Высокопроизводительные системы струйной печати.

Электростатическая струйная печать посредством

«эффекта Тэйлора». С 1990 г. разрабатывается спо-

соб струйной печати, в основе которого лежит эф-

фект Тэйлора. Принцип работы уст-

ройств следующий. В электростатическом поле из

сопла выпускаются тонкие струи жидкости при соот-

ношении диаметра струи и сопла 1:20.

Концепция конструкции сопла для струйной печа-

ти, основанная на этом эффекте

представлена на рис..

Из «конического сопла Тэйлора» выпускается

особо сформированная струя краски (рис.),

которая имеет значительно меньший диаметр, чем

диаметр сопла. Данный эффект имеет для струйной

печати то преимущество, что возможна генерация

очень мелких капель из относительно больших со-

пел. Капли образуются при создании электрическо-

го поля между бумагой и выходным отверстием со-

пла. Объём капель определяется продолжительно-

стью управляющих импульсов. Концепция, изобра-

жённая на рис., предусматривает применение

термокрасок.

Описанный способ активно исследуется в плане

создания сопловых матриц оптимальной формы на

основе специальных микромеханических методов.

Диаметр сопел составляет около 400 мкм, а реальное

расстояние между ними может быть менее 1 мм. По-

средством размещения сопел в виде последователь-

ных строк со смещением рядов можно создать мат-

рицы с разрешающей способностью, например, в 600

dpi и выше, а также большей шириной запечатывае-

мой поверхности (рис.).

Электростатическая струйная печать с управлением

Термическим эффектом для изменения вязкости.

С 1995 г. известны концепции Silverbrook, которые основаны на специальном наведении

сопел для струйной печати.

Жидкая краска (рис.) находится под по-

вышенным давлением в резервуаре, который по-

крыт сопловой пластиной с отверстием. Давление

подачи краски и электрическое поле между сопло-

вой матрицей и поверхностью запечатываемого

материала создают равновесие с поверхностным

натяжением жидкости на краю сопла. Каждое со-

пло оснащено нагревательными элементами в

форме кольца, служащими одновременно для ин-

дивидуального наведения направления выброса

капли. Посредством электрического импульса край

сопла нагревается, поверхностное натяжение из-

меняется и, как показано на рис., образу-

ется капля.

те, названа её изобретателем капельно-струйной пе-

чатью LIFT (LIFT – Liquid Ink Fault Tolerant). Это назва-

ние вытекает из названия специальной технологии,

отсутствующей в опубликованных заявках на патент.

Она позволяет создать недорогие печатающие матри-

цы большой площади с количеством сопел, превыша-

ющим требуемое разрешение. Система реализует по-

лучение нескольких градаций оптической плотности.

Дефекты качества оттиска из-за отказа отдельных со-

пел, устраняются за счет превышения их числа по

сравнению с необходимым. Электроника контролиру-

ет работу сопел. При необходимости производится

переключение на резервные. Особенность этой техно-

логии заключается в относительно простой конструк-

ции сопловой системы для струйной печати с высо-

кой разрешающей способностью (отсутствие каналь-

ной системы, только одна сопловая пластина). Обсу-

ждаются варианты построения сопловой матрицы,

которые позволят серийно производить их с диамет-

ром сопловых отверстий от 10 до 20 мкм с расстояни-

ем между ними в 60 мкм.

Электростатическая струйная печать посредством

Красочного аэрозоля.

Конструкция сопла для получения мельчайших

капель (средний диаметр 2,5 мкм) показана на

рис.. Ультразвуковые волны фокусируются на

выходном отверстии сопла, что вызывает образова-

ние в нем поверхностных волн (рис.), спо-

собствующих образованию мелких капель. Посред-

ством управляющего сигнала начинается перенос

краски на бумагу в соответствии с оригиналом изо-

бражения. В комбинации управляющего и наложен-

ного высокочастотных сигналов различной продол-

жительности происходит регулирование количества

капель красочного аэрозоля.

На рис. показаны три градации нанесе-

ния краски, полученные осаждением мелких капель

красочного аэрозоля. Экспериментально можно по-

лучить 32 градации при разрешающей способности

300 dpi. Следует учитывать, что размер точек, соз-

дающих изображение, одинаков, а ступени града-

ции получаются изменением числа капель, создава-

емых и осаждаемых на поверхность бумаги из кра-

сочного аэрозоля.

Конструкция

записывающих головок

для струйной печати

Для построения струйных печатных систем высокой

производительности необходимы устройства (го-

ловки) для нанесения изображения.

Записывающие головки можно построить в виде

стационарных матриц по всей ширине листа или в

виде узких головок, движущихся поперечно направ-

лению движения запечатываемого материала (напра-

влению нанесения изображения/записи).

На рис. показано расположение 96 сопел

в одном ряду. Для получения разрешения в 300 dpi

при расстоянии между соплами 500 мкм строка име-

ет наклон в 9,6° (сопловая строка имеет небольшой

наклон относительно линии, перпендикулярной на-

правлению движения бумаги).

Система со стационарной головкой для струйной

печати, длина которой соответствует ширине страни-

цы, представлена на рис.. Она состоит из не-

скольких рядов сопел, которые для получения более

высокого разрешения расположены с небольшим

наклоном. Это можно видеть и на рис..

На рис. представлен принцип рас-

положения сопловых рядов с большим расстоянием,

что необходимо для заданного разрешения, а также

создания головок с соплами по длине, соответствую-

щих ширине страницы.

Из рис. видим, что посредством сме-

щения отверстий сопел строк при двухрядном ис-

полнении достигается увеличение разрешения в

два раза. Увеличением числа последовательно рас-

положенных рядов со смещением можно постро-

ить матрицы с заданными высокими показателями

разрешения.

Возможно наличие шести рядов сопел

(рис.). В результате получается разрешаю-

щая способность в 600 dpi при разрешении в 100

dpi в каждом ряду (на рисунке также приведены

соответствующие расчетные данные).

На рис. показано, как повышается раз-

решающая способность на каждой строке, если из-

менять угол по отношению направления движения

запечатываемого материала. Это требует при боль-

шой ширине записи большой длины устройства

или синхронного движения ряда отдельных голо-

вок вдоль оси, например как в системе, изображён-

ной на рис.. (На рис. показана система

для ширины записи 27 мм.) При расположении не-

скольких головок для получения большой ширины

записи достигается результат, изображённый на

рис..

Принципы использования нескольких головок для

нанесения изображения с высоким разрешением

можно применить при построении устройств, работа-

ющих на основе других способов печати. На рис.

изображена головка для магнитографии, которая состоит из

шести рядов для получения разрешения в 480 dpi

(расстояние между магнитами на одной строке соот-

ветствует разрешению в 80 dpi).

Благодаря ей достигается разрешение 300 dpi посред-

ством 16 рядов ионных источников (расстояние меж-

ду ионными источниками на строке соответствует раз-

решению 18,75 dpi).

Расстояние между соседними строками может ус-

танавливаться в определенных пределах (рис.).

При этом следует учитывать особенности их произ-

водства и монтажа. Принимают во внимание и то, что

матрица с несколькими строками должна строиться

исходя из величины получаемого минимального эле-

мента изображения (пикселя). При более высоком

разрешении необходимо создавать более мелкие пи-

ксели. На примере струйной технологии это означает,

что отдельная строка имеет количество сопел, опре-

деляемое исходя из величины капли при заданном

разрешении. Кроме того, длина строки и размер ма-

трицы в целом ограничиваются технологическими

возможностями, а также требованиями управления,

в том числе отдельными элементами подачи краски,

особенностями материалов, затратами и т.д. Это при-

водит к тому, что записывающие устройства, соот-

ветствующие ширине листа, конструируются из от-

дельных модулей.

На рис. 1 приведен пример того, как может

наноситься изображение с помощью 30 модулей с

разрешением в 600 dpi и ширине печати 325 мм. Ши-

рина сопловых матриц отдельных модулей составля-

ет 65 мм. Такое построение требует высокоточного их

расположения, правильной синхронизации при рабо-

те. В частности, погрешности при расположении пер-

пендикулярно направлению печати приводят к значи-

тельным дефектам на оттиске.

Система струйной печати, изображённая на

рис., служит для нанесения изображения на

всю ширину листа при использовании описанной

ранее головки, состоящей из модулей (рис.).

Рассмотренные выше требования к записываю-

щим головкам относятся к однокрасочным устройст-

вам. Для многокрасочной печати записывающий

комплект может иметь построение и принцип рабо-

ты, изображённые на рис.. При использовании

струйного способа, когда длина записи соответствует

ширине листа (система с одним прогоном), следует

устанавливать четыре записывающих головки под

каждую краску.

Печатные системы

со струйной технологией

для многокрасочной печати

(разновидности)

Имеются высокоскоростные печатные системы, ис-

пользующие преимущественно одну краску или вто-

рую в качестве специальной дополнительной, а также

системы для печати с высоким качеством, которые не-

обходимы для пробной печати. Струйные печатающие

устройства малого формата (А4, А3) для многокрасоч-

ной печати наиболее распространены в офисах, бюро,

применяются, как правило, в настольных издатель-

ских технологиях индивидуальными пользователями.

Всё более востребованы также струйные системы для

запечатывания больших форматов, например для из-

готовления плакатов и рекламы. Кроме того, струйные

технологии находят применение в устройствах вывода

цифровых фотографий (преимущественно малофор-

матных цветных изображений).

Струйная печать для цифровых проб. Ранее уже

приводился пример (рис.) изготовления про-

бы способом струйной печати непрерывного дейст-

вия. Устройство, изображённое на рис., явля-

ется пробопечатным, работающим на пьезотехноло-

гии с использованием термокрасок. Имеется во-

семь записывающих головок, предназначенных для

нанесения изображения соответствующей краской.

Головка с 40 соплами переносит цветоделённые

изображения на запечатываемый материал. Печать

производится голубой, пурпурной, жёлтой и чёрной

красками. Для получения большего цветового охва-

та печать голубой и пурпурной красками произво-

дится двумя оптическими плотностями (за счет кон-

центрации краски): чёрной – тремя оптическими

плотностями, а жёлтой – только одной. Достигае-

мое разрешение – 600 dpi. Оттиск формата А3 изго-

тавливается за 11 мин.

На рис. показана установка пробной печа-

ти, которая работает на основе капельно-струйной

технологии (термическая струйная печать). Запись

изображения производится посредством восьми

струйных головок, по четыре в каждом ряду в напра-

влении движения запечатываемого материала. Пе-

чать осуществляется восьмью красками: по одной

печатной головке на три различных уровня градации

для голубой и пурпурной и по одной печатной голов-

ке для жёлтой и чёрной красок. Использование вось-

ми красок позволяет добиться повышения качества

изображения, соответствующего разрешающей спо-

собности 1000 dpi. Эта установка разработана для из-

готовления проб большого формата (А1). На изгото-

вление одного оттиска затрачивается восемь минут.

При печати возможно переключение на работу толь-

ко четырьмя красками для проб, которые требуют

меньшего цветового охвата.

В области пробной печати находит распростране-

ние система, изображённая на рис..

Системы струйной печати большого формата. Для пе-

чати продукции большого формата, например плакатов

и рекламы, имеется множество устройств. Преимуще-

ственно ширина печати составляет 135 см, однако су-

ществуют установки большего диапазона – от 5 до 8 м.

В качестве запечатываемого материала помимо бумаги

могут использоваться также текстильные изделия,

плёнка, искусственные материалы для плакатов.

Применяют головки для нанесения изображения,

которые движутся перпендикулярно направлению

движения запечатываемого материала. Большие

форматы исключают использование головок, длина

которых соответствует ширине формата. Головки для

отдельных красок могут располагаться последова-

тельно, в направлении печати, а также комбиниро-

ваться в блоке.

Система на рис. записывает изображение

способом термической струйной печати с разреше-

нием 600 dpi, максимальная ширина запечатывания

составляет 1340 мм, скорость печати 3 м2/ч. Исполь-

зуется рулонный материал с различными покрытия-

ми в зависимости от того, где будут использоваться

оттиски: внутри помещений или на открытом возду-

хе. Кроме того, существуют материалы, позволяю-

щие наносить изображение для переноса его на дру-

гие носители. При помощи ламинирующих устройств

на лицевую и оборотную сторону возможно нанесе-

ние защитной плёнки.

Примером установки цифровой пробной печа-

ти высокого качества является система, показан-

ная на рис.. Изображение наносится спосо-

бом струйной печати непрерывного действия с

разрешением до 600 dpi. Объем капли составляет

только около 3 пиколитров (диаметр капли около

18 мкм). Возможно получение нескольких оптиче-

ских плотностей на точку структуры изображения.

Установка предназначена для больших форматов,

вплоть до А2+.

Установки (рис.) осуществляют

печать на рулонном материале и пригодны для раз-

нообразных форматов.

На рис. приведены два примера установок

для печати очень больших форматов. Ширина запеча-

тывания составляет 5 м, разрешающая способность –

от 19 до 300 dpi. Для оттисков большого формата

(плакатов, объявлений) достаточно разрешение от 30

до 70 dpi, которое не снижает качество воспроизведе-

ния изображений.

Высокопроизводительные системы струйной печати.

Рис представляют системы для

нанесения изображения по ширине формата со ско-

ростью до 2 м/с при однокрасочной печати или печа-

ти дополнительными специальными красками.

Струйные установки многокрасочной печати, работа-

ющие с большой производительностью и высоким

качеством, сравнимые с использующими принцип

электрофотографии, пока не применяются на прак-

тике. Имеются сообщения о создании высокопроиз-

водительных цифровых струйных печатных систем,

которые появятся в ближайшее время.

Заявлено многокрасочное устройство на основе

струйной технологии (струйной печати непрерывно-

го действия), которое изображёно на рис..

Особые проблемы заключаются в процессе сушки

для многокрасочной растровой печати, ограничен-

ном ассортименте пригодных для запечатывания

материалов и – не в последнюю очередь – в техно-

логических затратах.

Имеются сведения об установке многокрасочной

печати, использующей пьезокапельно-струйную тех-

нологию (принцип действия отражен на рис.).

На рис. показана лабораторная модель, у ко-

торой струйные печатные системы для четырёх кра-

сок расположены последовательно. Как было сказа-

но ранее, системы с большей шириной листа форми-

руются из отдельных модулей. Данное проектное ре-

шение показано на рис..

Струйные системы малого формата (для офисов,

технология DTP). Для форматов А4+ и А3+ существу-

ет множество струйных печатающих устройств, кото-

рые используются в различных офисах или в компь-

ютерных издательских системах.

Они отличаются высоким качеством печати и доста-

точно высокой производительностью. Краски подбира-

ются в соответствии с характеристиками устройств и

пригодны для печати как на бумаге, так и на плёнке.

Отдельные концепции осуществления струйной

печати предполагают нанесение изображения не пря-

мо на бумагу, а через п ромежуточный цилиндр. Пре-

имущество такого построения заключается в воз-

можности применения различных сортов бумаги при

незначительной толщине наносимого на нее красоч-

ного слоя, особенно при печати термокрасками.

Производительное оборудование для получения

оттисков высокого качества предлагают, например,

фирмы Hewlett-Packard, Epson, Canon, Lexmark и

многие другие.

Системы малоформатной струйной цветопробы. В

малых форматах прочное положение занимают уст-

ройства, которые позволяют получать высококаче-

ственные оттиски более чем четырьмя красками

(рис.).

На рис. изображено струйное печатающее

устройство (формат А3+) для изготовления цветных

оттисков очень высокого качества. Разрешение со-

ставляет 720 dpi, а в направлении движения бумаги

при необходимости его можно удвоить. Данный

принтер используется преимущественно для изго-

товления цветопробы.

Цифровая фотография. Благодаря всё большему

распространению цифровой фотографии возникла

потребность в цифровых печатающих устройствах

малого формата, обеспечивающих высокое качество

изображения (качество, соответствующее фотогра-

фическому изображению по разрешению цветного

изображения и токовоспроизведению). До сих пор в

этой области преимущественно использовались пе-

чатающие устройства на основе бесконтактного спо-

соба термосублимации. В последнее время все боль-

шее применение находят системы на основе струй-

ной печати, ориентированные на бумагу со специаль-

ными покрытиями для достижения эффекта «фото-

качества». Разработки фирм Canon, Epson и Hewlett

Packard нацелены на этот сегмент рынка.