал адвокатом по патентным делам, чтобы подкрепить таким образом свои изобретательские таланты) получил первое ксерографическое изображение, что стало успешным результатом многих лет его работы, начавшейся из-за его недовольства медлительностью существующих мимеографов и дороговизной получаемых отпечатков. Само слово "ксерография" было образовано от греческих слов "сухой" и "писать". А смысл новой технологии заключался в использовании статического электричества для переноса сухих чернил (тонера) на бумагу.

Однако только по прошествии 8 лет, получив отказ от IBM и даже от войск связи США, в 1946 году Карлсону удалось найти компанию, которая согласилась производить придуманные им электростатические копиры. Этой компанией была Haloid Company, которая позже превратилась во всем известную Xerox Corporation.

На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 году под названием Model A. Это было весьма громоздкое и сложное устройство. Чтобы добиться от него копии документа, нужно было произвести вручную ряд операций. И лишь десять лет спустя был коммерциализирован полностью автоматический ксерограф - Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту. Эта модель и стала прообразом всех копиров и лазерных принтеров, появившихся впоследствии.

Над созданием лазерных принтеров Xerox начала работать в 1969 году. Успеха добился в 1978 сотрудник компании Гэри Старкуезер, который смог добавить к технологии работы существующих копиров Xerox лазерный луч, создав таким образом первый лазерный принтер. Полнодуплексный Xerox 9700 мог печатать 120 страниц в минуту (он, кстати, до сих пор остается быстрейшим лазерным принтером в мире). Однако размеры устройства были просто огромны, а цена 350 тысяч долларов (без поправки на тогдашний курс) никак не укладывалась в идею "принтер в каждый дом".

В начале 80-х спрос на устройства, превосходящие существующие матричные принтеры по качеству печати, достиг критической отметки. В 1979 году предложение последовало от компании Canon, представившей первый настольный лазерный принтер LBP-10. На следующий год компания в частном порядке продемонстрировала новую модель LBP-CX калифорнийским Apple, Diablo и HP.

На тот момент Canon требовались сильные партнеры по маркетингу своей продукции на новом для компании рынке, поскольку компания имела крепкие позиции в области камер и решений для офиса (тех же копиров), однако не имела связей, необходимых для эффективных продаж на рынке устройств обработки данных. Сначала Canon обратилась к Diablo Systems, подразделению Xerox Corporation. Это было очевидно и логично, поскольку Diablo владела большей частью рынка лепестковых принтеров, а ее маркетологи высказывали желание поместить логотип Diablo и на продукцию других производителей. Таким образом Xerox стала первой компанией, которой было предложено выводить на рынок систему CX с контроллером Canon.

Однако Xerox отклонила это предложение, поскольку вместе с японской Fuji-Xerox сама занималась разработками устройства, которое планировалось сделать лучшим настольным лазерным принтером на рынке. Но, хотя новая модель 4045 сочетала в себе копир и лазерный принтер, она весила около 50 килограммов, стоила вдвое больше CX, не имела заменяемого картриджа с тонером и обеспечивала не самое лучшее качество печати. Впоследствии бывшие маркетологи Diablo признавались, что упускать предложение Canon было довольно-таки большой ошибкой, а вышедший несколько позднее принтер HP Laser Jet мог бы быть Xerox Laser Jet.

В любом случае, после того как Diablo отклонила предложение Canon во Фремонте, представители последней, проехав несколько миль, навестили офисы HP в Пало Альто и Apple Computer в Купертино. Hewlett-Packard была вторым логически оправданным выбором, поскольку тесно сотрудничала с Diablo и имела достаточно широкие линейки матричных и лепестковых принтеров.

Результатом сотрудничества Canon и HP стал выпуск в 1984 году принтеров Laser Jet, способных печатать 8 страниц в минуту. Их продажи весьма быстро росли и привели к тому, что к 1985 году Hewlett-Packard завладела почти всем рынком настольных лазерных принтеров. Надо учесть, что, как и в случае со струйными принтерами, новые устройства стали по-настоящему доступны лишь после разработки для них заменяемых картриджей с тонером (в данном случае разработчиком была Hewlett-Packard).

При этом вопросы удешевления новых и переработки использованных картриджей, количество которых стало намекать на проблемы с экологией, породили целую отрасль перерабатывающей промышленности, датой рождения которой можно считать 1986 год. [3]

1.2.2 Принцип действия

Существует три способа переноса тонеров:

· двухкомпонентный (система с двумя компонентами проявления - с раздельным тонером и девелопером) - красящие частицы, предназначенные для переноса на фотобарабан, не могут самостоятельно удерживаться на магнитном валу блока проявки, но прилипают к частицам специального магнитного порошка носителя (девелопера), которые при перемешивании заряжаются из-за взаимного трения.

· двухкомпонентный, где тонер и девелопер уже смешаны заранее в заводском картридже.

· однокомпонентный (напр., в современных принтерах Canon и HP) - только тонер без каких-либо примесей, красящие частицы которого сами по себе обладают магнитными свойствами. В принтерах Xerox/Samsung/Brother используется немагнитный тонер с электростатической системой нанесения тонера.

В двухкомпонентной системе девелопер остается на магнитном валу блока проявки и продолжает служить дальше (тонер, естественно, расходуется). В технических описаниях многих аппаратов производители заявляют, что девелопер вообще не требует восполнения, однако на практике его рабочие характеристики со временем ухудшаются, что сказывается на качестве копий. [3]

1.2.3 Устройство

Печатающий механизм.

· Драм-юнит (drum-unit)

· Фотобарабан (Фотовал, фоторецептор) - алюминиевый цилиндр, покрытый светочувствительным материалом, способным менять своё электрическое сопротивление при освещении. В некоторых системах вместо фотоцилиндра использовался фоторемень - эластичная закольцованная полоса с фотослоем.

· Магнитный вал - вал в картридже, используемый для переноса тонера из бункера на фотобарабан. (Либо ролик проявки в аппаратах Xerox/Samsung, где используется немагнитный тонер.)

· Ракельный нож

· Бункер отработки

· Блок лазера (laserbeamunit) (либо светодиодная линейка, в светодиодных принтерах)

· Коротрон (коронатор, ролик заряда, Corona Wire)

· Лента переноса (transferbelt) - лента в цветных лазерных принтерах, на которую наносится промежуточное изображение с барабанов 4 цветных картриджей, которое затем переносится на конечный носитель - бумагу.

· Блок проявки (developingunit) служит для переноса тонера на электростатическое изображение, образованное на поверхности фотопроводящего барабана.

Расходные материалы.

Тонер - порошок для нанесения изображения.

Носитель (анг. Carrier) - ферромагнитный порошок (по структуре представляет собой мелкие частицы), используемый в двухкомпонентных машинах для удержания тонера на поверхности магнитного вала за счет электростатических сил (при перемешивании с тонером заряжает его положительным статическим потенциалом при взаимном трении), а оттуда, под воздействием разряда на коротроне - на поверхность фотобарабана; причем сам девелопер, в силу своих магнитных свойств, остается на магнитном валу и почти не расходуется (однако теряет со временем свои свойства и тоже требует замены).

Девелопер (анг. Developer) (изредка называется стартером) - смесь материалов, подаваемая к фотобарабану. В двухкомпонентных машинах это смесь тонера и носителя, а в однокомпонентных машинах - только тонер. Термин аналогичен применяемому в фотографии термину проявитель, но обычно в русскоязычной литературе не переводится. [3]

1.2.4 Процесс печати

Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов (рис. 1.7.):

Зарядка фотовала.

принтер струйный матричный массив

Рис. 1.7. Процесс лазерной печати



Зарядка фотовала - нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана (1). Наиболее часто применяемый материал фотобарабана - фотоорганика - требует использования отрицательного заряда, однако есть материалы (например, кремний), позволяющие использовать положительный заряд.

Изначально зарядка производилась с помощью коротрона (англ. scorotron) - натянутого провода, на который подаётся напряжение относительно фотобарабана. Между проводом и фотобарабаном обычно помещается металлическая сетка, служащая для выравнивания электрического поля.

Позже стали применять зарядку с помощью зарядного валика (2). Такая система позволила уменьшить напряжение и снизить проблему выделения озона в коронном разряде (преобразование молекул O2 в O3под действием высокого напряжения), однако влечёт проблему прямого механического контакта и износа частей, а также чистки от загрязнений.

Лазерное сканирование.

Лазерное сканирование (засвечивание) - процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотовала под лазерным лучом. Луч лазера (3) отклоняется вращающимся зеркалом (4) и, проходя через распределительную линзу (5), фокусируется на фотовалу (1). Лазер активизируется только в тех местах, на которые с магнитного вала (7) в дальнейшем должен будет попасть тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и часть заряда на этих участках "стекает" на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде "рисунка" из участков с менее отрицательным зарядом, чем общий фон.

Наложение тонера.

Отрицательно заряженный ролик при подаче тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере, притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. Во время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную между дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер входит в контакт с фотовалом и притягивается на него в тех местах, где сохранился отрицательный заряд. Очень распространено заблуждение, что тонер притягивается именно к местам отсутствия заряда на фотовалу. Однако, тонер, будучи диэлектриком, электризуется в дипольно-заряженные частицы, которые притягиваются к любым заряженным поверхностям вне зависимости от знака заряда последних. Тонер сможет удержаться на фотовалу в местах без заряда, если частицы тонера заряжены (и неважно с каким знаком). В то же время, распространено и обратное заблуждение, что тонер притягивается именно к местам, заряженным отрицательно. Большинство марок выпускаемых тонеров для бытовых лазерных принтеров маркируется как отрицательно заряжаемые, что говорит о невозможности притяжения отрицательно заряженных частичек тонера к одноимённо заряженным участкам фотобарабана. Поэтому, на самом деле, отрицатесткам вне зависимости от знака заряда, а только к тем, у которых отсутствует заряд, или, по крайней мере, к тем, величина заряда которых не мешает образованию в поверхностном слое фотобарабана дипольного момента под влиянием электростатического поля отрицательно заряженных частичек тонера.

Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое (проявляется). Притянутый к фотовалу тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.

Перенос тонера.

В месте контакта фотовала с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик, называемый роликом переноса (transferroller). На него подаётся положительный заряд, который он сообщает и бумаге, с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с положительно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики.

Если в этот момент посмотреть на бумагу, на ней будет сформировано полностью готовое изображение, которое можно легко разрушить, проведя по нему пальцем, потому что изображение состоит из притянутого к бумаге порошка тонера, ничем другим, кроме электростатики, на бумаге не удерживаемое. Для получения финального отпечатка изображение необходимо закрепить.

Закрепление тонера.

Бумага с "насыпанным" тонерным изображением двигается далее к узлу закрепления (печке). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления. Печка состоит из двух валов:

· верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно - галогенная лампа), называемый термовалом;

· нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт подпорной пружины.

За температурой термовала следит термодатчик (термистор). Печка представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180-220°C) тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки, тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям. Чтобы бумага, на которую нанесён тонер, не прилипала к термовалу, на нём выполнены отделители бумаги.

Однако термовал - не единственная реализация нагревателя. Альтернативой является иное устройство печки, в которой используется термоплёнка: то есть специальный гибкий материал в виде трубки, полностью оборачивающий несущую конструкцию с тонкой и длинной керамической пластинкой, являющейся как раз нагревательным элементом, содержащим в самой структуре керамической пластины, помимо проводников нагревателя, ещё и встроенный низковольтный термодатчик контроля температуры с другой стороны пластины. Ошибочная установка керамической пластины малоквалифицированными работниками сервисного центра приводит к стремительному и безвозвратному выгоранию термодатчика.

Например, это справедливо для замечательных в своё время лазерных принтеров серии HP Laser Jet 1100/1100A, 1200 и прочих. В последующих моделях принтеров (HP LJ 1010,1018,1020 и т. д.) термодатчик вывели из структуры керамической пластинки.

При таком варианте исполнения печки с термоплёнкой обязательно применение специальной высокотемпературной силиконовой смазки из-за наличия значительных усилий при трении-скольжении по керамике при вращении термоплёнки при прогоне листа через термоблок.

Термоплёнка в основном своими крайними сторонами опирается и вращается на боковых пластмассовых опорных стойках.

Следует отметить, что имеются следующие недостатки, свойственные всем типам термоплёнок. Это их склонность к прорывам от степлерных скрепок на бумаге, прожогам из-за налипания спёкшегося тонера на излишках термосмазки внутри каркаса термоузла под плёнкой и наличия прочих негативных воздействий незадачливых пользователей и сервисных ремонтников.

1.2.5 Цветные лазерные принтеры

Принцип многоцветной лазерной печати состоит в следующем. На начальном этапе процесса печати движок рендеринга берёт цифровой документ и обрабатывает его один или несколько раз, создавая его постраничное растровое изображение, разложенное по цветовым составляющим, соответствующим цветам используемых тонеров. На втором этапе лазер или массив светодиодов формирует распределение зарядов на поверхности вращающегося фоточувствительного барабана, подобное получаемому изображению. Заряженные мелкие частицы тонера, состоящего из красящего пигмента, смол и полимеров, притягиваются к разряженным участкам поверхности барабана.

Далее с барабаном соприкасается бумага, и тонер переносится на неё. В большинстве цветных лазерных принтеров используются четыре отдельных прохода, соответствующие разным цветам. Потом бумага проходит через "печку", которая расплавляет смолы и полимеры в тонере и фиксирует его на бумаге, создавая окончательное изображение.

Лазеры способны точно фокусироваться, в результате получаются очень тонкие лучи, которые разряжают необходимые участки фоточувствительного барабана. Благодаря этому современные лазерные принтеры, как цветные, так и чёрно-белые, имеют высокое разрешение. [3]

1.2.6 Преимущества

Как правило, разрешение при чёрно-белой печати варьируется от 600x600 до 1200x1200 точек на дюйм, однако при цветной печати достигает 9600x1200. Цветные и чёрно-белые лазерные принтеры работают на практике одинаково. Отличие заключается в том, что для цветной печати используются четыре типа красящего тонера. Любой цвет вносит свою лепту в окончательное изображение, наносимое на лист бумаги.

По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют немало преимуществ:

· Они обладают большей скоростью, так как луч лазера может передвигаться значительно быстрее, чем печатающая головка с десятками и более того сотнями сопел, из которых в момент печати с определённым интервалом выпрыскиваются микроскопические капельки чернил.

· Лазерные лучи ещё более точные и по причине компактной фокусировки позволяют обретать высокое разрешение. Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, просто вследствие того, что картриджей с тонером хватает не на одну тысячу страниц, а вот чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и их приходится чаще заправлять или менять.

· Лазерные отпечатки более стойкие, четкость отпечатков не нарушается в условиях повышенной влажности. Тонер может слёживаться, что легко исправить лёгким встряхиванием картриджа, в отличие от струйных принтеров, чернила которых могут засыхать в дюзах, что требует их промывки и, иногда, замены. Промывку дюз можно сделать только в условиях сервисного центра.

· Цветные лазерные принтеры обеспечивают высокую скорость печати, дают качественные цветные и чёрно-белые отпечатки, а также привлекательную стоимость распечатки страницы с учётом расходных материалов. [3]

1.2.7 Недостатки

· При работе лазерного принтера выделяется озон.

· Наличие в конструкции элементов с высоким энергопотреблением (главный двигатель, термоузел) приводит к тому, что пиковая потребляемая мощность лазерного принтера достаточно высока, что делает невозможным подключение его к бытовым источникам бесперебойного питания средней и малой мощности.

· Качство печати цветных полутоновых изображений (например фотографий) ниже, чем при струйной печати.

· Лазерные принтеры дороже струйных в среднем в 3 раза, а стоимость комплекта картриджей для лазерного принтера намного дороже, чем комплекта для струйного (как правило стоимость нового принтера).

Скрытые метки (см. Жёлтые точки) - многие модели цветных принтеров при печати наносят на оттиск скрытое изображение, указывающее на дату и время печати, а также серийный номер устройства, что предположительно сделано с целью пресечь печать цветных копий денежных знаков и других документов и ценных бумаг. [3]



1.2.8 Сравнение с другими типами

· Качество печати. Высокое, в дорогих моделях приближается к офсетной печати (выпускаются модели с разрешением 2400 dpi).

· Цветопередача. Изготовляемый на основе парафинов тонер имеет стабильные характеристики. Поскольку печатающий узел для каждого из цветов имеет большие размеры и стоимость, то используется только четыре цвета в схеме CMYK, а фотоизображение получается с крупным растром (около 80 lpi), особенно в светлых тонах. Цветные лазерные принтеры позволяют печатать высококачественные цветные изображения, но моделей с фотографическим качеством на данный момент не выпускается.

· Скорость печати. Современные персональные принтеры работают со скоростью 10-20 страниц в минуту. Офисные и промышленные принтеры могут иметь скорость выше 100 страниц в минуту. Следует отметить, что до вывода первого листа проходит некоторое время, необходимое для прогрева узла термозакрепления (от некольких секунд до десятков секунд). На некоторых персональных принтерах (HP и Canon) используются узлы термозакрепления, не требующие прогрева.

· Стоимость отпечатка. Наименьшая среди всех типов принтеров (единицы центов США на страницу для чёрно-белой печати и десятки - для цветной). В персональных принтерах используются относительно дорогие картриджи (рассчитанные на объем от 1,5 до 3 тысяч страниц), серьезно повышающие стоимость отпечатка. Перезаправка картриджей позволяет снизить стоимость отпечатка, но штатная возможность перезаправки не предусматривается производителями (и даже создаются искусственные препятствия, например, в картриджи устанавливаются чипы памяти). Качество печати на перезаправленных картриджах не гарантируется. Во многих офисных принтерах среднего и высокого класса предусмотрена штатная заправка тонером, именно такие принтеры имеют наименьшую цену отпечатка.

· Печать на нетрадиционных материалах. Некоторые типы принтеров могут печатать на глянцевой бумаге, конвертах, наклейках, прозрачной пленке. Все материалы должны обладать устойчивостью к высоким температурам, иметь определенную структуру, плотность, толщину, гибкость. Все принтеры предназначены для работы со стандартной офисной бумагой с плотностью около 80 г/смІ. Типы любых других материалов следует использовать только из списка, рекомендованного производителем.

· Устойчивость отпечатка к внешним воздействиям. Хорошо держат цвет, водостойки, но плохо устойчивы к механическим воздействиям. Поэтому документы, выдаваемые надолго (например, паспорт), печатают либо на принтерах других типов, либо очень жирным и чётким шрифтом.

· Возможная длина отпечатка. Лазерная печать - непрерывный процесс, и растровое изображение для отдельного листа должно быть полностью подготовлено в памяти до начала печати. Поэтому размер области печати обычно ограничен, а механизм подачи бумаги рассчитан на работу с пачками определенного одинакового формата (обычно А4, или А3). Широкоформатные принтеры рассчитаны на подачу бумаги из рулонов (с форматом до А0), с автоматическим отрезанием.

· Экологичность. Практически бесшумны. При неисправности воздушных фильтров могут загрязнять воздух озоном и тонером. По современным данным, тонер опасен как инертная пыль и из-за пиррола (побочного продукта при производстве сажи).

· Простота обслуживания. Надёжно работает в обычных домашних и офисных условиях. О скорой замене картриджа принтер обычно "предупреждает" полосами на отпечатке. Впрочем, тонер пачкается и трудно отстирывается, поэтому не стоит в домашних условиях заправлять пустой картридж. Регулярной замены также требуют печатающий барабан (ресурс составляет порядка 10 тыс. страниц, но может снижаться при использовании некачественной бумаги, не оригинального тонера, частой печати по одной странице на задание; в наиболее дешёвых принтерах встроен в картридж), ролики автоподатчика бумаги. Содержит мощный (до 1000 Вт) электронагревательный элемент и потому не может работать от ИБП.

· Основное применение в настоящее время. Незаменимый помощник в любой конторе. В 2000-е годы подешевели настолько, что стали доступны и домашним пользователям. Из-за качественного одноцветного изображения лазерные принтеры применяют в полиграфии для фотонабора. [1]

1.3 Струйные принтеры

Струйный принтер - один из видов принтеров. Обладает малой скоростью печати по сравнению с лазерным принтером, но отличается высоким качеством печати полутоновых изображений (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Струйный принтер Epson

Принцип действия струйных принтеров похож на матричные принтеры тем, что изображение на носителе формируется из точек. Но вместо головок с иголками в струйных принтерах используется матрица, печатающая жидкими красителями. Картриджи с красителями бывают со встроенной печатающей головкой (рис. 1.9.) - в основном такой подход используется компаниями Hewlett-Packard, Lexmark. Существуют картриджи, в которых печатающая матрица является деталью принтера, а сменные картриджи содержат только краситель. При длительном простое принтера (неделя и больше) происходит высыхание остатков красителя на соплахпечатающей головки. Принтер умеет сам автоматически чистить печатающую головку. Но также возможно провести принудительную очистку сопел из соответствующего раздела настройки драйвера принтера. При прочистке сопел печатающей головки происходит интенсивный расход красителя. Особенно критично засорение сопел печатающей матрицы принтеров Epson, Canon. Если штатными средствами принтера не удалось очистить сопла печатающей головки, то дальнейшая очистка и/или замена печатающей головки проводится в ремонтных мастерских. Замена картриджа, содержащего печатающую матрицу, на новый проблем не вызывает.

Рис. 1.9. Печатающие головки: одноразовая, с чернильным картриджем, встроенная

Для уменьшения стоимости печати и улучшения других характеристик принтера применяют систему непрерывной подачи чернил.

Печатающие головки струйных принтеров создаются с использованием следующих типов подачи красителя:

· Непрерывная подача (Continuous Ink Jet) - подача красителя во время печати происходит непрерывно, факт попадания красителя на запечатываемую поверхность определяется модулятором потока красителя. Утверждается, что патент на данный способ печати выдан Вильяму Томпсону (William Thomson) в 1867 году.

В технической реализации такой печатающей головки в сопло под давлением подаётся краситель, который на выходе из сопла разбивается на последовательность микро капель (объёмом нескольких десятков пиколитров), которым дополнительно сообщается электрический заряд. Разбиение потока красителя на капли происходит расположенным на соплепьезокристаллом, на котором формируется акустическая волна (частотой в десятки килогерц). Отклонение потока капель производится электростатической отклоняющей системой (дифлектором). Те капли красителя, которые не должны попасть на запечатываемую поверхность, собираются в сборник красителя и, как правило, возвращаются обратно в основной резервуар с красителем. Первый струйный принтер изготовленный с использованием данного способа подачи красителя выпустила Siemens в 1951 году.

· Подача по требованию (Drop-on-demand) - подача красителя из сопла печатающей головки происходит только тогда, когда краситель действительно надо нанести на соответствующую соплу область запечатываемой поверхности. Именно этот способ подачи красителя и получил самое широкое распространение в современных струйных принтерах.

На данный момент существует две технические реализации данного способа подачи красителя:

· Пьезоэлектрическая (PiezoelectricInkJet) - над соплом расположен пьезокристалл с диафрагмой. Когда на пьезоэлемент подаётся электрический ток он изгибается и тянет за собой диафрагму - формируется капля, которая впоследствии выталкивается на бумагу. Широкое распространение получила в струйных принтерах компании Epson. Технология позволяет изменять размер капли.

· Термическая (ThermalInkJet), также называемая BubbleJet - Разработчик - компания Canon. Принцип был разработан в конце 1970-х годов.

В сопле расположен микроскопический нагревательный элемент, который при прохождении электрического тока мгновенно нагревается до температуры около 500°C, при нагревании в чернилах образуются газовые пузырьки (англ. - bubbles - отсюда и название технологии), которые выталкивают капли жидкости из сопла на носитель.

В 1981 году технология была представлена на выставке CanonGrandFair. В 1985 году появилась первая коммерческая модель монохромного принтера - Canon BJ-80. В 1988 году появился первый цветной принтер - BJC-440 формата A2, разрешением 400 dpi. [4]

1.3.1 Конструкция

Конструкция струйных принтеров обычно включает в себя следующие подсистемы:

· Несущая система.

· Блок питания.

· Система подачи бумаги.

· Печатающая головка с механикой для позиционирования.

· Чернильный картридж.

· Система очистки от чернил сопла печатающей головки.

· Система управления. [4]

1.3.2 Классификация

По типу печатаемого материала:

· Рулонный - оснащаются системами подмотки и смотки рулонного материала, предназначены для печати на самоклейке, бумаге, холсте, банерной ткани

· Листовой твёрдый - для печати на ПВХ, полистироле, пенокартоне. Лист материала фиксируется на станине при помощи вакуумного прижима или струбцинами. Каретка(оборудованная приводом движения по оси Х) закреплена на портале, который вместе с кареткой движется над материалом (по оси Y).

· Сувенирный - перемещение заготовки относительно головы, по оси Y, обеспечивается сервоприводом подвижного стола, кроме этого стол оснащается механизмом регулировки расстояния между заготовкой и кареткой(для печати на заготовках разной высоты). Применяются для печати на дисках, телефонах, для маркировки деталей.

· Листовой гибкий - для печати на бумаге и плёнке стандартных форматов (A3, A4 и т.п.). Оснащаются механизмом захвата и подмотки листового материала.

Кроме этого существуют струйные принтеры для 3D-печати объёмных форм.

По типу используемых чернил:

· Водные на основе водорастворимого красителя. Используются в абсолютном большинстве бытовых и офисных струйных принтеров и в некоторых интерьерных широкоформатных принтерах. Главный недостаток - слабая светостойкость, то есть быстрое выгорание на солнце.

· Сольвентные чернила. Сольвентные чернила применяются в широкоформатной и интерьерной печати. Характеризуются очень высокой стойкостью к воздействию воды и атмосферных осадков. Характеризуются вязкостью сольвента, зернистостью и используемой фракцией пигментного красителя.

· Спиртовые - широкого применения не получили, так как головы, печатающие спиртовыми чернилами очень быстро высыхают.

· Масляные - используются в системах промышленной маркировки и для тестирования печатающих головок.

· Пигментные - используются для получения изображений высокого качества, в интерьерной и в фотопечати.

· УФ-отверждаемые чернила - применяются как экологичная замена сольвентным чернилам и для печати на жёстких материалах.

· Термотрансферные чернила - отличительная особенность термотрансферных чернил - возможность, при помощи термопресса, перенести отпечатанное изображение с подложки на изделие. Используются для нанесения логотипов на одежду.

По назначению:

· Широкоформатные - основное назначение широкоформатной печати - наружная реклама. Широкоформатные принтеры характеризуются большой шириной печати (чаще всего 3200 мм), высокой скоростью печати (от 20 мІ в час), не самым высоким оптическим разрешением.

· Интерьерные - область применения интерьерной печати - печать элементов оформления интерьера, печать плакатов, информационных стендов, чертежей. Основной формат - 1600 мм. Основные производители интерьерных принтеров: Roland, Mimaki.

· Фотопринтеры - предназначены для печати фотографий, печатают на материалах малых форматов(обычно на рулонах шириной до 1000 мм). Цветовая модель не хуже, чем CMYK+Lc+Lm (шестицветная печать), иногда цветовая модель дополняется оранжевым цветом, белой краской, серебрянкой (для получения эффектов металла) и т.п.

· Сувенирные - применяются для печати на небольших деталях, для печати на дисках, и заготовках сложной формы. Производятся множеством фирм: TechnoJet, Epson, Canon, HP и т.п.

· Офисные - отличаются, от фотопринтеров, более дешёвой конструкцией, в большинстве случаев, отсутствием лайтов и листовой подачей материала. Основные производители офисных принтеров: Epson, HP, Canon, Lexmark.

· Маркировочные - включаются в состав поточных линий. Печатающая головка, неподвижно закреплённая над конвейерной лентой, наносит маркировку на движущиеся изделия.

· Маникюрные - используются для нанесения на ногти сложного рисунка в нейл-арт салонах.

По системе подачи чернил:

· Непрерывная, с расположение субтанков и головок на одном уровне (давление на входе голов регулируется высотой субтанков).

Структура: канистры с чернилами > помпа > фильтр > гибкий тракт > каретка > обратный клапан > субтанк, оснащённый датчиками уровня чернил > головка.

· Непрерывная, с субтанками, расположенными выше голов. Давление высокого столба чернил на головы уравновешивается вакуумной системой, состоящей из вакуумной помпы и устройств регулировки вакуума.

Структура: канистры с чернилами > помпа > фильтр > гибкий тракт > каретка > обратный клапан > субтанк, оснащённый датчиками уровня чернил и подключенные к вакуумной системе > головы.

· Самотёком. Головы и канистры с чернилами соединяются трубками, проходящими через гибкий тракт. Единственный промежуточный элемент - демпфер, фильтрующий чернила и гасящий колебания давления, возникающие при движении гибкого тракта.

· Подача чернил из картриджей, движущихся вместе с кареткой. Основное достоинство этой системы - низкая стоимость. Недостатки: малый запас чернил в картриджах, утяжеление каретки картриджами, медленное падение давления на входе голов, вызываемое уменьшением уровня чернил в картриджах.

Основная характеристика принтера, от которой наиболее сильно зависит оптическое разрешение - тип, количество и расположение печатающих голов на каретке.

Фотопринтеры и офисные принтеры редко комплектуются более, чем одной головкой на каждый цвет. Это связано с невысокими требованиями к скорости печати, кроме того чем меньше голов, тем проще и эффективнее система их калибровки и сведения.

Широкоформатные и интерьерные принтеры комплектуются двумя - четырьмя головами на каждый цвет.

Для эффективной сушки и предотвращения слипания материала струйные принтеры оборудуются системами подогрева печатного поля, обдува отпечатанного материала. На УФ принтерах закрепление чернил происходит под действием излучения ламповых или светодиодных излучателей, движущихся вместе с кареткой. Для уменьшения выгорания поверхности печатаемого материала под действием УФ излучения, при движении каретки над незапечатаемыми участками, излучатели выключаются или закрываются непрозрачными шторками.

В офисных принтерах, для уменьшения стоимости печати и улучшения некоторых других характеристик печати также применяют систему непрерывной подачи чернил(СНПЧ), представляющая некое подобие системы подачи краски "самотёком". Роль демпфера играет картридж.

В настоящее время струйные принтеры форматов А4 и А3 активно вытесняются цветными лазерными принтерами. Эта тенденция обусловлена значительно меньшим расходом и меньшей стоимостью расходных материалов используемых для лазерной печати, простотой технического обслуживания цветных лазерных принтеров, которое сводится лишь к замене тонера и валов.

...