Техніко-економічний аналіз сучасних технологій цифрового друку

Сучасні технічні вимоги для принтерів початкового рівня

Цифровий фотоапарат початкового рівня з матрицею 5, 25 мегапікселів дає світлину з роздільною здатністю 2560х1920. Якщо друкувати фото розміром 10х15 см, то принтер повинен мати роздільну здатність не менше 2560: 10см*2, 54 см=650 dpi (точок на дюйм). Стосовно градацій чорного і кольорів, то - матриці і просвітлені об'єктиви цифрових фотоапаратів мають фотографічну широту (динамічний діапазон) «близьку» до можливостей людського ока. Людина неозброєним оком може оцінити поліпшення зображення фотографії з роздільною здатністю до 750 dpi і фотографічною широтою до 24 біт за 3 базовими кольорами, True Color, і 8 біт сірого, тобто фотографії що містить до 16..777.216 кольорів з плавними, реальними півтонами і до 256 градацій чорного. До цих характеристик «близькі» результати друку на аналоговий кольоровий фотопапір, друк сублімації «схожий» на якісний, струменевий і лазерний друк знаходяться на початку шляху до цих можливостей.

Способи з'єднання принтера з носієм цифрової інформації

З'єднання принтера з комп'ютером через паралельний порт або послідовний порт з швидкістю до 50 кб/с не задовольняє сучасним вимогам. З'єднання принтера з комп'ютером через USB-інтерфейс краще. Швидкість передачі даних через USB-2.0 до 480 Мбіт/с, а також легше відбувається процес підключення, принтер може значно більше повідомляти про свій стан, готовність, наявність паперу тощо.

Широко поширені бездротові підключення принтерів: ІЧ-порт, Bluetooth, Wi-Fi.

Інфрачервоний порт (ІЧ-порт) забезпечує друк з комп'ютерів, КПК, телефонів і інших пристроїв, забезпечених інфрачервоним портом і що мають можливість друку. Зона застосування обмежена декількома сантиметрами прямої видимості між портами пристроїв. В даний час ІЧ-порт поступився місцем радіоінтерфейсам Bluetooth і Wi-Fi. Bluetooth і Wi-Fi - дозволяють встановити принтер в будь-якому зручному місці на відстані до 10-100 метрів.

Сучасні принтери читають флеш-пам'ять, мають відеоекран і можуть друкувати фотографії без комп'ютера. Принтери, що мають мережевий інтерфейс, підключаються в локальну мережу, що дозволяє користуватися принтером автономно з декількох комп'ютерів.

Техніко-економічний аналіз сучасних технологій цифрового друку

За поширеністю лідером є струменевий друк, другим - лазерний, третім - термосублімаційний, четвертим - матричний. При струменевому, лазерному і матричному способах друку лінеатура складає 300-80-30 lpi, і залежить від роздільної здатності пристрою. При друці сублімації лінеатура отримуваних півтонів більше 300 lpi, тому наймасовіше застосування монохромні лазерна і матрична технології отримали в друці текстів і графіки, а повнокольорова термосублімациійна технологія використовується у фотопринтерах. Кольоровий струменевий друк показує добрі результати при друці текстів, графіки і фотографій.

За кольороутворенням до повнокольорових (англ. continuous tone - безперервний тон кольору) відноситься тільки термосублімаційна технологія. Струменева, лазерна і матрична технології - растрові (англ. bi-level - два рівні), тобто для отримання однієї повнокольорової точки растру (2 рівень) потрібний мікрорастр - по 16х16=256 «службових» мікропікселів кожного кольору (1 рівень). Головний конструктивний недолік лазерних технологій - труднощі досягнення допуску більше 1200dpi, крапок на дюйм. В даний час межа для лазерного друку кожного кольору при раструванні 2400dpi /16=150 lpi, що на порядок гірше за характеристики аналогового кольорового фотопаперу.

Нові модифікації лазерних, струменевих і термосублімаційних технологій друку дають добрі результати і відносяться до комбінованих (англ. contone - напівтоновий колір). Contone = bi-level + continuous tone. Таке півтонове зображення місцями друкується крапками, а місцями безперервною заливкою, барвником. Струменева і лазерна технології друкують крапки з «різкими» межами, без перекриття, що добре при високому допуску, а якщо допуск менший від 4800dpi, то на кінцевому зображенні видно растр, в аналоговій фотографії говорять про зернистість зображення. На аналоговому кольоровому фотопапері зображення створюється теж крапками (зерном) з «різкими» межами, але роздільна здатність фотопаперу висока і зображення виходить дрібнозернистим і відмінної якості. При термосублімаційній технології сусідні пікселі частково перекриваються. Це, на жаль, знижує допуск до 300 lpi (300 lpi для растру - 300х16=4800dpi), але створює ефект безперервності зображення, як на аналоговому кольоровому фотопапері. Візуально, фото, видруковане на термосублімаційному принтері, виглядає відмінно.

До переваг лазерного друку відноситься постійна готовність до роботи. У лазерного принтера порошок тонера не сохне, ніщо не засмічується. Правда, на простих моделях принтерів тонер і папір дряпають світлочутливий шар на барабані, що обмежує термін служби барабана 4-5 заправками ємкості картриджа. Ресурс фотобарабана розрахований на 10.000-15.000 сторінок. Ресурс картриджа розрахований на 2.000 - 5.000 сторінок при 5% заповненні.

Запасні картриджі лазерних принтерів у більшості фірм одноразові і продаються в комплекті з світлочутливим барабаном, що відносно дорого. Це вигідно фірмам виробникам, але не виправдано технічно. Багато користувачів самі заправляють картриджі тонером по 4-5 разів і економлять на цьому до 300€. За кордоном заправку картриджів лазерних і струменевих принтерів виконують в маленьких салонах за 10€. Але краще все ж таки купувати фірмові картриджі. Лазерні принтери друкують швидше струменевих та інших принтерів. Лазерні принтери можуть використовувати різний папір (наприклад, текстуру) і плівки. Відбитки з лазерного принтера стійкіші до вологи, агресивних середовищ, проте, оскільки тони зображення лазерного принтера термічно наносяться на носій, то, з часом, може відбуватися обсипання зображення, особливо якщо папір піддається механічній дії. Витратні матеріали для лазерних принтерів в перерахунку на 1 стандартну сторінку майже удвічі дешевші, ніж для струменевих принтерів. Найдешевші витратні матеріали для матричних принтерів. Повнокольоровий лазерний принтер складається фактично з 4 монохромних, тому ця апаратура коштує достатньо дорого (більше 500€) в порівнянні із струменевими, термосублімаційними і матричними принтерами (60-150€). Комплект картриджа з світлочутливим барабаном для лазерного монохромного принтера ціною до 150€ вартує близько 80€. Комплект картриджів для повнокольорового лазерного принтера з світлочутливими барабанами вартує приблизно в 5 разів дорожче за монохромний картридж. Головні конструктивні недоліки струменевих технологій: проблеми із засиханням чорнила і засміченням сопел і дефекти відтворення слабозабарблених фрагментів зображення. Причин засмічення сопел багато. Наприклад: а) на поверхні чорнила утворюється плівка оксиду, яка при повній витраті чорнила картриджа попадає в сопла, б) випаровування води з чорнильної суспензії і загустіння чорнила, в) злипання зерен в пігментному чорнилі, г) чорнило пригорає на термоелементах і ця луска летить у фільтр і сопла і т.д. Фільтри картриджа з поролону не достатньо ефективні і накопичують «сміття» при неодноразовому використанні картриджа після перезаправки. При допуску 4800dpi краплі повинні падати на папір з кроком 25, 4\4800=0, 0053 мм. При кожному роздруку термічні або п'єзоелектричні насоси виштовхують з кожного сопла мільйони крапель чорнила ємкістю 2 піколітри. При зустрічі з папером крапля розбризкується, чорнило вбирається і розпливається. Пляма чорнила за діаметром виходить, приблизно, в 2 рази більшою від сопла, що викинуло краплю. Сопло має діаметр близько 0, 0053\2=2, 6 мікрон. Природно, що засмітитись соплу діаметром менше 3 мікрон дуже просто. Якесь, з більш ніж 400, сопло друкуючої головки обов'язково засмітиться. Для відтворення світлої ділянки зображення будь-якого кольору потрібно мало забарвлених «службових» мікропікселів, в результаті виходять рідкісні крапки на «великій» площі зображення - просто незабарвлений папір. А людина судить про якість зображення, в першу чергу, виходячи з достовірності відтворення саме світлих відтінків зображення. Щоб пом'якшити цей недолік, до чотирьох базових кольорів (CMYK) додаються по одному або по два світлі (hell) варіанти блакитного (C-hell), пурпурового (M-hell), жовтого (Y-hell) і чорного (К-hell) чорнила. Зазвичай буває не більше 8 чорнильниць. Комплект фірмових картріджів для струменевого принтера ємкістю по 5-10 мл коштує достатньо дорого (20-30€), а витрачається чорнило не тільки на друк, але і на прочищення сопел. Оптимальніше, коли чорнильниці нерухомі на корпусі принтера, вони більші за об'ємом, можна використовувати більше світлих кольорів, вони не знижують швидкості друку за рахунок інерції і створюються умови для зниження ефекту засихання чорнила за рахунок продування повітрям сопел друкуючої головки після закінчення роботи. Інші недоліки струменевих технологій: невисока швидкість повнокольорового друку, обумовлена в основному раструванням і кількістю додаткових світлих кольорів, вицвітанням кольорів зображення, «водобоязнь» відбитків, при використанні водорозчинного чорнила і обсипання зображення[джерело? ], при використанні пігментного чорнила, чутливість до сорту паперу. До переваг друку сублімації відноситься можливість змішувати на носієві зображення (паперу) кольору в достатньо широкому діапазоні (до 6 біт кожного з базових кольорів). Найсвітліші тони формуються в хмарці барвника так само природно, як і темніші. В струменевих принтерів це завдання частково вирішується, на жаль, за рахунок додавання чорнильниць світлих тонів, тобто - ускладнення апаратури і подорожчання друку. Не менш важкі шляхи рішення цієї задачі для лазерних технологій, де використовують попереднє змішування кольорів на барабані за допомогою магнітних добавок до тонера або змішуванням кольорів на проміжному носієві з подальшим друком на папір. До серйозних проблем друку сублімації можна віднести вкрай повільне виведення фотографій (фото10х15см. друкується більше 1 хвилини) і чутливість вживаного чорнила до ультрафіолету. Комплекти для друку сублімації поки що дорогі (одне фото10х15см. вартує не менше 0, 4€, комплект на 100 аркушів коштує 35€). Зараз найпопулярніший, якнайкращий за якістю і найдешевший спосіб друку повнокольорових фотографій з цифрових носіїв - це друк на аналоговий кольоровий фотопапір у фотосалонах (одне фото10х15см вартує 0, 08-0, 15€). Друк на аналоговий кольоровий фотопапір у фотосалонах проводиться на цифрових друкуючих автоматичних машинах. Папір рухається в друкуючій машині, цифрова інформація по-рядково перетвориться в світловий потік, світловий потік по-рядково експонує кольоровий аналоговий фотопапір, потім фотопапір проявляють «мокрим» хімічним способом. Швидкість друку близько 1000 фотографій в годину, тобто в 5-15 разів швидше за цифровий друк. На кольоровому аналоговому фотопапері в кожному з 3 субтрактивних шарів допуск більше 2000 lpi, фотографічна широта до 6, 7 біт, тобто фотографія, зроблена на кольоровому аналоговому фотопапері, може містити до 1 123 836 (20, 1 Bit) кольорів з плавними, реальними півтонами. Аналогову кольорову фотографію винайшов француз Л.Дюко дю Орон 140 років тому (1868-1869), а цифрова кольорова фотографія молода, вона - дитя американської космічної розвідки часів холодної війни і сьогодні бурхливо розвиваються всі її розділи, у тому числі і цифровий повнокольоровий друк. Сьогодні здається фантазією, що невелика компанія з Австралії Silverbrook Research має намір потіснити основних гравців на ринку струменевих принтерів для домашнього користування, запропонувавши вдосконалений принтер Memjet з використанням нанотехнологій. Вони стверджують, що дослідний зразок Memjet вже готовий і видає близько 60 сторінок в хвилину, максимальний дозвіл друку 1600 х 1600dpi, у нього 80 струменевих головок, і базова модель для монохромного друку коштуватиме менше $150, а фотопринтер - менше $200. Принтер великого формату оцінюють в $5.000. Розробка Memjet тривала майже десять років. У назві Memjet відображено використання MEMS (мікроелектромеханічних систем) для управління струменевим друком. Основу складають декілька MEMS-блоків шириною 20 мм, які містять 5 каналів для чорнила різних кольорів і сопел, загальною кількістю 6400. Окремий чип управляє формуванням крапель розміром близько 1 піколітра, що утворюються з швидкістю близько 900 млн. крапель в секунду. Загальна кількість сопел для принтера формату А4 складає 70400. В підсумку можна говорити про те, що технології цифрового повнокольорового друку за станом на 2007р. знаходяться у стадії пошуку технічного вирішення. Нам здається, що це вирішення може бути в об'єднанні лазерної, струменевої та сублімаційної технологій.