Устройства каплеструйной печати с импульсной подачей чернил

Сущность каплеструйной печати c импульсной подачей чернил состоит в эмиссии только тех капель, которые участвуют в формировании изображения. В англоязычной литературе для обозначения этих технологий широко используется термин drop-on-demand — «капля по требованию».

Создание и направление к запечатываемому материалу капель в этих устройствах происходит под действием давления. Для того чтобы чернила выбрасывались из сопла по одной капле, повышение давления должно иметь характер кратковременного импульса.

Эмиттер с пьезоэлектриками с деформацией сдвига

Эмиттер термоэлектрического устройства каплеструйной печати: а — состояние покоя; б, в — подача управляющего напряжения на термоэлемент, формирование пузырька пара; г — выброс капли; д — отключение управляющего напряжения, остывание термоэлемента

В качестве источника импульсного давления наиболее часто применяются пьезоэлектрические и термоэлектрические преобразователи.

Пьезоэлектрическая каплеструйная печать основана на использовании обратного пьезоэффекта, то есть возникновения механических деформаций диэлектрика (пьезоэлектрика) под действием электрического поля. В результате деформации пьезоэлектрика в красочной камере создается импульс давления, выталкивающий каплю чернил из сопла. При возврате пьезоэлектрика в исходное положение после снятия напряжения в камеру подаются свежие чернила. В современных струйных печатающих устройствах применяются пьезоэлектрики с продольной и сдвиговой деформацией.

Пьезоэлектрики с продольной деформацией могут выполняться в виде полых цилиндров или плоских пластин. Внутрь цилиндрического пьезоэлектрика помещаются чернила, при подаче электрического импульса стенки такой красочной камеры сжимаются, в результате чего происходит выброс капли. Плоский пьезоэлектрик образует одну из стенок красочной камеры, при подаче электрического импульса он изгибается, выталкивая каплю чернил из сопла. Плоские пьезоэлектрики отличаются низкой стоимостью, однако их колебания с достаточно большой амплитудой диктуют высокие требования к прочности корпуса печатающей головки.

Пьезоэлектрики со сдвиговой деформацией могут иметь различную форму. Принцип их использования аналогичен описанному выше: в результате деформации элемента происходит уменьшение объема красочной камеры и из сопла выбрасывается капля чернил. Применение пьезоэлектриков со сдвиговой деформацией позволяет упростить конструкцию печатающей головки и повысить ее надежность.

Контроль размера капель при пьезоэлектрической каплеструйной печати осуществляется путем регулирования напряжения, подаваемого на пьезоэлектрик.

Возможность точного контроля размера капель и обусловленное этим высокое качество печати являются главными достоинствами пьезоэлектрических каплеструйных печатающих устройств. Еще одно важное их достоинство — достаточно высокая долговечность печатающих головок. Основные недостатки — высокая стоимость печатающих головок и их чувствительность к присутствию в чернилах пузырьков воздуха.

Термоэлектрическая каплеструйная печать основана на использовании эффекта увеличения объема вещества при его переходе из жидкого в газообразное состояние. При разогреве незначительной части находящихся в красочной камере чернил до образования пузырька пара возникает необходимое давление для выброса капли из сопла. В иностранной литературе для обозначения термоэлектрической каплеструйной печати часто используется термин bubble-jet — «струйная пузырьковая».

Конструкция печатающих головок устройств термоэлектрической каплеструйной печати предельно проста: в красочную камеру помещается нагревательный элемент (как правило, терморезистор), который и осуществляет разогрев чернил до образования пузырька пара. Время нагрева чрезвычайно мало — обычно менее 10 мкс, так что на образование пузырька тратится менее 1% чернил, находящихся в красочной камере. После выброса капли чернил нагрев термоэлемента отключается, а пузырек пара либо конденсируется, либо выходит через сопло, при этом в красочную камеру поступают свежие чернила.

Главным достоинством термоэлектрических каплеструйных печатающих устройств является низкая цена печатающей головки при достаточно высоком качестве печати.

Устройства каплеструйной печати с импульсной подачей чернил обеспечивают точное позиционирование капли на запечатываемом материале благодаря малой дистанции полета капли, что обусловливает высокое качество печати. Важным их достоинством является простота конструкции.

К главному недостатку импульсных систем можно отнести относительно низкую производительность из-за большой продолжительности импульса, а точнее времени затухания возмущений, вызванных импульсом, — как при использовании пьезоэлектрических, так и термоэлектрических преобразователей. Для повышения производительности подобных печатающих устройств принято объединять несколько сопел в матрицу.

Еще одной проблемой данной разновидности каплеструйной печати является засыхание чернил в соплах вследствие отсутствия их циркуляции. Это ограничивает возможность уменьшения размера сопла, а следовательно, и увеличения разрешения печати.