Механизм протяжки красящей ленты с печатающей головкой. Robotron CM 6329.02 M

О том, как все начиналось

 

Порой мы даже не задумываемся, сколько времени проходит с момента того или иного открытия, прежде чем оно станет применимым в обычной, повседневной жизни. Сколько требуется дополнительных сил, средств и расчетов, а порой и упорства на доведение этих теоретических разработок до их практического применения.

В нашем случае мы говорим о способах печати, которых, кстати сказать, не так уж и мало. Но остановимся мы на трех самых распространенных способых.

Матричные принтеры

Матричные принтеры являются одними из первых устройств автоматической печати. Их конструкция включает в себя печатающую головку (каретку), которая двигается вдоль строки и наносит символы ударами иголок, прижимающих ленту, пропитанную чернилами, к бумаге. Собственно, матричными такие принтеры называются потому, что все доступные для печати символы являются частью матрицы, образуемой расположением игл (которых может быть, например, 9 или 24).

Печатающие головки от принтеров Robotron и Epson FX-1000

Игла при этом приводится в движение небольшим электромагнитом. Исходя из всего этого ясно, что типичный матричный принтер способен печатать лишь по одной строке за раз, хотя встречаются экземпляры, печатающие за раз несколько «скученных» строк для повышения плотности точек.

Механизм протяжки красящей ленты с печатающей головкой. Robotron CM 6329.02 M

Одним из первых матричных принтеров был LA30, производимый компанией Digital Equipment Corporation. Устройство могло печатать только заглавные буквы размером 5 на 7 точек со скоростью 30 символов в секунду на бумаге специального размера (80 символов на строку). Печатающая головка управлялась шаговым двигателем, а бумага протягивалась не особенно надежным и весьма шумным двигателем с храповым механизмом. LA30 имел как последовательный, так и параллельный интерфейс, однако в первом случае при возврате каретки в строке пропечатывались символы-заполнители.

LA36

Вслед за LA30 появился LA36, имевший куда больший коммерческий успех и ставший фактически архетипом компьютерного терминала матричной печати. В новой модели использовалась печатающая головка от LA30, однако длина строки была увеличена до 132 символов различного регистра и для печати годилась стандартная перфорированная бумага. Каретку приводил в движение более мощный сервопривод с электромотором, оптическим датчиком положения и тахометром. Ну, а бумага протягивалась уже знакомым двигателем с храповым механизмом.

LA36 имел только последовательный интерфейс, однако, в отличие от предшественника, не использовал символы-заполнители. Несмотря на то что принтер никогда не принимал от компьютера больше 30 символов в секунду, печатать он мог вдвое быстрее. Поэтому при возврате каретки следующие символы попадали в буфер и при печати новой строки принтер наверстывал упущенное со скоростью 60 символов в секунду. Из-за этого его всегда можно было узнать по чередующемуся шуму быстрой и обычной печати.

В то время как Digital Equipment Corporation расширяла линейку своих принтеров, основываясь на LA36, компания Centronics занималась реализацией принтерных механизмов японской Brother Industries и имела своей целью бюджетные решения. В процессе компания разработала известный всем пользователям матричных принтеров одноименный интерфейс, который стал стандартом де-факто и оставался им до появления в конце 1990-х годов шины USB.

Epson MX-80

В целом матричные принтеры считались устройствами недорогими и до 1990-х были наиболее распространены на рынке. Самой, пожалуй, популярной моделью был Epson MX-80. Однако с тех пор цены на них оставались примерно неизменными, создавая благоприятный фон для дешевеющих струйных и лазерных принтеров. Кроме того, на работе и дома пользователей преследовал резкий шум двигателей с храповым механизмом (хотя поздние модели уже стали работать тише). Да и качество печати было не всегда приемлемым, из-за чего многим приходилось покупать ПО наподобие Bradford или Windows 3.1, которое, кстати говоря, работу принтера сильно замедляло.

Все это постепенно привело к тому, что матричные принтеры уступили пальму первенства струйным и лазерным моделям, сохранив за собой лишь довольно узкую специализацию вроде печати чеков и тому подобных документов, также они применяются в бухгалтериях и билетных кассах для впечатывания текста в готовые бланки.

Одна из последних моделей матричных принтеров EPSON
36-игольчатый DFX-9000, за каких-то 3500 у.е.

История струйной печати

История популярной ныне струйной печати, или, выражаясь научным языком, технологии безударного точечного высокоскоростного нанесения чернильных капель из микроскопических отверстий на твердый носитель для создания на нем требуемого изображения, насчитывает не один десяток лет. Но самым что ни на есть истоком, эту технологию впоследствии породившим, можно считать исследования француза Феликса Саварта, который еще в 1833 году обнаружил и отметил однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие. Математически это было впервые описано в 1878 году лордом Рейли (тогда еще будущим лауреатом Нобелевской премии). Однако лишь через много лет, в 1951 году компания Siemens запатентовала первое устройство, разделяющее струю на однотипные капли. Это изобретение привело к созданию мингографа, одного из первых коммерческих самописцев, используемых для регистрации значений напряжения.

В начале 1960-х профессор Суит из Стенфордского университета продемонстрировал, что с помощью волн давления поток жидкости можно разбить на одинаковые по размеру и удаленности друг от друга капли. На их непрерывный поток можно было выборочно подавать электрический заряд. При прохождении через электрическое поле заряженные капли отклонялись и собирались в коллекторе для рециркуляции, а незаряженные пролетали мимо него, попадали напрямую на твердый носитель и образовывали заданное изображение. Данный процесс получил название непрерывной струйной печати. К концу 1960-х годов изобретение Суита привело к появлению устройств A. B. Dick VideoJet и Mead DIJIT.

В следующем десятилетии всем известная компания IBM лицензировала вышеописанную технологию и запустила обширную программу ее адаптации к использованию в собственных принтерах. Первым результатом можно считать струйный принтер IBM 4640, представленный в 1976 году в качестве «периферийного устройства печати текста на твердых носителях».

Примерно в то же время профессор Херц из Лундского Технологического Института, что в Швеции, самостоятельно и независимо разработал ряд методов непрерывной струйной печати с возможностью регулирования параметров потока капель для печати в градациях серого цвета. Среди его разработок был метод управления количеством капель, приходящихся на один пиксел, который позволял регулировать плотность чернил и получать нужные оттенки. Данный метод был впоследствии лицензирован рядом компаний, включая Iris Graphics и Stork, для коммерческого производства качественных изображений для рынка препресса.

Несмотря на такую интенсивность развития непрерывной струйной печати, не стоит забывать и о методе drop-on-demand (или «капли по требованию»), суть которого заключалась в том, что устройство выпускало капли чернил только при необходимости их попадания на носитель. Очевидно, что данный подход исключал за ненадобностью сложную систему заряда и отклонения капель, а также ненадежные системы рециркуляции. Наработки в этой области были применены в устройстве последовательной печати символов Siemens PT-80 в 1977 году, а также в принтере компании Silonics, появившемся годом позже. В данных устройствах электрические импульсы приводили к выпуску чернильных капель под действием волны давления, создаваемой механическим движением пьезокерамического элемента.

В последующие годы, включая 1980-е, технология «капель по требованию» развивалась, эволюционировала и давала рождение новым коммерчески производимым принтерам. Предполагалось, что простота блоков нанесения чернил обеспечит высокую надежность струйных принтеров. Однако от проблем избавиться не удавалось, и много дегтя добавляли характерные засоры сопел и непостоянство качества изображения.

BJ-80

В 1979 году специалисты компании Canon изобрели метод печати по технологии drop-on-demand, в соответствии с которым капли выпускались из сопел из-за роста и схлопывания туманообразных частиц чернил на поверхности небольшого нагревателя, расположенного рядом с соплом. Canon назвала эту технологию bubble jet («пузырьковая печать»). Простота конструкции подобной печатающей головки и высокая точность нанесения чернил, которая обеспечивалась существующими технологиями производства, сделали данное решение достаточно дешевым при высокой плотности сопел.

ThinkJet

Примерно в то же время компания Hewlett-Packard независимо разработала схожую технологию, которую она назвала «термической струйной печатью» (thermal inkjet). А в 1984 году она же выпустила на рынок решение ThinkJet — первый коммерчески успешный и относительно недорогой струйный принтер, работающий по технологии bubble jet.

Термическая струйная технология

 

Пьезоэлектрическая технология

 

Пузырьково-струйная технология

Стоимость печатающей головки ThinkJet, которая насчитывала 12 сопел, была достаточно низка, чтобы иметь возможность просто выкинуть ее по опустошении картриджа. Сделав печатающую головку заменяемой, компания фактически решила извечную проблему надежности. С тех пор эта технология постоянно развивалась силами Hewlett-Packard и Canon, чьи усилия вознаграждались успехом их решений. Понятно, что успех этот обеспечивался постоянным повышением разрешения печати и расширением диапазона цветов при одновременном падении цен. Начиная с конца 1980-х годов, благодаря невысокой цене, компактным размерам, тишине работы и, естественно, цветовому диапазону струйные принтеры, работающие по технологии thermal inkjet или bubble jet, становились все более жизнеспособной альтернативой матричным устройствам среди конечных пользователей и, в конце концов, завоевали рынок недорогих цветных печатающих устройств.

Epson Color 200