Як працює струменевий принтер

Струменевий принтер є подальшим розвитком ідеї матричного принтера, тому в його конструкції збережено багато з елементів попередника.
Головним елементом струменевого принтера є друкуюча головка. Друкуюча головка складається з великої кількості сопел, до яких підводяться чорнило. Чорнило подаються до соплам за рахунок капілярних властивостей і утримуються від витікання за рахунок сил поверхневого натягу рідини. В головку вбудований спеціальний механізм, що дозволяє викидати з сопла мікроскопічну крапельку чорнила. Залежно від пристрою цього механізму розрізняють належність принтера до того чи іншого класу.
В струменевих принтерах використовується один з двох методів викидання чорнильних крапель:
- П’єзоелектричний (Epson);
- Метод газових пухирців (Canon, НР).
В основі п’єзоелектричної технології лежить здатність п’єзоелемента деформуватися під впливом електричного поля. У кожне сопло друкуючої головки вбудована плоска мембрана, виготовлена з пьезокристалла. Під впливом електричного імпульсу мембрана деформується, а створюване при цьому тиск викидає з сопла мікроскопічну краплю чорнила.
Схема пьезоголовки
В основі методу газових бульбашок лежить швидке нагрівання невеликого обсягу до температури кипіння. Швидкість нагріву настільки велика, що вона подібна до вибухового процесу. Утворений при цьому пар викидає з сопла мікроскопічну краплю чорнила. Для реалізації цього методу в кожне сопло вбудовується мікроскопічний нагрівальний елемент.
Схема термоголовки
Кожен з цих двох способів по-своєму привабливий, проте кожен з них не вільний від недоліків.
- П’єзоелектрична технологія найбільш дешева, відрізняється більш високою надійністю (т. к. не використовується висока температура). Цей спосіб управління менш інерційний, ніж нагрівання, що дозволяє підвищити швидкість друку.
- Бульбашкова технологія пов’язана з високою температурою. При високій температурі нагрівач з часом покривається шаром нагару, тому в принтерах, що використовують цю технологію, друкуюча головка досить часто виходить з ладу. У таких випадках вона разом з резервуаром для чорнила утворює конструктивний єдиний вузол.
Друкуючі голівки можуть конструктивно об’єднуватися з чорнильним картриджем і замінюватися одночасно з ним, а можуть бути встановлені в принтері постійно – при цьому замінюється тільки картридж. Кожен з цих варіантів має свої переваги і недоліки. Здавалося б, що чорнильна ємність без друкуючої головки повинна коштувати набагато дешевше, ніж в комбінації з друкуючої головкою. На ділі цього не відбувається помітного здешевлення експлуатації при постійно встановленої в принтері друкуючої головки не спостерігається. У той же час, легко змінна друкуюча голівка дозволяє легко вийти з труднощів, пов’язаних із засиханням чорнила в її каналах. Слід пам’ятати, що якщо чорнило засохнуть в голівці, то її, як правило, слід змінювати, якщо своєчасно не будуть вжиті відповідні заходи. Для того, щоб зменшити ризик засихання чорнила в каналах головки, передбачається спеціальне положення парковки. У більшості принтерів передбачена функція очищення сопел. Тим не менш, все це не дає повної впевненості, що при експлуатації друкувальну голівку не доведеться міняти.
Головка разом з ємностями для чорнила закріплюється на каретці, яка спеціальної направляючої здійснює зворотно-поступальний рух впоперек аркуша паперу. Хоча спосіб “об’єднання друкуючої голівки і ємності для чорнила конструктивно найбільш простий і в силу цього одержав широке поширення, він не є оптимальним. Справа в тому, що каретка повинна досить швидко рухатися, а також досить швидко змінювати напрямок руху, бо швидкістю її руху визначається швидкість друку. Для цього рухома каретка повинна бути мало інерційною, тобто мати можливо меншу масу. З цією метою зменшують об’єм ємності для чорнила. Тому, переважніше виявляється розміщення ємності для чорнила на нерухомій частині принтера, а подачу чорнила до друкуючих голівок здійснювати за допомогою спеціальних трубопроводів.
Така система дозволяє підвищити швидкість друку і одночасно збільшити ємності для чорнила, однак система трубопроводів конструктивно настільки складна, що така конструкція використовується дуже рідко.
В процесі друку аркуш паперу переміщається уздовж тракту друку за допомогою спеціального механізму. Його основу становить гумовий валик, що приводиться в рух кроковим двигуном. До валику папір притискається допоміжними обгумованими роликами. Протяжка відбувається за рахунок сил тертя при повороті валика. У старих конструкціях принтерів папір для друку заправлялася в принтер полистно. Це було дуже незручно, так як при друку багатосторінкових документів вимагалося постійне присутність оператора тільки для того, щоб вкладати в принтер черговий аркуш паперу і повторно запускати процес друку. В сучасних принтерах процес подачі паперу автоматизований. В приймальний лоток принтера можна закласти перед початком друку стос паперу, черговий лист з якої по мірі необхідності автоматично буде захоплюватися і подаватися в друкарський тракт. Кількість аркушів паперу, який може бути закладено в приймальний лоток в різних моделях принтерів відрізняється, але зазвичай воно складає 50-100 аркушів. Драйвери, що керують процесом друку, дозволяють встановлювати необхідну кількість копій і вказувати сторінки або частини сторінок, які повинні бути роздруковані. Автоматизація процесу подачі паперу зробила експлуатацію принтера виключно комфортною. Ці зручності особливо відчутні при великих обсягах друку: достатньо закласти в приймальний лоток папір, вказати параметри друку і запустити виконання програми друку. Все інше принтер зробить автоматично. Подальший розвиток ідеї автоматизації призвело до створення принтерів, які дозволяють проводити друк в автоматичному режимі, використовуючи обидві сторони аркуша. Правда, такі пристрої ще досить дорогі і використовуються лише в деяких дорогих моделях принтерів.
Конструктивно пристрій для подачі паперу виконується по-різному в різних типах принтерів, однак існують дві основних схеми, ті чи інші варіанти яких використовуються найбільш часто. Кожна з цих схем по-своєму зручна, і, в той же час, кожна не вільна від деяких недоліків. Схеми з верхньою подачею паперу вимагають наявності достатньої зони обслуговування зверху корпуса принтера, тому такі принтери мало придатні (або іноді навіть зовсім не придатні) для установки в нішах з обмеженою висотою. Розташований знизу приймальний лоток часто робиться відкидним, а іноді і зовсім відсутня. При такому пристрої принтер займає менше місця на робочому столі, що іноді важливо. Така конструкція використовується в принтерах Epson, Canon. У схемах з нижньою подачею приймальний лоток розташовується над подає, що забезпечує максимум зручностей при експлуатації. Така схема розташування лотків характерна для більшості струменевих принтерів, що випускаються під торговою маркою HP. Непотрібність верхньої зони обслуговування дозволяє встановлювати цей принтер в нішах обмеженою висоти (рівній висоті самого принтера). До недоліків таких принтерів слід віднести те, що вони займають більше місця на робочому столі. Іноді це компенсується можливістю складати прийомний і подає лотки в неробочому стані. У таких випадках, для приведення принтера в працездатний стан необхідні допоміжні операції по приведенню лотків в робоче положення. У більшості принтерів HP лотки не складаються, що забезпечує постійну готовність до роботи.
Синхронне взаємодія всіх механізмів принтера, а також його зв’язок з системним блоком ПК забезпечується пристроєм управління. Це складний електронний пристрій, що представляє собою міні-комп’ютер. Саме воно здійснює двосторонній обмін інформацією з ПК, зберігання і необхідні перетворення інформації, формування керуючих сигналів на робочі органи принтера.
Для контролю за станом принтера зазвичай передбачена елементи управління та індикації. Управління здійснюється за допомогою кнопок, а індикація – світлодіодів. Кількість органів управління, як правило, невелика, а іноді вони взагалі відсутні, а управління принтером і індикація його стану виробляються за допомогою самого ПК.
Для підключення принтера до ПК використовується паралельний порт. Спочатку принтери підключалися до раніше розробленого послідовного порту RS-232. Однак цей порт був досить дорогим (він не інтегрувався в системну плату, як це прийнято сьогодні, а розташовувався на окремій платі розширення), що зупиняло потенційних покупців принтерів. З метою вирішення цієї проблеми фірма Centronics в 1976 році розробила спеціально для підключення принтерів паралельний 8-ми бітний інтерфейс. Новий інтерфейс виявився не тільки дешевше послідовного, але і набагато продуктивнішою забезпечуючи 500 Кбіт/с (замість 20 Кбіт/с для послідовного порту). Єдиним недоліком нового порту була відносно невелика довжина з’єднувального кабелю, що для нормальної роботи не повинна перевищувати 1,8 м (проти 15м для послідовного порту). Цей недолік для роботи з принтером був несуттєвим порівняно з масою достоїнств, і новий інтерфейс став повсюдно застосовуватися для підключення принтерів. З тих пір паралельний порт неодноразово удосконалювався.Всі елементи конструкції, що входять в принтер, зібрані на металевому шасі, яке часто виконує роль нижньої площини принтера. Елементи конструкції закриті пластмасовим корпусом. Центральну частину принтера займає тракт проходження паперу. Зліва зазвичай розміщуються елементи приводу, а з правого боку – місце паркування головок. Тут часто розміщуються пристрої керування і контролю і керуюча електроніка. Зазвичай домпоновка принтера досить щільна і, незважаючи на здаються великі габарити, вільне місце всередині принтера практично відсутня. Ця обставина іноді змушує робити виносний блок живлення, який в експлуатації менш зручний. Вбудовані блоки живлення зазвичай встановлюються в принтерах Epson, для принтерів HP і Canon характерний виносний блок живлення.