Струйная печать (Ink Jet)

Технология «Компьютер – печать»

на основе струйной печати

Струйная печать (Ink Jet) является наиболее распро-

странённым бесконтактным способом цифровых пе-

чатных систем. Способ струйной печати является тех-

нологией, при которой краска подается из сопел, как

показано на рис.. Способ не требует носителя

изображения, оно (рис.) формируется прямо на

запечатываемом материале. Цифровые массивы

данных изображения передаются на устройство вы-

вода, которое посредством сопел прямо или косвен-

но запечатывает бумагу. В соответствии со схемой,

изображённой на рис., функциональными со-

ставляющими устройств являются: система форми-

рования изображения, носитель изображения и кра-

сочный аппарат, объединенные в один узел. Сущест-

вуют также системы струйной печати, в которых пе-

чать производится через промежуточный носитель.

На схеме представлено разделение струйного спосо-

ба печати по принципу действия, использованию кра-

сящих веществ.

В системах струйной печати информация может

переноситься на бумагу кратчайшим путём с мини-

мальным количеством функциональных элементов

(без подвижных деталей при длине сопельной мат-

рицы, соответствующей ширине листа). Это преиму-

щество способствует постоянному развитию систем

и способов струйной печати.

Обзор технологий

струйной печати

На рис. в дополнение к схеме на рис.

дана расширенная классификация способов струй-

ной печати.

Основными вариантами струйной печати явля-

ются: печать непрерывного действия (Continuous

Ink Jet) и капельно-струйная печать (Drop on

Demand).

На рис изображены принципиальные схе-

мы процессов.

Варианты способа

При способе струйной печати непрерывного дейст-

вия из постоянного потока мелких капель краски

только часть их направляется на бумагу. В устройст-

вах, реализующих импульсные способы, капли про-

изводятся только в тех случаях, если этого требует

управляющее устройство.

Струйная печать непрерывного действия подраз-

деляется на варианты бинарного и многократного

отклонения капель. В предыдущих разделах рассма-

тривалась схема двойного отклонения, при которой

капля имеет одно из двух состояний: незаряжен-

ное – для переноса на бумагу и заряженное – для от-

клонения в электрическом поле (см. рис.).

При способе многократного отклонения капли име-

ют различные заряды, чтобы при прохождении в

электрическом поле по-разному отклоняться и на-

правляться на соответствующие участки запечаты-

ваемого материала (см. рис.).

Капельно-струйный способ печати подразделяет-

ся по способу образования отдельных капель. При

термической струйной печати это происходит по-

средством нагревания жидкой краски до её испаре-

ния. Под давлением пузырька пара из сопла выбра-

сывается капля краски – отсюда и название «пузырь-

ковая струйная печать» (рис.).

В пьезоструйных системах образование капли

происходит за счет изменения объёма в красочной

камере посредством пьезоэлектрического эффекта.

Капля краски выталкивается благодаря этому из со-

пельной системы (рис.).

Третьей разновидностью капельно-струйного

способа печати является электростатическая, изо-

бражённая на рис.. Существуют раз-

личные ее варианты, однако общим для всех явля-

ется то, что между системой струйной печати и за-

печатываемой поверхностью существует электри-

ческое поле. В соответствии с изображением в со-

пельной системе устанавливается либо равнове-

сие сил, либо поверхностное натяжение между

краской и выходным соплом изменяется под дей-

ствием сил поля так, что происходит отделение

капли краски. Управляющий импульс (например

электрический сигнал или подача тепла) стимули-

рует процесс.

Краски

В схеме, представленной на рис., указывает-

ся, в каком виде – жидком или твёрдом – использу-

ется краска.

Речь главным образом идёт о жидких красках.

Кроме того, некоторые системы капельно-струйной

печати скорректированы на применении термокрасок.

На рис. дан обзор красок для струйной

печати. В нём содержатся данные о составах кра-

сок и о связанных с ними процессах сушки. Кроме

того, приводятся данные о толщине красочного

слоя, получаемого с помощью струйных систем в

однокрасочной печати в зависимости от вида крас-

ки. Здесь следует заметить, что при применении

жидких красок можно наносить очень тонкий слой

(небольшой объём капли), что является основой

для качественной печати, прежде всего цветных

изображений.

Цветные оттиски высшего качества можно полу-

чить при использовании бумаги со специальным по-

крытием, которое не допускает разбрызгивания и

растекания при нанесении краски и, кроме того,

обеспечивает ее хорошее впитывание и высыхание.

Дальнейшее повышение качества возможно тог-

да, когда применяются струйные системы, в которых

воспроизводится несколько уровней градаций.

Передача градаций в струйной печати

В соответствии с рис. для передачи градаций

на поверхность бумаги наносится красочный слой

различной толщины. С увеличением толщины слоя

связано и изменение диаметра отдельной точки изо-

бражения.

В струйном способе размер отдельной точки изо-

бражения зависит от объёма капли, которая перено-

сится, а также и от впитывающей способности запе-

чатываемого материала. Различный объём капли

можно создать несколькими путями, например по-

средством целенаправленного использования от-

дельного струйного канала, когда выбрасывается

различное количество краски. Это достигается по-

средством амплитуды управляющего импульса, а

также частоты повторения импульсов воздействую-

щих на отдельное сопло (например, подача высоко-

частотного сигнала, генерирующего несколько ка-

пель для одного элемента изображения).

Крупные капли можно также получить путём объ-

единения нескольких отдельных летящих капель пе-

ред их попаданием на запечатываемый материал.

Осуществляется нанесение нескольких капель на

элемент (точку), до того как будет подана информа-

ция для печати следующего.

На рис. показано, как при использовании

специального нагревательного элемента (пузырько-

вый способ струйной печати) можно последователь-

но генерировать несколько капель, которые соеди-

няются в одну после отделения от сопла. На выбор-

ке фотографических снимков, изображённых на

рис., представлен процесс образования од-

ной крупной капли.

В струйной системе непрерывного действия по-

средством высокой частоты воздействия на образо-

вание капель (рис.) могут получаться элементы

изображения разной оптической плотности. Таким

методом можно получить до 30 градаций.

Процесс сушки

Капли краски после нанесения взаимодействуют с

бумагой (рис.). Растекание и проникновение

краски в запечатываемый материал зависят от

свойств его поверхности. Данная схема касается

стандартных красок на основе воды или растворите-

ля. Красящие вещества (пигменты или красители) и

связующие вещества после испарения и впитывания

жидкости-носителя образуют очень тонкий красоч-

ный слой (менее 1 мкм).

Сведения о высыхании красок при струйной печа-

ти приведены на рис.

Непрерывная струйная

печать

Непрерывная струйная печать

с бинарным отклонением струи краски

Сопловая система на основе технологии Герца

(рис.) позволяет создать высокочастотный

поток капель (1 МГц и выше). Жидкость, находяща-

яся под давлением, выталкивается из сопла при

высокочастотном возбуждении. Оно создается по-

средством пьезовибратора. Из-за гидромеханиче-

ских эффектов струя сужается и разделяется на от-

дельные капли.

Образование капли рассчитано при помощи

математической модели (рис.). Размер ка-

пель и расстояние между ними в значительной ме-

ре зависят от диаметра сопла, вязкости и поверх-

ностного натяжения жидкости, а также частоты

возбуждения.

Перед отделением капель от струи часть их получа-

ет заряд при помощи зарядного электрода (рис.).

В электрическом поле дефлектора заряженные капли

изменяют траекторию и подводятся к улавливателю.

Незаряженные капли попадают на бумагу.

В процессе каплеобразования возникают побоч-

ные капли (рис.), которые при правильном

конструктивном исполнении системы соединяются с

основными. Качество печати зависит от точности и

непрерывности формируемого потока капель.

На рис. приведены параметры (технология

Герца), для частот около 1 МГц и объема капель око-

ло 4 Пл.

Пример реализации способа струйной печати

(высокоскоростная печатная система) непрерывного

действия для промышленного применения показан

на рис.. Она состоит из двух последовательно

расположенных модулей для печати на рулонном ма-

териале (рис.). Отдельная головка имеет

длину около 108 мм. Сопла расположены так, что

возможно получить разрешение 240 dpi (1024 сопел

в одной головке).

Ещё один пример систем промышленного приме-

нения (разрешение 300 dpi, длина головки около