31. Знакосинтезирующие устройства печати.
Знакосинтезирующие устройства – контур символа формируется из отдельных элементов.
Одноточечные механизмы, формирующие знак при перемещении механизма по двум направлениям
Однорядные механизмы, формирующие знак за счет последовательной печати нескольких рядов
Полноматричные механизмы, обеспечивающих одновременную печать всех точек матрицы
Принтеры (печатные устройства) – это устройства вывода данных из ЭВМ, преобразующие информационные ASCII-коды в соответствующие им графические символы (буквы, цифры, знаки и т. п.) и фиксирующие эти символы на бумаге.
Принтеры разнятся между собой по различным признакам:
цветность (чёрно–белые и цветные);
способ формирования символов (знакопечатающие и знакосинтезирующие);
принцип действия (матричные, термические, струйные, лазерные);
способы печати (ударные, безударные) и формирования строк (последовательные и параллельные);
ширина каретки (с широкой (375–450 мм) и узкой (250 мм) кареткой);
длина печатной строки (80 и 132–136 символов);
набор символов (вплоть до полного набора символов ASCII);
скорость печати;
разрешающая способность, наиболее употребительной единицей измерения является dpi (dots per inch) – количество точек на дюйм.
Внутри ряда групп можно выделить по несколько разновидностей принтеров; например, широко применяемые в ПК матричные знакосинтезирующие принтеры по принципу действия могут быть ударными, термографическими, электрографическими, электростатическими, магнитографическими и др.
Среди ударных принтеров часто используются литерные, шаровидные, лепестковые (типа “ромашка”), игольчатые (матричные) и др.
Печать у принтеров может быть посимвольная, построчная, постраничная. Скорость печати варьируется от 10–300 зн./с (ударные принтеры) до 500–1000 зн./с и даже до нескольких десятков (до 20) страниц в минуту (безударные лазерные принтеры); разрешающая способность – от 3–5 точек на миллиметр до 30–40 точек на миллиметр (лазерные принтеры).
Многие принтеры позволяют реализовать эффективный вывод графической информации (с помощью символов псевдографики); сервисные режимы печати: плотная печать, печать с двойной шириной, с подчёркиванием, с верхними и нижними индексами, выделенная печать (каждый символ печатается дважды), печать за два прохода (второй раз символ печатается с незначительным сдвигом) и многоцветная (до 100 различных цветов и оттенков) печать.
Матричные:
В матричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом, поэтому их более правильно называть ударно-матричные принтеры, тем более что и прочие типы знакосинтезирующих принтеров тоже чаще всего используют матричное формирование символов, но безударным способом. Тем не менее “матричные принтеры” – это их общепринятое название, поэтому и будем его придерживаться.
Матричные принтеры могут работать в двух режимах – текстовом и графическом.
В текстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причём контуры символов выбираются из знакогенератора принтера.
В графическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.
В игольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуществляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту. Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7*9 или 9*9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.
Качество печати матричных принтеров определяется также возможностью ввода точек в процессе печати с частичным перекрытием за несколько проходов печатающей головки.
Для текстовой печати в общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати:
режим черновой печати (Draft);
режим печати, близкий к типографскому (NLQ – Near-Letter-Quality);
режим с типографским качеством печати (LQ – Letter-Quality);
сверхкачественный режим (SLQ – Super Letter-Quality).
В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному. В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головке по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки; затем совершается второй проход с частичным перекрытием точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.
Матричные принтеры, как правило, поддерживают несколько шрифтов и их разновидностей, среди которых получили широкое распространение roman (мелкий шрифт пишущей машинки), italic (курсив), bold-face (полужирный), expanded (растянутый), elite (полусжатый), condenced (сжатый), pica (прямой - цицеро), courier (курьер), san serif (рубленый шрифт сенсериф), serif (сериф), prestige elite (престиж-элита) и пропорциональный шрифт (ширина поля, отводимого под символ, зависит от ширины символа).
Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путём нажатия имеющихся на устройствах клавиш и/или соответствующей установки переключателей.
Быстродействие матричных принтеров при печати текста в режиме Draft находится в пределах 100–300 символов/с, что соответствует примерно двум страницам в минуту (с учётом смены листов).
Струйные технологии
Прежде всего о том, что представляет собой процесс струйной печати. Под действием создаваемого в печатающей головке давления, капля чернил вылетает из сопла и попадает на носитель изображения. Все. Далее начинаются частности, относящиеся к способу стрельбы, виду снаряда и качеству мишени, долженствующие способствовать появлению необходимых для создания приличного отпечатка условий. А условия следующие: минимальный размер капли, так как он определяет разрешение; поверхностный слой носителя, не позволяющий капле растечься; чернила, не пропитывающие носитель, а удерживающиеся на поверхности в возможно большем количестве; небольшое время высыхания, чтобы не дать чернилам размазаться, но не столь малое, чтобы при перемещении головки по следующей строке предыдущая уже высохла; поверхностный слой, который должен быть максимально белым и так далее. Ясно что эти требования во многом исключают друг друга, поэтому основной задачей практического внедрения струйной технологии является нахождение некой средней линии, своего рода пути между Сциллой и Харибдой.
Итак, рассмотрим технологические решения, применяемые производителями струйных принтеров.
Печатающая головка
Глядя на продукцию различных производителей, может показаться, что устройство и принципы функционирования этой детали струйных принтеров совпадают, как это имеет место в ситуации, например, с матричными. Однако, на самом деле, сегодня на рынке присутствуют несколько конкурирующих технологий, совершенно по-разному решающих задачу транспортировки чернильной капли от резервуара до носителя.
Существует два основных метода создания управляемого потока капель - непрерывный и импульсный.
Первый из них весьма похож на процесс, происходящий в кинескопе: в сторону носителя направляется непрерывный чернильный поток, разбиваемый на капли под действием вибрации сопла. С помощью электрода, охватывающего выход из сопла, вылетающие капельки приобретают электрический заряд, который позволяет в дальнейшем придавать потоку необходимую траекторию, конечным пунктом которой может быть как носитель, так и специальный уловитель, попав на который чернила возвращаются в резервуар для повторного использования. Весьма существенный плюс этой технологии заключается в высоком быстродействии подобных систем и практическом отсутствии различимых для глаза точек, что дает цветные изображения великолепного качества. Однако за это приходится расплачиваться невысокой скоростью получения изображения, высокими эксплуатационными расходами (дорогие электропроводные чернила и сложность в обслуживании) и, наконец, дороговизной самого оборудования. Как результат - такие системы совершенно не встречаются в устройствах начального уровня и очень редко в коммерческих реализациях, они - для мощных предприятий с рекламно-полиграфическим уклоном.
Наибольшее распространение получил другой - импульсный - тип струйных технологий. В отличие от систем непрерывного действия, импульсные струйные головки ? это асинхронные устройства, то есть печатающая головка выстреливает - чернила только тогда, когда это действительно требуется. В таких головках каждое сопло имеет устройство, предназначенное для создания в нужные моменты избыточного давления. Последнее выталкивает из камеры капельку чернил, которая по инерции пролетает зазор между соплом и носителем. Так, капелька за капелькой, точка за точкой формируется изображение. Управляемые системы принципиально менее сложны в изготовлении, однако для их работы требуется устройство создания импульсов давления примерно втрое более мощное, чем для систем непрерывного действия.
И именно здесь на арену выходят два метода создания этого самого избыточного давления. Его источником может быть либо кристалл пьезоэлектрика, действующий как микропоршень на одну из стенок камеры, либо тепловой импульс.
Термический, или пузырьковый, метод .
Этот метод предоставляет капле возможность самостоятельно переместиться к носителю за счет испарения ее части. Доза чернил подвергается резкому нагреву тонкопленочным резистором с <казенной> части сопла, при этом часть жидкости практически мгновенно испаряется и капля <выстреливается> наружу, по возможности в сторону носителя. После <выстрела> чернильный пар конденсируется, пузырек схлопывается и в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого всасывается новая порция чернил. Важной конструктивной особенностью такого печатающего устройства является тихая работа, простая конструкция и высокая надежность сопел. Использующие такой метод печатающие головки обладают самым высоким соотношением производительности и стоимости изготовления и применяются сегодня практически во всех офисных печатающих устройствах. Для их использования, однако, требуются специальные чернила, которые должны достаточно легко испаряться без возгорания и краситель которых не должен подвергаться разрушению при термическом ударе.
Пьезоэлектрический метод.
Собственно пьезоэлемент представляет собой преобразователь энергии электрического импульса в механическое перемещение (как, впрочем, и наоборот: механические усилия превращает в электрические, чем регулярно пользуется каждый, прикуривающий от пьезозажигалки). В таких головках напротив сопла установлен многослойный пьезоэлемент, который, выгибаясь, приводит к созданию избыточного давления в чернильной камере, приводящего к <выстрелу> капли. Кроме этого, в последней модели печатающей головки фирмы Epson, позволившей довести разрешение до 1440 dpi, применяется технология улучшенного управления мениском красителя (Advanced Meniscus Control), позволяющая избавиться от облака паразитных спутниковых капелек, летящих вслед основной. Для этого непосредственно после вылета капли кристалл выгибается в противоположную сторону, создавая в камере пониженное давление, приводящее к небольшому втягиванию мениска красителя внутрь сопла. Это предотвращает его колебание, сопровождающееся выбросом паразитных капелек. Кроме того, форма и размер основных капель получаются одинаковыми, а также улучшается их позиционирование. Основным недостатком такой печатающей головки является ее относительно высокая, по сравнению с термической, стоимость производства, в результате чего подобные головки не делают сменными ? расходной частью служит только бачок с чернилами. Смена же головки в случае ее выхода из строя сравнима по затратам с покупкой нового принтера. В коммерческих принтерах такие печатающие головки использует исключительно фирма Epson.
Чернила
Чернила для струйных принтеров должны удовлетворять целому ряду противоречивых условий. С одной стороны, они не должны быть слишком густыми, иначе микроскопические сопла быстро забьются; с другой - они не должны быть и слишком жидкими, иначе будут легко растекаться по бумаге. Они должны вскипать и конденсироваться без изменения свойств, их поверхностное натяжение должно быть таким, чтобы чернила самопроизвольно не вытекали из сопел, но образовывали капельки строго определенного размера. Чернила должны быстро сохнуть, чтобы, опять-таки, они не успели растечься по бумаге и заполнить участки другого цвета или смазаться при печати. Но, если при этом они будут сохнуть слишком быстро, забьются сопла головок. Высохшие чернила должны плохо растворяться (или даже совсем не растворяться), иначе изображение будет нестойким и смажется даже от прикосновения влажных рук. И в то же время, на случай прочистки засорившигося сопла, требуется хоть какой-то способ растворить чернила. Для принтеров, использующих пьезоэлектрическую конструкцию печатающей головки, весьма важным оказывается сопряжение чернил с электродами: красители не должны вызывать коррозию металла.
Наконец, обязательным требованием к цветным чернилам является очень точный спектральный состав, иначе получаемые при смешении цвета будут <грязными>. После высыхания они должны быть прозрачными, иначе не получится естественного смешения цветов. Плюс устойчивость к выцветанию, экологическая частота и, само собой разумеется, нетоксичность.
Оптимальный состав черных чернил уже найден. Практически у всех производителей они представляют собой взвесь очень мелкого нерастворимого минерального порошка черного цвета. При попадании чернил на бумагу жидкость впитывается, а порошок прилипает к поверхности, и растекания не происходит. Но для цветных чернил этот рецепт не годится: во-первых, как уже было сказано, они должны быть прозрачны, а во-вторых, практически невозможно подобрать минеральные краски нужного спектрального состава.
