Как устроен струйный принтер

Струйный принтер является дальнейшим развитием идеи матричного принтера, поэтому в его конструкции сохранены многие из элементов предшественника.

Главным элементом струйного принтера является печатающая головка. Она состоит из большого количества сопел, к которым подводятся чернила. Чернила подаются к соплам за счет капиллярных свойств и удерживаются от вытекания за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В головку встроен специальный механизм, который позволяет выбрасывать из сопла микроскопическую капельку чернил. В зависимости от устройства этого механизма принтер относят к тому или иному классу.

В струйных принтерах используют один из двух методов выбрасывания чернильных капель:

- пьезоэлектрический (Epson). Метод основан на способности пьезоэлемента деформироваться под воздействием электрического поля. В каждое сопло печатающей головки встроена плоская мембрана из пьезокристалла. Под воздействием электрического импульса мембрана деформируется, а создаваемое при этом давление выбрасывает из сопла микроскопическую каплю чернил;

- газовых пузырьков (Canon, НР). В основе метода лежит быстрое нагревание небольшого объема до температуры кипения. Скорость нагрева так велика, что она похожа на взрыв. Образующийся при этом пар выбрасывает из сопла микроскопическую каплю чернил. Для реализации этого метода в каждое сопло встроен микроскопический нагревательный элемент.

Каждый из двух способов по-своему привлекателен, но каждый из них имеет свои недостатки:

- пьезоэлектрическая технология более дешевая и имеет более высокую надежность, т.к. не используется высокая температура. Этот способ управления менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.

- пузырьковая технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, которые используют эту технологию, печатающая головка часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел.

Печатающие головки могут быть конструктивно объединены с чернильным картриджем и заменяться одновременно с ним, а могут быть установлены в принтере постоянно - при этом заменяют только картридж. Каждый из этих вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Казалось бы, что чернильная емкость без печатающей головки должна стоить намного дешевле, чем в комбинации с печатающей головкой. На деле этого не происходит и заметного удешевления эксплуатации при постоянно установленной в принтере печатающей головки не наблюдается. В то же время, легко сменная печатающая головка позволяет легко выйти из затруднений, которые связаны с засыханием чернил в ее каналах. Надо помнить, что если чернила засохнут в головке и своевременно не приняты соответствующие меры, то ее скорее всего надо менять. Для того, чтобы уменьшить риск засыхания чернил в каналах головки, предусматривают специальное положение парковки. В большинстве принтеров предусмотрена функция очистки сопел. Тем не менее, все это не дает полной уверенности, что при эксплуатации печатающую головку не придется менять.

Головку и емкости для чернил крепят к каретке, которая по специальной направляющей движется возвратно-поступающе поперек листа бумаги. Хотя способ " объединения печатающей головки и емкости для чернил конструктивно наиболее прост и поэтому получил широкое распространение, но он не является оптимальным. Дело в том, что каретка должна достаточно быстро двигаться и быстро изменять направление движения, т.к. скорость ее движения определяет скорость печати. Отсюда следует, что каретка должна быть малоинерционной, т.е. иметь наименьшую массу. С этой целью уменьшают объем емкости для чернил. Поэтому, предпочтительнее размещать емкости для чернил на неподвижной части принтера, а подачу чернил к печатающей головке выполнять с помощью специальных трубопроводов. Такая система позволяет повысить скорость печати и одновременно увеличить емкости для чернил, но система трубопроводов конструктивно очень сложна и такую конструкцию используют очень редко.

В процессе печати лист бумаги перемещают вдоль тракта печати при помощи специального механизма. Его основу составляет обрезиненный валик, который вращает шаговый двигатель. К валику бумага прижимается вспомогательными обрезиненными роликами. Протяжка происходит за счет сил трения при повороте валика. В старых конструкциях принтеров бумагу для печати заправляли в принтер полистно. Это было очень неудобно, т.к. при печати многостраничных документов требовалось постоянное присутствие оператора только для того, чтобы вкладывать в принтер очередной лист бумаги и повторно запускать процесс печати. В современных принтерах процесс подачи бумаги автоматизирован. В приемный лоток принтера можно заложить перед началом печати стопку бумаги, очередной лист из которой по мере необходимости автоматически будет захватываться, и подаваться в печатный тракт. Количество листов бумаги, которое может быть заложено в приемный лоток в разных моделях принтеров составляет 50..100 листов. Драйверы, управляющие процессом печати, позволяют устанавливать необходимое количество копий и указывать страницы или части страниц, которые должны быть распечатаны.

Автоматизация процесса подачи бумаги сделала эксплуатацию принтера достаточно комфортной. Эти удобства особенно ощутимы при больших объемах печати, т.к. достаточно заложить в приемный лоток бумагу, указать параметры печати и запустить выполнение программы печати, а все остальное принтер сделает автоматически. Дальнейшее развитие идеи автоматизации привело к созданию принтеров, которые позволяют производить печать в автоматическом режиме, используя обе стороны листа. Правда, такие устройства достаточно дороги.

Конструктивно устройство для подачи бумаги выполняется различно в разных типах принтеров, но существуют 2 основные схемы (те или иные варианты которых используются наиболее часто):

- схемы с верхней подачей. Требует наличия достаточной зоны обслуживания сверху корпуса принтера, поэтому такие принтеры мало пригодны для установки в нишах с ограниченной высотой. Расположенный снизу приемный лоток часто делают откидным, а иногда и вовсе отсутствует. При таком устройстве принтер занимает меньше места на рабочем столе. Такую конструкцию имеют принтеры Epson, Canon;

- схемах с нижней подачей. Приемный лоток располагается над подающим, что обеспечивает максимум удобств при эксплуатации. Такая схема расположения лотков характерна для большинства струйных принтеров торговой марки HP. Ненужность верхней зоны обслуживания позволяет устанавливать этот принтер в нишах ограниченной высоты (равна высоте принтера). К недостаткам таких принтеров надо отнести то, что они занимают больше места на рабочем столе. Иногда это компенсируется возможностью складывать приемный и подающий лотки в нерабочем состоянии. В таких случаях, для приведения принтера в работоспособное состояние надо выполнять вспомогательные операции по приведению лотков в рабочее положение. В большинстве принтеров HP лотки не складываются, что обеспечивает постоянную готовность к работе.

Синхронное взаимодействие всех механизмов принтера и его связь с системным блоком ПК обеспечивает устройство управления. Это сложное электронное устройство, которое представляет собой мини-ПК. Именно оно осуществляет двухсторонний обмен информацией с ПК, хранение и необходимые преобразования информации, формирование управляющих сигналов на рабочие органы принтера.

Для контроля за состоянием принтера обычно предусмотрены элементы управления и индикации. Управление выполняют с помощью кнопок, а индикация - светодиодами. Число органов управления, как правило, невелико, а иногда они вообще отсутствуют. Управление принтером и индикацию его состояния производят с помощью самого ПК.

Для подключения принтера к ПК используют параллельный порт. Недостатк такого порта - относительно небольшая длина соединительного кабеля, которая для нормальной работы не должна превышать 1, 8 м (против 15м для последовательного порта). Этот недостаток для работы с принтером был несущественен по сравнению с массой достоинств, и новый интерфейс стал повсеместно применяться для подключения принтеров.

Элементы конструкции принтера закрыты пластмассовым корпусом. Центральную часть принтера занимает тракт прохождения бумаги, слева обычно размещены элементы привода, а справа - место парковки головок. Здесь часто размещают устройства управления и контроля и управляющая электроника. Обычно компоновка принтера достаточно плотная и, несмотря на кажущиеся большие габариты, свободного места внутри принтера практически нет. Это обстоятельство иногда вынуждает делать выносной блок питания, который менее удобен в эксплуатации. Встроенные блоки питания обычно имеют принтеры Epson, для принтеров HP и Canon характерен выносной блок питания.