До теми 3. Технології Computer to… (CtF, CtP) та їхній зв’язок з безконтактними способами друку

Питання для самоперевірки до теми.

До теми 4. Електрофотографія

Питання для самоперевірки до теми.

До теми 5. Струменевий друк

Струменевий друк підрозділяється на друк безперервної дії (Continuous Ink Jet) і краплинно-струменевий друк (Drop on Demand), рідкі фарби, що використовують в основному. Останнім часом починають застосовуватися і так звані термофарби, які при нагріві переходять з твердого стану в рідкий. Вони подаються на запечатуваний лист і отверждаются при зниженні температури.

У безперервному струменевому друці створюється безперервний потік малих електростатичних заряджених крапель фарби. Ці краплі рухаються в електростатичному полі, яке відхиляє їх потік пристроєм, аналогічним використовуваному в електронно-променевих трубках. Управління напруженістю поля відповідно до зображення забезпечує їх попадання на папір в потрібному місці і в потрібній кількості. Заряд крапель відповідає негативному зображенню. Лише незначна частина потоку капіж, відповідний відтворному оригіналу, потрапляє на папір, переважаюча частина повертається в барвисту систему.

Струменевий друк безперервної дії підрозділяється на варіанти подвійного (бінарного) і багатократного відхилення крапель.

При бінарному відхиленні крапля має один з двох станів : незаряджене - для перенесення на папір і заряджене - для відхилення в електричному полі. При способі багатократного відхилення краплі мають різні заряди, щоб при проходженні в електричному полі по-різному відхилятися і прямувати на відповідні ділянки запечатуваного матеріалу.

Безперервний струменевий друк має в основному промислове застосування. Вона використовується в принтерах, призначених для нанесення на промислові і товарні вироби різних маркіровок і штрихкодів (Multideflection Continious InkJet). У оперативній поліграфії безперервний струменевий друк застосовується у високопродуктивних друкуючих установках з нерухомими голівками (цифрових друкарських машинах).

Сутність друку з безперервною подачею чорнила полягає в генерації безперервного струменя (послідовності) крапель з повідомленням для крапель, що беруть участь і не беруть участь у формуванні зображення, різних траєкторій руху. "Зайві" краплі потрапляють в пастку і повертаються системою рециркуляції в барвистий резервуар.

При капілярному диспергуванні в результаті нагнітання чорнила в барвисту камеру, через сопло викидається безперервний струмінь. Чорнильний струмінь відрізняється нестійкістю і має тенденцію розпадатися на краплі. Проте при природному утворенні краплі не відрізняються стабільністю розмірів і швидкості, тому в сучасних пристроях каплеструйной друку використовується примусовий розподіл струменя. Як правило, в неї вносяться періодичні обурення шляхом високочастотних (ультразвукових) коливань за допомогою п'єзоелектричного перетворювача. При цьому вдається стабілізувати параметри процесу краплеутворення і отримувати краплі однакового розміру із заданими частотою дотримання і швидкістю.

Менш поширено використання для генерації крапель електростатичних полів (електродиспергування). В цьому випадку чорнило поступає в сопло під невеликим тиском, а крапля утворюється в результаті порушення стійкості меніска чорнила під дією великої різниці потенціалів (близько 2 кВ) сопла і електроду, що знаходиться біля нього. Рух краплі до запечатуваного матеріалу відбувається під дією ще більшої різниці потенціалів (близько 7 кВ).

Існує декілька варіантів реалізації процесу каплеструйной друку з безперервною подачею чорнила. При найбільш поширеній схемі краплі вибірково заряджаються електродом. Заряджені краплі спрямовуються пластинами, що відхиляють, на запечатуваний матеріал, а незаряджені потрапляють в пастку. При цьому варіанті процесу за рахунок повідомлення крапель різної величини заряду може вироблятися розгортка зображень по вертикалі або горизонталі, тобто за один прохід друкуючої голівки друкуються декілька рядків або декілька точок в одному рядку.

В той же час описана схема не забезпечує високої точності позиціонування крапель на запечатуваному матеріалі через наступні причини:

різна величина шляху крапель з різною величиною заряду від сопла до запечатуваного матеріалу;

різні кути падіння на запечатуваний матеріал крапель з різною величиною заряду;

траєкторія польоту крапель спотворюється із-за взаємодії їх зарядів;

траєкторія польоту крапель спотворюється із-за їх аеродинамічної взаємодії.

Цих недоліків позбавлена схема, при якій незаряджені краплі потрапляють на запечатуваний матеріал, а заряджені прямують в пастку. Проте при такому варіанті реалізації процесу вертикальна розгортка зображення виробляється тільки за рахунок переміщення друкуючої голівки або запечатуваного матеріалу (об'єкту), тобто продуктивність друкуючого пристрою значно знижується.

За принципом безперервної дії побудована високошвидкісна струменева друкарська система 3600 фірм Scitex Digital Printing. Система складається з двох послідовно розташованих модулів для друку на рулонному матеріалі. Окрема голівка має довжину близько 108 мм, розташування сопел дозволяє отримати дозвіл 240 dpi (1024 сопла в одній голівці), швидкість друку до 2 м/с.

Головна перевага пристроїв з безперервною подачею чорнила - висока швидкість друку. У цих пристроях не виникає проблеми висихання чорнила в соплі, властивій пристроям з імпульсною подачею чорнила. До переваг безперервного струменевого друку можна віднести також можливість отримувати на відбитку багатобарвні зображення насиченого кольору і високої якості.

Недоліки:

- високі витрати на витратні матеріали (передусім на чорнило),

- складність в обслуговуванні самого устаткування і його дорожнеча,

- складність конструкції устаткування

- недостатньо висока точність позиціонування краплі із-за великого шляху польоту;

- висока швидкість польоту краплі призводить до того, що вона ударяється об запечатуваний матеріал, а це призводить до значного збільшення розміру точки в порівнянні з діаметром краплі.

У краплинно-струменевих технологіях крапля утворюється тільки тоді, коли це потрібно для створення зображення. Створення і напрям до запечатуваного матеріалу крапель в цих пристроях відбувається під дією тиску. Для того, щоб чорнило викидалося з сопла по одній краплі, підвищення тиску повинне мати характер короткочасного імпульсу.

Крапля може утворитися або за допомогою зміни температури (бульбашкова струменева технологія), або об'єму камери в сопловому каналі (п’єзоструйна технологія).

Краплинно-струменевий друк класифікується за способом утворення окремих крапель.

При термічному струменевому друці це відбувається при нагріванні рідкої фарби до її випару. Під тиском бульбашки пари з сопла викидається крапля фарби - звідси і назва "Бульбашковий струменевий друк".

Сучасні технології термічного струменевого друку дозволяють створювати краплі діаметром 35 мкм. Частота випускання крапель знаходиться в діапазоні від 5 до 8 кГц. Роздільна здатність пристроїв залежить від об'єму (діаметру) крапель. При діаметрі крапель 35 мкм досягається роздільна здатність 600 dpi, при цьому діаметр точки на відбитку складає 60 мкм. На роздільну здатність впливає також в'язкість фарби, всмоктуюча здатність паперу і т. д.

Друкуючі пристрої, що використовуються в настільних видавничих системах, оснащені переважно голівками термічного струменевого друку. Для кожної фарби (при багатобарвному друці) в них застосовується окремий елемент. Часто використовується окрема голівка тільки для найбільш вживаної чорної фарби, а для блакитної, пурпурної і жовтої - загальна. Випускається високопродуктивне устаткування з дозволом в 600 dpi з частотою крапель, наприклад, в 8 кГц. Вони мають записуючі голівки з 300 соплами. Конструкція голівки має багаторядне розташування сопел із зміщенням, щоб отримати необхідний дозвіл і можливість управління.

Гідністю цього друкуючого пристрою є простота конструкції сопел. Окрім низької вартості виготовлення, такі пристрої мають також ряд інших переваг:

- висока надійність кожного сопла; спрощена конструкція голівки зменшує розмір друкуючого вузла, оскільки не потрібно заміну сопел;

- тонкі і конструктивно прості сопла можуть розташовуватися щільніше і ближче один до одного, що збільшує роздільну здатність друку;

- безшумна робота друкуючої голівки.

Головними достоїнствами термоелектричних каплеструйных друкуючих пристроїв є досить висока якість друку і низька ціна друкуючої голівки.

Провідними виробниками друкарських систем, що працюють за цією технологією, є фірми Hewlett-Packard і Canon.

У п’єзоструменевих системах утворення і викид краплі відбувається внаслідок зміни об'єму в барвистій камері за рахунок п'єзоелектричного ефекту.

П’єзоструменевий друк на відміну від термічного реалізує випуск краплі фарби внаслідок зміни об'єму каналу, а не шляхом нагрівання і випару рідини усередині системи. Для реалізації невеликих систем оптимально підходять п’єзокерамічні матеріали з електричним управлінням. Такі матеріали під час подавання електричного імпульсу змінюють свою форму. При створенні систем п’єзоструменевого друку, як правило, використовується "режим зрушення", коли відбувається деформація геометрії елементу.

В середину циліндричного п’єзоелектріка поміщають чорнило, при подачі електричного імпульсу стінки такої барвистої камери стискуються, внаслідок чого відбувається викид краплі. Плоский п’єзоелектрік утворює одну із стінок барвистої камери, при подачі електричного імпульсу він згинається, виштовхуючи чорнильну краплю з сопла. Плоскі п’єзоелектріки відрізняються низькою вартістю, проте їх коливання з досить великою амплітудою обумовлюють високі вимоги до міцності корпусу друкуючої голівки.

Контроль розміру крапель при п'єзоелектричному каплеструменевому друці здійснюється шляхом регулювання напруги, що подається на п’єзоелектрік.

Можливість точного контролю розміру крапель і обумовлена цим висока якість друку є головними достоїнствами п'єзоелектричних каплеструменевих друкуючих пристроїв. Також слід зазначити досить високу довговічність друкуючих голівок. Основні недоліки - висока вартість друкуючих голівок і їх чутливість до присутності в чорнилі бульбашок повітря.

Використання п’єзокерамічних матеріалів дозволяє отримувати різну геометричну побудову як сопів, так і їх систем.

На відміну від термічних механіко-електричні п’єзоструменеві системи дають можливість створити вищі частоти випускання крапель і застосовувати різні рецептури фарб.

Перші системи за п’єзоструменевою технологією і сопловими голівками почали вироблятися в 1990 р. Нині подібні системи з роздільною здатністю від 180 до 600 і більше dpi випускаються різними фірмами і знаходять досить широке застосування. Це друкарські системи HS - IPS фірми Broter/Spectra, M 2000 фірм Group SET, Info Print 4000/InfoPrint Hi - Lite Color фірми IBM та ін.

Системи п’єзоструменевого друку можуть використовуватися у вигляді вбудовуваних секцій для вдруковування додаткової інформації на заздалегідь запечатаний іншим способом рулонний матеріал.

Третім різновидом є електростатичний краплинно-струменевий друк. Існують різні його варіанти, проте загальним для усіх є те, що між системою струменевого друку і запечатуваним матеріалом існує електричне поле. Відповідно до зображення в сопельной системі встановлюється або рівновага сил, або поверхневе натягнення між фарбою і вихідним соплом змінюється під дією сил поля так, що відбувається відділення краплі фарби. Управляючий імпульс (електричний сигнал або подача тепла) стимулює процес.

У електростатичних струменевих системах між струменевою голівкою і запечатуваним матеріалом створюється електричне поле. Генерування крапель фарби для отримання зображення виробляється подачею відповідних імпульсів, що управляють. Подібні системи нині поки що знаходяться у стадії розробки і не знайшли досить широкого застосування.

Електростатичний струменевий друк з терморегулюванням в'язкості фарби почав розроблятися з 1995 р. Рідка фарба знаходиться під підвищеним тиском в резервуарі, накритому сопловою пластиною з отворами. Тиск подачі фарби і електричне поле між сопловою матрицею і поверхнею запечатуваного матеріалу створює рівновага з поверхневим натягненням рідини на краю сопла. Кожне сопло оснащене нагрівальними елементами у формі кільця, службовцями одночасно для індивідуального наведення напряму викиду краплі. Електричним імпульсом край сопла нагрівається, поверхневе натягнення змінюється і утворюється крапля

Така друкарська технологія названа її винахідником краплинно-струменевим друком LIFT (LIFT - Liquid Ink Fault Tolerant). Вона дозволяє створити недорогі друкуючі матриці великої площі з кількістю сопел, що перевищує необхідний дозвіл. Система реалізує отримання декількох градацій оптичної щільності. Дефекти якості відбитку, що виникають із-за відмови окремих сопел усуваються автоматичним включенням в роботу резервних сопел. Соплова система при відносній простоті конструкції (відсутність канальної системи, тільки одна соплова пластина) забезпечує високу роздільну здатність.

Питання для самоперевірки до теми.

7. Які ви знаєте види струменевого друку?

8. Які види безперервного струменевого друку ви знаєте?

9. Які види краплинно-струменевого друку ви знаєте?

10. Вкажіть область застосування різографії

11. Вкажіть особливості безперервного струменевого друку

12. Вкажіть принцип роботи термічного струменевого друку

13. Вкажіть принцип роботи електростатичного струменевого друку

14. Вкажіть принцип роботи п'єзоелектричного струменевого друку

15. Вкажіть принцип дії твердого чорнила для струменевого друку

16. Як може бути розв'язана проблема передачі світлих тонів при струменевому друці?