Струйные принтеры

Струйная технология впервые была разработана в начале 60-х гг. годов учеными Стенфордского университета (США). Широко внедряться в печатающие устройства она стала только с конца 70-х гг. Первопроходцами в доведении научных разработок до коммерческого использования были фирмы IBM и Siemens AG. Первым удачным струйным принтером явилось устройство ThinkJet, выпущенное фирмой HP. В настоящее время производится множество таких устройств, различающихся как принципом печати, так и техническими характеристиками.

Струйная технология печати, абстрагируясь от деталей, состоит в том, что изображение наносится на бумагу путем «выстреливания» (под давлением) красителя из крохотного сопла. Одно или несколько сопел устанавливаются на печатающей головке, которая аналогично точеч­но-матричным принтерам в процессе работы устройства перемещается относительно бумаги.

Различают два основных типа струйных принтеров:

1) с непрерывной подачей красителя;

2) с капельным микродозатором.

В устройствах первого типа формируется непрерывный поток из маленьких капель, которые заряжаются и, пролетая через электрическое поле, отклоняются в вертикальной плоскости про­порционально их заряду. Вспомним, что горизонтальное отклонение обеспечивается перемеще­нием печатающей головки. Капли, которые не должны делать точку на бумаге, отклоняются в специальный желоб, по которому краска возвращается в резервуар для последующего исполь­зования. Отклонение капель может быть бинарным, при котором капля попадает либо в опре­деленную точку по вертикали на бумаге, либо в желоб возврата. Такой принцип используется для печатающих головок с несколькими вертикально расположенными соплами. Имеются и устройства с мультиотклонением, используемым при недостаточном количестве сопел, в частности, когда печатающая головка имеет единственное сопло.

Принтеры второго типа (с капельным микродозатором) содержат матрицу или столбец вертикально расположенных сопел, и принцип формирования изображений в них аналогичен точечно-матричным печатающим устройствам. При горизонтальном движении печатающей го­ловки из сопел в нужные моменты времени «выстреливаются» капли, которые попадают на бумагу. В этом случае отпадает необходимость отклонять поток капель.

Принтеры с непрерывной подачей красителя, по сравнению с устройствами с капельным микродозатором, имеют большее быстродействие, но и являются более сложными.

Струйным принтерам присущи низкие уровень шума и энергопотребление, графические воз­можности, вполне доступная стоимость и достаточно высокое качество печати. Малая потреб­ляемая мощность обеспечивает возможность их использований в портативных ПЭВМ с бата­рейным питанием.

Струйная технология печати порождает и ряд проблем, среди которых основной является проблема предотвращения засыхания чернил в соплах и одновременно с этим обеспечения быстрого их высыхания при попадании на бумагу. Она решается либо путем погружения сопел в резервуар с красителем, либо автоматизацией очистки сопел, либо благодаря использованию красителя, расплавляющегося при нагревании и затвердевающего при остывании. Последний способ решения проблемы представляется наиболее перспективным. Для его реализации доста­точно подогреть сопла и, возможно, резервуар с красителем. Иногда используется и нормально твердый краситель в таблетках.

Струйная технология является одним из основных видов получения высококачественной цветной печати. Для цветной печати, как правило, используются красители уже названных четырех цветов. Попарное их смешение до нанесения капель на бумагу дает еще три цвета. Чтобы выйти за семицветное ограничение, струйные принтеры используют прием, известный как подмешивание: печать смежных (возможно, с наложением) точек разными цветами, которые глаз воспринимает как одноцветный блок. Однако из-за того, что подмешивание заменяет одну точку определенного цвета несколькими точками разных цветов, изображения, напечатанные методом подмешивания, получаются несколько размытыми.

Охарактеризуем ряд моделей черно-белых струйных принтеров. Уже известный нам малогаба­ритный принтер с капельным микродозатором ThinkJet фирмы HP обладает быстродействием 40 символ/с, стоит 495 долл. и имеет контейнер с красителем, рассчитанный на 250 млн. символов.

Серьезным конкурентом высококачественным точечно-матричным принтерам является струй­ное печатающее устройство DeskJet той же фирмы, стоящее 995 долл. В режиме Draft оно печатает со скоростью 240 символ/с, а в режиме LQ — 120 символ/с, что выше аналогичного показателя для большинства точечно-матричных принтеров. Это изделие обладает разрешением 11,8 точка/мм, работает достаточно тихо (уровень шума — 44 дБ) и имеет небольшие габариты (17,3x14,8 дюйма). Печатающая головка DeskJet содержит 50 сопел с насадками, предотвраща­ющими засыхание красителя, и является съемной. Одна головка рассчитана на печать 1100 или 450 страниц текста в режимах Draft и LQ соответственно. Она стоит 18,95 долл. Принтер обеспечивает печать шрифтами Courier, Courier Bold и Courier Compressed. Существуют 12 дополнительных кассет со шрифтами. В каждой кассете записаны по меньшей мере 4 шрифта, различающихся по типу, размеру и стилю. Буфер принтера имеет емкость 16 Кбайт. Поддержи­ваются как параллельный (Centronics), так и последовательный (RS232C) интерфейсы. Имеется устройство автоматической подачи бумаги формата А4 (шириной 10 дюймов).

Высокоскоростной струйный принтер Digit 1 фирмы Deconix (США) с непрерывной подачей красителя содержит в печатающей головке матрицу из 64 сопел и осуществляет печать графики, а также текста со скоростью 20 страница/мин. (1 страница/мин, примерно равна 50 — 60 символ/с) и разрешением 12 точка/мм. Используется принцип бинарного отклонения. Каждое сопло выбрасывает 75 тыс. капель в секунду. Уникальной является возможность печати на обеих сторонах листа.

Портативный струйный принтер Diconix 150 той же фирмы весит 2 кг при габаритах 50x165x275 мм, стоит 479 долл., печатает со скоростью 150 символ/с, имеет 12 встроенных шрифтов; резервуар с красителем рассчитан на 500 страниц текста.

Недорогой цветной принтер PaintJet фирмы HP поддерживает стандартные шрифты Courier и Letter Gothic, обеспечивает скорость печати 88 символ/с, обладает разрешением 7,1 точка/мм (в семицветном режиме), способен формировать 330 цветов (при разрешении 3,5 точка/мм), содержит буфер емкостью 8 Кбайт и стоит 1395 долл. Автоматическая загрузка бумаги отсутствует, а длина строки составляет 20,3 см.

Высококачественный цветной струйный принтер Pixelmaster фирмы Howtek ценой 7900 долл. способен печатать в 250000 цветах при разрешении 9,5 точка/мм.

Термографические принтеры

Между принципом действия термографических и точечно-матричных принтеров можно про­вести вполне определенную параллель. Отличия состоят лишь в том, что для нанесения точек в первых принтерах используется свойство некоторых материалов изменять свой цвет при нагревании (или расплавляться), а вместо обычных металлических игл применяются тонкие нагреваемые электроды. Таким образом, в термографических принтерах для формирования изо­бражения на бумаге используется не удар, а нагрев. Иногда эти устройства называют химическими принтерами, так как в них используется одноименная реакция, вызванная нагреванием.

Термографические печатающие устройства подразделяются на два типа:

1) принтеры с прямым нагревом;

2) принтеры с переносом.

В устройствах первого типа используется бумага со специальным химическим покрытием. Нагретый электрод непосредственно касается такой бумаги, и в результате химической реакции точка «проявляется», приобретая синий или черный цвет.

В принтерах второго типа используется специальная красящая лента, краситель которой, расплавляясь от касания нагретым электродом, переносится на бумагу, отпечатывая точку.

Достоинство принтеров с передачей состоит в том, что им не требуется специальной бумаги, однако сама красящая лента довольно дорога. Кроме того, при передаче точки через ленту возникает ряд дополнительных технических проблем.

Термографические принтеры почти бесшумны, просты по конструкции, недороги и, хотя обладают малым для большинства моделей быстродействием (40 — 80 символ/с), дают довольно высокое качество печати, естественно, предоставляя и графические возможности. Простота конструкции привела к тому, что устройства этого типа часто используются в портативных ПЭВМ.

Фирма IBM разработала демонстрационный образец высокоскоростного термографического принтера (450 символ/с), но в производство его запустить трудно. Более того, имеются даже термографические страничные принтеры, «выпекающие» сразу целую страницу. Как промежу­точные варианты, существуют и построчно печатающие устройства.

Технология цветной термографической печати достаточно проработана, однако независимо от типа устройства (с прямым нагревом или с переносом) она требует нескольких проходов (по одному на каждый основной цвет).

Цветной принтер Bluechip объединения Calcomp фирмы Sanders Associates использует трех­цветную слоистую конденсаторную бумагу.

Цветные принтеры Colorscript 100 фирмы QMS и Phaser CP фирмы Tektronix (США) являются постранично печатающими устройствами с переносом. Они обеспечивают разрешение 11,8 точка/мм и используют трех- или четырехпроходную ленту — бирюзово-яркокрасно-желтую (CMY) или бирюзово-яркокрасно-желто-черную (CMYB). Эти устройства предлагают почти неограниченную палитру цветов. Colorscript стоит 15995, a Phaser CP — 12995 долл.

Более дешевый цветной принтер 4693D фирмы Tektronix реализует технологию прямого нагрева вощеной термографической бумаги за четыре прохода (по одному для каждого из трех основных цветов и один проход для черного) и обладает разрешением 12 точка/мм. Предусмотрено также 2 режима монохромной печати: режим с 256 градациями серого цвета и двухцветный черно-белый режим. Цветовая палитра составляет 16 млн. цветов. В стандартной конфигурации это устройство стоит 7995 долл.

Электрофотографические (лазерные) принтеры

В основе большинства лазерных принтеров лежит электрофотографический принцип печати, заимствованный из ксерографии, где используется свойство фоточувствительных материалов изменять свой поверхностный заряд в зависимости от освещенности.

Пионером в области производства лазерных принтеров является фирма Xerox. Ее изделия были довольно громоздки и стоили несколько десятков, а то и более сотни тысяч долларов. Кроме того, их было не так просто обслуживать. По этим причинам лазерные принтеры не могли использоваться в ПЭВМ.

В 1984 г. фирма Canon USA (США) предложила лазерный принтер LBP-CX, имеющий радикально новую конструкцию. Основное новшество состояло в размещении всего того, что подлежит частой замене, в сменной кассете. Дополнительно к этому была усовершенствована оптика. Стоило данное устройство существенно дешевле, но и имело заметно худшие харак­теристики по сравнению с изделиями фирмы Xerox. Именно принтер LBP-CX был первым лазерным принтером, доступным для ПЭВМ. Его конструкция легла в основу популярных ныне печатающих устройств LaserJet фирмы HP, LaserWriter компании Apple Computer и 8/300 фирмы Imagen.

Лазерный принтер содержит вращающийся барабан (реже — ленту), покрытый фоточувст­вительным (светочувствительным) материалом. В исходном состоянии поверхность барабана электрически нейтральна или имеет электрический заряд, равномерно по ней распределенный (в зависимости от разновидности принтера). В процессе работы устройства при помощи скани­рующего зеркала осуществляется растровая развертка луча от лазерного диода по поверхности барабана. После множества коротких вспышек этого диода, выполняемых в соответствии с выводимым изображением, на барабане засвечиваются все требуемые участки и электрический заряд их изменяется. После засветки на барабан наносится порошок определенного цвета, называемый тонером, частицы которого обладают заданным электрическим зарядом. В результате электростатического взаимодействия частицы тонера прилипают к барабану только в тех местах, которые были освещены или не были освещены, что зависит от системы окрашивания (разно­видности принтера). Затем рисунок переносится на бумагу путем ее прижатия к барабану и последующего приложения электрического поля. Наконец, тонер фиксируется на бумаге (чаще всего путем термосилового закрепления, состоящего в прокатке разогретым валиком). Иногда фиксация осуществляется вследствие воздействия паров какого-либо растворителя.

Изображение формируется по точкам, однако за счет высокого разрешения лазерными принтерами обеспечивается типографское качество печати текстов и возможность воспроизве­дения высококачественных рисунков, что позволяет размещать на одной странице как графические изображения, так и текстовую информацию с широким диапазоном размеров букв и множеством различных шрифтов.

Для лазерных, да и ряда других типов принтеров разработаны и используются различные языки описания страниц, среди которых наибольшей известностью пользуется язык PostScript. Он создан несколько лет назад фирмой Adobe Systems. Этот язык может быть реализован как программно, так и аппаратно оборудованием принтера Конечно, аппаратная реализация обходится дороже, но и является более эффективной. Фирма HP для своих лазерных принтеров использует собственный язык PCL, также весьма популярный, и одновременно обеспечивает возможность работы на языке PostScript, если установить в устройство специальную кассету.

Лазерные принтеры отличаются высокими быстродействием, разрешающей способностью и соответственно качеством печати, а также великолепными графическими возможностями и низким уровнем шума. Низкоскоростные устройства обеспечивают печать со скоростью 6 — 8 страни­ца/мин., а высокоскоростные — 20 и более страница/мин. В ближайшем будущем планируется довести их быстродействие до 50 страница/мин. Обеспечивается автоматическая подача бумаги. К недостаткам лазерных принтеров следует отнести низкую надежность из-за большой сложности и высокую стоимость.

Для вывода цветного изображения достаточно пропустить через лазерный принтер одну и ту же страницу четыре раза, обеспечив смену тонера, чтобы разные области страницы получили бирюзовый, яркокрасный, желтый и черный цвета.

Наряду с цветными фотокопировальными устройствами, реализующими эту технику, уже появились и цветные лазерные принтеры, но стоят они непомерно дорого. (К примеру, цветное множительное устройство японской корпорации Canon стоит 42000 долл., а принтер обойдется еще дороже).

Лидером в производстве электрофотографических принтеров для ПЭВМ является фирма HP. Ее изделия LaserJet Series II, а теперь и LaserJet III, пользуются заслуженной популярностью из-за удачного сочетания технических характеристик (см. табл. 2.9). Принтер LaserJet IIP (от англ. Personal) весьма компактен и печатает на обычных стандартных листах формата А4. Его габариты составляют 368x457x254 мм, а масса — 10 кг. Устройство LaserJet HIP при той же массе имеет несколько меньшие габариты — 350x400x200 мм. Остальные модели, оставаясь напольными, имеют большие размеры. Дополнительно к встроенным шрифтам фирма за от­дельную плату поставляет широкое разнообразие факультативных шрифтов на кассетах. Так, недавно выпущена кассета с 65 наиболее распространенными шрифтами.

В острую конкурентную борьбу с HP вступила фирма IBM, предложив электрофотографический принтер Laserprinter 4019, который в сравнении с LaserJet II на 40% меньше по размерам, имеет быстродействие 10 страница/мин., обладает той же стоимостью, на треть дешевле в эксплуатации, имеет стандартно ту же емкость буфера с возможностью расширения до 4 Мбайт и 10 встроенных шрифтов.

Японская фирма Sharp предлагает лазерный принтер JX-9500E, габариты которого примерно на треть меньше, чем у HP LaserJet IIP. JX-9500E стоит всего 1340 долл., а печатает со скоростью 6 страница/мин. Остальные технические характеристики совпадают с LaserJet IIP.

Уже упомянутый принтер LBP-CX фирмы Canon USA имел характеристики, аналогичные устройству LaserJet П. Его сменная кассета содержит сухой тонер, устройство проявления, барабан, блоки электризации и др. элементы. Оптика в нем никогда не заменяется.

Новый принтер LBP-20 той же фирмы обладает быстродействием 20 страница/мин., имеет разрешение 19,2 точка/мм и позволяет печатать на обеих сторонах листов бумаги (как, впрочем, и LaserJet IlISi).

Некоторые лазерные принтеры имеют разрешающую способность много ниже 11,8 точка/мм и стоят значительно меньше 1000 долл. Другие же, разрешение которых достигает 96,5 точка/мм, имеют цену порядка 80000 долл.

Электростатические принтеры

Технология электростатической печати является близкой родственницей электрофотографии и разработана сотрудниками фирмы Delphax Systems.

Вместо источника света и сложной оптики с подвижными частями для переноса изображения на барабан в электростатических принтерах используется принцип ионного осаждения (электронная печать). Он реализуется за счет того, что над барабаном устанавливается управляющий электрод, а между ними — сменная кассета для ионного осаждения. Барабан и кассета, в свою очередь, разделены экранирующим электродом с отверстиями, который воздействует на ионы в качестве удерживающего и фокусирующего элемента. При приложении к барабану и управляющему электроду напряжения между ними возникает коронный разряд, в результате чего ионы, «хра­нящиеся» в кассете, ускоряются и переносятся через экранирующий электрод на барабан. По­тенциал же экранирующего электрода управляет засветкой барабана в соответствии с выводимым изображением. Далее процесс печати повторяет технологию, реализованную в лазерном принтере.

Из-за отсутствия подвижных деталей электростатические принтеры обладают большей на­дежностью и долговечностью.

В настоящее время фирма Delphax Systems предлагает два варианта электростатических принтеров:

1) устройство 2460;

2) устройство S6000, имеющее быстродействие 60 страница/мин.

В среднем электростатические принтеры обладают быстродействием 20 — 40 страница/мин, (выше, чем у лазерных) и есть резервы его увеличения до 200 — 300 страница/мин. Их стоимость колеблется в пределах 15 — 48 тыс. долл.

Электрочувствительные принтеры

В электрочувствительном печатающем устройстве изображение формируется в результате протекания тока по поверхности специальной бумаги. В наиболее распространенной конструкции используется бумага с цветным покрытием, поверх которой наносится тонкая алюминиевая пленка, придающая листу бумаги белый цвет. Печать производится аналогично точечно-матричным принтерам с помощью ряда игл, к которым приложено напряжение. При касании иглами алюминиевой пленки по ней протекает ток и локально испаряет ее участки. Через образующиеся отверстия в пленке становится видна подложка (покрытие бумаги, обычно темного цвета), за счет чего и «проявляется» изображение. Существуют как принтеры последовательного действия, так и построчно печатающие устройства данного типа.

Благодаря малым размерам электрочувствительные устройства могут встраиваться в дисплеи и использоваться в портативных ПЭВМ.

Магнитографические принтеры

Магнитография в какой-то мере аналогична электрофотографии и электростатике, но в ней используется магнитная запись. Барабан имеет магнитное покрытие, а над ним располагаются магнитные головки, которые записывают на этот барабан «невидимое» изображение. Тонер обладает ферромагнитными и термопластическими свойствами. После намагничивания барабана тонер переносится на него, «прилипая» к определенным его областям. Проявленное таким образом изображение закрепляется на бумаге путем теплового сплавления.

Уникальность данной технологии в том, что она позволяет воспроизводить копии одного и того же изображения без его регенерации на барабане.

Настольная модель 800 магнитографического принтера фирмы Ferix (США) содержит матрицу головок 8x16, имеет быстродействие 10 — 14 страница/мин., обладает разрешением 9,5 точка/мм и стоит 2000 — 3000 долл.

Фирма Cynthia Peripheral выпускает устройства с тем же разрешением, но быстродействием, равным 50 и 9в страница/мин.

Наряду с рассмотренными типами принтеров имеются и другие, в частности, гибридные. Так, например, фирма Brother International предлагает устройство с двумя печатающими головками: одна — лепесткового типа, а другая — точечно-матричная. Это обеспечивает типографское ка­чество печати наряду с графическими возможностями. В некоторых разновидностях принтеров для нанесения изображения используются перья, что ставит такие устройства в промежуточное положение между типичными принтерами и графопостроителями.

Дорогие высокопроизводительные принтеры целесообразно использовать совместно несколь­кими пользователями. Это можно реализовать одним из следующих способов:

— простым переключением принтера между ПЭВМ;

• одновременным подсоединением единственного принтера к нескольким ПЭВМ через ин­теллектуальный многопортовый буфер;

— путем объединения ПЭВМ в простую сеть на базе интерфейса RS232C;

— посредством комплектования ПЭВМ в более сложную сеть типа Ethernet;

— в результате переноса ГД с данными на другую ПЭВМ и печати содержащейся на нем информации.

2.6.3. Графопостроители

Графопостроитель, или плоттер (от англ. plotter), — это устройство вывода, представляющее выводимые из ЭВМ данные в форме рисунка или графика на бумаге или другом подобном ей носителе информации. Графопостроители являются высококачественной альтернативой принтерам при выводе изображений. Графопостроители — это дополнительные ПУ, которые используются при автоматизированном проектировании, в частности, с применением ПЭВМ.

В зависимости от конструктивного исполнения плоттеры делятся на устройства планшетного и рулонного (барабанного) типа.

В графопостроителе планшетного типа лист бумаги закрепляется на рабочей плоскости, над которой движется перо (или несколько перьев), перемещающееся по двум координатам х и у. Пишущий узел приводится в движение сервоприводом, обеспечивающим высокую точность его установки. Точности позиционирования пера, как правило, достаточно, например, для вычерчи­вания в реальном масштабе рисунков сложных печатных плат. Роль перьев в простых моделях плоттеров играют обычные шариковые ручки, а в совершенных моделях — специальные тон­копишущие фломастеры. Изображение формируется на листе бумаги при перемещении опущен­ного пера Если нужно просто установить перо в другую исходную точку, то оно автоматически приподнимается и переводится в требуемое место. В ПЭВМ применяются главным образом устройства в настольном исполнении и намного реже — в напольном.

Графопостроители рулонного типа отличаются большей компактностью и могут использоваться при выводе на рулонную бумагу. В них бумажный лист протягивается транспортирующим валиком для обеспечения вертикальных перемещений; перо же может перемещаться только в горизон­тальной плоскости.

В графопостроителе могут использоваться одно или несколько перьев. Применение нескольких перьев обеспечивает вычерчивание цветных изображений или повышение скорости вывода Дополнительные цветовые оттенки можно получить путем смешения на бумаге основных цветов. Наиболее совершенные устройства имеют отдельный привод для каждого пера Другие же просто обеспечивают автоматическую смену перьев.

Плоттеры также могут применяться и для печати текстовой информации, однако при этом они работают очень медленно, так как последовательно вырисовывают контуры символов, а при выдаче текстов шрифтами большого размера дополнительное время требуется для закрашивания символов. Нередко встречаются и гибридные устройства, сочетающие возможности как принтеров, так и графопостроителей, поскольку печатающие устройства и плоттеры функционально и конструктивно близки.

Из-за низкого быстродействия плоттеры, как правило, достаточно подключать к адаптеру последовательного интерфейса.

Основными техническими характеристиками графопостроителей являются:

1) размер чертежной поверхности (формат листа бумаги);

2) быстродействие;

3) разрешающая способность;

4) точность установки пера;

5) количество перьев, что определяет число воспроизводимых цветов;

6) масса, габариты и энергопотребление; 7) стоимость.

Быстродействие плоттера измеряется скоростью вычерчивания линии. Под разрешением понимают минимальное расстояние между двумя адресуемыми точками. - По разрешающей способности графопостроитель может в несколько раз превосходить даже лазерный принтер. Точность установки пера определяет абсолютную погрешность, с которой перо может быть перемещено к точке с указанными координатами. Стоимость графопостроителей лежит в пределах 1500 — 20000 долл.

Для иллюстрации возможностей плоттеров в табл. 2.10 сведены характеристики раз­личных устройств, выпускаемых фирмой Houston Instrument. Эта же фирма за 2100 долл. предлагает принтер-плоттер JetPro 360, обладающий аналогичными лазерным устройствам графическими возможностями и типографским качеством печати, размером чертежной поверхности А2 — А4, разрешением 0,07 мм (14,2 точка/мм), а также интерфейсами RS232C и Centronics.

Высокими техническими характеристиками обладают плоттеры семейства Draftmaster фирмы HP. Они снабжены 12 разноцветными перьями, имеют быстродействие 1100 мм/с и стоят до 17000 долл. Вообще плоттеры HP считаются стандартными, особенно изделие HP 7475A.

Принтер же FP 6302 фирмы Craphtec, имея 24 пера, способен одновременно воспроизводить 24 цвета.