Термоэлектрическая (пузырьково-струйная) печать

Первый принтер выпущен в 1984 году. В основе работы термоэлектрической (пузырьково-струйной) печатающей головки лежит эффект расширения пузырька пара, образующегося при нагреве чернил. Как известно, объем пара значительно превосходит объем жидкости, из которой этот пар образуется. При образовании в сопле пузырька пара внутри жидкости создается повышенное давление, которое выталкивает некоторый объем чернил из сопла.

Конструкция термоэлектрической печатающей головки очень проста. В отличие от печатающей головки с электростатическим управлением, в ней нет заряжающих и отклоняющих электродов. Именно простота конструкции и определяет широкое распространение термоэлектрической технологии

Сопло. Для повышения качества и скорости печати одна головка может содержать более ста сопел. Как правило, они располагаются в несколько рядов так, чтобы каждое сопло печатало свою строку точек на носителе. Наличие нескольких рядов и строк сопел позволяет за один проход напечатать больше точек, что ведет к увеличению скорости печати.

Канал для подвода чернил к соплу. Именно в подводящем канале, выполненном в стеклянной или кремниевой основе печатающего блока, происходит образование пузырьков пара, выталкивающих чернила через сопла. В канал чернила попадают из резервуара картриджа (чернильницы).

 

Проводники управляющих сигналов. Для работы элемента, нагревающего чернила, необходимо подать на него определенное управляющее напряжение при помощи проводников. Одними концами проводники соединяются с нагревательным элементом, другие концы выводятся на контактную пластину картриджа, которая позволяет соединить непрочные проводники с контактами гнезда картриджа без повреждений.

 

Нагревательный элемент. Они нагревают чернила в подводящем канале до кипения растворителя и образования пузырьков пара. Нагревательные элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, позволяющих быстро получать нужную температуру.

Печать одной точки соплом термоэлектрической головки производится в четыре этапа, плавно перетекающих друг в друга.

Готовность к работе. Когда сопло готово к работе, его подводящий канал заполнен чернилами, а нагревательный элемент холодный. Сигнал на нагревательный элемент не подается.

Подача Напряжения на нагревательный элемент,; начало образования пузырька пара. Для начала процесса образования капли необходимо подать напряжение на нагревательный элемент. Это вызовет его нагрев. Слой.чернил, прилегающий к нагревательному элементу, нагреется до температуры кипения растворителя, и в нем начнет образовываться пузырек пара. На образование пузырька тратится менее 1% чернил, находящихся в сопле, однако при испарении образуется достаточно пара.

Образование капли чернил и ее вылет из сопла. По мере кипения растворителя образовавшийся пузырек пара увеличивается в объеме и вытесняет часть чернил из канала подвода. Чернила вытесняются в сторону сопла и образуют каплю. Для того чтобы капля вылетела из сопла со скоростью, достаточной, чтобы достичь носителя, образование и расширение пузырька пара должно происходить быстро. Для этого нагревательный элемент должен быстро прогревать прилегающий к нему слой чернил до температуры кипения растворителя, а растворитель, используемый при изготовлении чернил, должен иметь низкую температуру кипения.

Возврат в исходное состояние (подготовка к продолжению печати). После того как пузырек пара вытолкнет из сопла каплю чернил, с нагревательного элемента снимается управляющее напряжение и он остывает. Пар из пузырька конденсируется или выходит через сопло. От того, насколько быстро нагревательный элемент остынет до температуры при которой прекратится образование пара, зависит, как скоро сопло будет снова готово к работе. После того как пузырек пара исчезнет, поводящий канал заполняется свежими чернилами из системы подачи чернил.

В печатающей головке нагревательный элемент располагается ближе к соплу, а диаметр подводящего канала уменьшен. В сочетании с использованием эффективного нагревательного элемента это позволяет уменьшить размер капель чернил, выстреливаемых на носитель. Печатающая головка имеет 1536 сопел (5 блоков из 256 сопел каждый - по одному для черного, красного, синего, желтого, голубого и розового цветов). Расстояние между строками (то есть между соплами по вертикали) - 1/1200 дюйма. Таким образом, данная печатающая головка позволяет довести разрешение по вертикали до 1200 dpi.

При цветной печати также применяются усовершенствования, технология PhotoREt фирмы Hewlett-Packard. Технология PhotoREt позволяет, уменьшив размер отдельной капли, сформировать одну точку изображения из 29 капель, то есть использовать для нее один из 3500 цветов (при четырехцветной цветовой схеме). Таким образом, общее разрешение принтера не увеличивается, но повышается скорость печати.

Пьезоэлектрическая печать

 

Основа работы пьезоэлектрической печатной головки - пьезоэффект (способность некоторых материалов создавать электрический заряд при деформации или изменять свою форму под действием приложенного напряжения (эффект обратим)): капли чернил выталкиваются из сопел за счет колебаний пластины, обладающей пьезоэлектрическими свойствами.

Основными достоинствами этой технологии является возможность контроля размера капель, что позволяет достичь высокого качества при печати полутоновых изображений, а также не происходит активного выделения тепла печатающей головки.

 

При изготовлении Пьезоэлектрической печатающей головки можно использовать разные типы деформации активных элементов.

На рисунке: виды деформации пьезоэлементов:

А - изменение формы элемента при сдвиговой деформации (элемент после приложения напряжения изображен серым цветом);

В - изменение формы элемента при продольной деформации (стрелками указаны направления поляризации материала, то есть направления, в которых наиболее ярко проявляются свойства материала)

 

Конструкции печатающих головок зависят от вида деформации. Первыми появились печатающие головки, использующие продольную деформацию пьезоэлемента. Они широко применяются и в настоящее время. На рис изображена упрощенная схема сопла такой печатающей головки.

1. Пьезоэлемент - основной компонент сопла печатающей головки. Для управления каждым соплом в отдельности необходимо установить соответствующее число пьезоэлементов. На схеме для простоты не показаны проводники, подводящие управляющие сигналы к элементу.

2. Мембрана отделяет пьезоэлемент от камеры с чернилами. Пьезоэлемент и проводники подводящие управляющие сигналы, следует защитить от воздействия растворителя чернил. Для этого используется гибкая мембрана. Если сделать стенку сопла под пьезоэлементом тонкой и использовать достаточно гибкий материал, отдельную мембрану можно не устанавливать.

3. Сопло, как и в других разновидностях струйных принтеров, обеспечивает формирование капли чернил. Для того чтобы печать была равномерной, все сопла печатающей головки должны иметь одинаковый размер. От правильного изготовления сопел зависит направление полета капель и, соответственно, точность воспроизведения изображения.

4. Камера с чернилами. Поскольку размеры пьезоэлемента под действием управляющих сигналов изменяются незначительно, для эффективного выталкивания капель через сопло необходима большая площадь соприкосновения пьезоэлемента и чернил (через мембрану). Для этого используются специальные расширения подводящих каналов.

Корпус сопла с подводящим каналом соединяет воедино все части головки и обеспечивает подачу чернил. Поскольку пьезоэлемент постоянно вибрирует с высокой частотой, корпус должен быть достаточно прочным и устойчивым к вибрации. В противном случае возможно разрушение печатающей головки.