Drukarki
Należy do grupy drukarek uderzeniowych, mozaikowych. W mechanizmach mozaikowych znak pisarski tworzony jest z punktów (najczęściej kropek).W drukarce igłowej punkt powstaje na skutek mechanicznego przeniesienia barwnika z taśmy barwiącej na papier poprzez dynamiczne dociśnięcie taśmy przez element drukujący (igłę) do papieru i elementu oporowego (wałka lub listwy oporowej). Igły umieszczone są w głowicy piszącej tak, że ich zakończenia znajdują się w jednej lub dwóch kolumnach. W czasie zapisu głowice przesuwają się ruchem jednostajnym wzdłuż wiersza a odpowiednie elementy napędzające igły powodują zapisywanie punktów tworzących znak pisarski.
1. Wałek drukarski oraz traktory służą do transportu papieru.
2. Kolce traktorów pociągowych powodują ciągnięcie papieru; regulowany odstęp pomiędzy traktorami pozwala ustawić dowolny format papieru perforowanego (ograniczony jedynie szerokością wałka).
3. Dźwignia jarzma papieru zapewnia jego docisk na wysokości głowicy do wałka drukarskiego; spełnia zatem funkcję przytrzymywacza.
4. Wspornik papieru pozwala podawać kolejne arkusze papieru oraz dzięki odpowiednim prowadnicom ustalić jego format i marginesy.
5. Dźwignia tarciowa (zwalniacza) pozwala odsunąć papier od wałka i przyłączyć podajnik traktora lub odwrotnie. Działa zatem na zasadzie przełącznika.
6. Przeznaczenie głowicy oraz taśmy barwiącej jest oczywiste.
7. Pulpit sterowniczy pozwala na wykonanie wielu funkcji. Oto kilka z nich:
- przełączenie pomiędzy trybem gotowy do pracy oraz zajęty (przygotowany do definiowania),
- podawanie papieru,
- przesuwanie papieru o linię i o całą stronę,
- definiowanie trybu drukowania, na który składa się wybór czcionki oraz jakość druku.
8. Pokrętło wałka służy do przewijania papieru ciągłego lub pojedynczego. Zalecaną metodą jest jednak stosowanie odpowiednich przycisków na pulpicie sterowniczym.
Igła pisząca napędzana jest elektromagnesem, najczęściej klapkowym. W drukarkach igłowych wierszowych - elektromagnesem rurnikowym. W czasie spoczynku igła jest dociskana do elektromagnesu przez sprężynę zwrotną. W niektórych rozwiązaniach igła była połączona na stałe ze zworą elektromagnesu za pomocą lutu twardego. Igła jest prowadzona przy zworze oraz tuż przy miejscu wydruku prowadnicy ustawiającej igły w jednej lub dwóch kolumnach.
Przejście papieru przez drukarkę.
Igła:
- średnica 0,5mm,
- pole pow. zakończenia igły 0,2mm2,
- czas styku igły z papierem max 3 ms,
- częstotliwość uderzenia igły od 300 razy/s.
- Igły wykonane są z cienkich drucików o średnicy do 0,5 mm wykonanych z wolframu, wanad, lub innych twardych metalów lub ich stopów.
- Trwałość igły wynosi ok. 500 000 000 uderzeń.
b. Drukarki atramentowe
W drukarkach atramentowych (ang. inkjet printer) punkty druku są tworzone przez kropelki atramentu wystrzeliwane z głowicy zawierającej dysze o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów. Krople atramentu są wyrzucane z dyszy przez odkształcające się po przyłożeniu napięcia piezokryształy lub przez pęcherzyki gazu tworzące się po podgrzaniu atramentu powyżej temperatury wrzenia. Objętość pojedynczej kropli wynosi od kilku do kilkudziesięciu pikolitrów. Dysze mogą pracować w trybie ciągłym z odchylaniem kropli lub w trybie przerywanym. Pierwsza drukarka atramentowa PT 80i została wyprodukowana przez firmę Siemens w roku 1977. Drukarka ta miała głowicę z 12 dyszami pracującymi w trybie przerywanym i generującymi krople metodą piezoelektryczną. Prędkość druku nie przekraczała 270 znaków na sekundę. Atrament jest najczęściej przechowywany w pojemnikach w postaci ciekłej. W niektórych konstrukcjach atrament ma postać stalą i jest roztapiany tylko na czas drukowania. Atrament ciekły jest absorbowany przez papier i ma tendencję do rozmazywania się. Zaletą stosowania atramentu w postaci stałej jest to, iż zawierające wosk barwniki zastygają natychmiast po napyleniu na papier. Po nadrukowaniu barwniki w stanie stałym są prasowane i wygładzane. Jakość wydruku w dużym stopniu zależy od papieru. Najlepszy efekt można uzyskać, stosując specjalny papier powlekany lub nabłyszczany. Obecnie głowice drukarek atramentowych zawierają do kilkuset dysz i pozwalają na uzyskiwanie rozdzielczości do 1440x720; w powszechnie stosowanych drukarkach uzyskuje się rozdzielczości z zakresu od 360x360 do 1200x1200. Szybkość druku zależy od tego, czy drukowany jest obraz kolorowy czy czarno-biały, i wynosi najczęściej od jednej do ośmiu stron na minutę. Przewiduje się, iż w przyszłości liczba głowic wzrośnie do kilku tysięcy, co zwiększy szybkość i jakość drukowania.
Głowica drukarki atramentowej może pracować w trybie ciągłym. W takim wypadku podczas drukowania atrament stale wydobywa się z głowicy (ang. continous flow). Po wyrzuceniu z dyszy krople są ładowane w polu między elektrodami ładującymi. Jeżeli punkt ma być wydrukowany, to bez przeszkód trafiają na papier. W przeciwnym razie pomiędzy elektrodami odchylającymi pojawia się pole elektryczne, które odchyla wiązkę kropli i kieruje ją do pochłaniacza. Rozwiązaniem alternatywnym wobec głowic pracujących w trybie ciągłym są głowice pracujące w trybie przerywanym (ang. drop-on-demand). Atrament z głowicy jest wyrzucany tylko wtedy, gdy istnieje taka potrzeba. W większości stosowanych obecnie drukarek atramentowych wykorzystuje się głowice pracujące w trybie przerywanym.
W drukarce tego typu zastosowane są przetworniki elektrociśnieniowe w postaci cienkich rurek w sąsiedztwie, których znajdują się elementy grzejne, sterowane sygnałami elektrycznymi. Przepływ prądu powoduje podgrzanie atramentu, znajdującego się w kanale doprowadzającym atrament. Powoduje to powstanie pęcherzyka pary o zwiększającej się pojemności. Pod wpływem tworzącego się pęcherza rośnie ciśnienie w kanale doprowadzającym atrament i powoduje wystrzelenie miniaturowej kropelki atramentu z dyszy. Ciśnienie w tym kanale gwałtownie spada i zassana zostaje nowa porcja atramentu ze zbiornika do kanału. Metoda bubble jet umożliwia druk barwny przez zastosowanie trzech zespołów piszących z atramentem i mieszanie atramentu w odpowiednich proporcjach na papierze. Drukarki tego typu zapewniają dobrą jakość druku o rozdzielczości 300 dpi, przy matrycy znaków 36/48 punktów. Zapisz jest szybki - ok. 220 znaków/sekundę. Konstrukcje głowic piszących są proste.
Głowica buble jet wykonana jest w technologii cienkowarstwowej w postaci układu na płytkach krzemowych. Podczas wytwarzania stosuje się takie same rzeczy jak podczas wytwarzania układów scalonych. Kanały dla atramentu, dysze, elementy grzejne oraz połączenia elektryczne powstają poprzez nanoszenie na płytkę kolejnych warstw np. za pomocą napylania, którym następnie nadaje się odpowiednią strukturę. W rezultacie takiego procesu, składającego się z ponad 100 etapów, na płytce krzemowej można utworzyć wiele głowic bubble jet. Głowice te mogą być wykonane z dokładnością do 1000 części mm. Proces produkcji odbywa się w sterylnych warunkach. Dzięki zastosowaniu technologii cienkowarstwowej, koszt produkcji głowic jest niewielki, umożliwia zwiększenie rozdzielczości druku poprzez umieszczenie w głowicy większej ilości dysz. Głowica bubble jet posiada kilkadziesiąt dysz drukujących. Do każdego elementu grzejnego przesyłany jest impuls napięcia trwający 3¸7 ms, rozgrzewający dyszę do 5000C. Temperatura na styku dysza - atrament wynosi 3000C. Zwiększenie czasu trwania impulsu powoduje spalenie elementu grzejnego. Atrament odparowuje w ciągu 15 ms, tworząc ciśnienie ok. 10 bar, wypychając kroplę z prędkością 10 m/s. Zanikanie pęcherzyka trwa ok. 40 ms, natomiast zassanie następnej porcji atramentu trwa ok. 200 ms i odbywa się dzięki zjawisku włoskowatości.
Technologia powstawania kropli w drukarce Bubble Jet
Drukarki atramentowe umożliwiają druk w kolorze. W monitorach stosowana jest aktywna synteza barw z trzech podstawowych kolorów RGB. W przypadku drukarek stosowana jest subtraktywna synteza barwy polegająca na tym, że ze spektrum światła białego padającego na przedmiot są wygaszane przez działające jak filtry - barwniki o kolorach dopełniających czerwień, zieleń i niebieski i nie są odbijane przez powierzchnię obiektu. Podstawowymi kolorami druku są: zielonkawo - niebieski - cyjan (filtrujący czerwień); karmazynowy - magenta (filtrujący zieleń); żółty (filtrujący niebieski). Nałożenie wszystkich trzech kolorów, daje wrażenie czarnego.
Głowice z przetwornikiem elektrociśnieniowym bubble jet produkowane są jako zespoły wraz ze zbiornikiem atramentu, które po wyczerpaniu atramentu są wymieniane. Wewnątrz komory głowicy, w której następuje tworzenie bąbelków odparowanego atramentu na podłożu silikonowym umieszczony jest element grzejny. Na nim znajduje się warstwa polimerowa tworząca komorę w której powstają bąbelki ciśnieniowe. Specjalny kształt komory w gąbczastym polimerze nasyconym atramentem powoduje uformowanie bąbelka i tłumi wzajemne oddziaływanie ciśnienia atramentu w sąsiednich dyszach. Umieszczenie dysz względem siebie jest bardzo precyzyjne, a ze względu na bardzo bliskie położenie dysz oraz ich zasilania musi być zróżnicowany aby nie oddziaływały one wzajemnie na siebie. Przykładowo jedna głowica może zawierać około 50 dyszy. Głowica drukująca zawiera na tylniej stronie płytkę z dyszami oraz z obwodem drukowanym wraz z polami kontrolnymi do zasilania elementów grzejnych z układu sterującego. Wewnątrz umieszczona jest gąbka polimerowa nasycona atramentem.
Głowica piezoelektryczna składa się z kanałów natryskujących zakończonych płytką metalową z dyszami, korpusu głowicy, wymiennego zbiornika z atramentem oraz podzespołu przesłaniania dysz na czas spoczynku głowicy. Pojemnik z atramentem wyposażony jest w igłę doprowadzającego atrament do systemu zasilającego dyszę natryskującą, umieszczony jest on w głowicy w taki sposób, że jego górna powierzchnia jest nieco wyżej nisz wyloty dysz. Powoduje to powstanie w dyszach menisku wklęsłego, zabezpiecza przed samoczynnym wypływaniem atramentu z dyszy. Funkcje przetworników pełnią w drukarkach rurki piezoelektryczne, umieszczonych w specjalnych kanałach wykonanych z tworzywa sztucznego. Pod wpływem przyłożonego napięcia do rurki piezoelektrycznej - zmniejsza się jej średnica, powodując powstanie wewnątrz rurki ciśnienia i wystrzelenie kropli atramentu w kierunku dyszy drukującej. W niektórych drukarkach zamiast rurek wykonanych z materiału piezoelektrycznego, zastosowano kanały wykonane z hartowanego szkła, na których umieszczono niewielkie płytki piezoelektryczne. Pod wpływem przyłożonego napięcia do płytki - ulegała ona wygięciu, powodując również wygięcie pasywnej rurki szklanej. Zmiana kształtu powodowała zmianę ciśnienia wewnątrz rurki. Kolejnym rozwiązaniem było zastosowanie jako przetwornika piezoelektrycznego długiej, płaskiej blaszki umieszczonej za komorą z atramentem. Pod wpływem impulsu elektrycznego - blaszka zmienia swą długość, powodując powstanie zmian ciśnienia i wystrzelenie kropli atramentu z dyszy. Obecnie stosowane są głowice z blaszkami piezoelektrycznymi.
Cechy charakterystyczne: mniejsza rozdzielczość druku, duża trwałość dysz drukujących (wymiana tylko zbiornika z atramentem), możliwość druku za pomocą wosków, możliwość druku w kolorze.
Atrament może być wystrzeliwany prostopadle lub równolegle do ułożenia opornika grzejnego lub membrany. Głowice, w których krople atramentu są wystrzeliwane prostopadle do opornika lub membrany, nazywamy głowicami typu Edgeshooter. Jeżeli krople atramentu są wystrzeliwane w kierunku równoległym, to mamy do czynienia z głowicami typu Sideshooter. Dysze w głowicach typu Edgeshooter zajmują mniej miejsca i mają większą trwałość, natomiast w głowicach typu Sideshooter można z większą precyzją ustawić średnicę dyszy. Do produkcji głowic wykorzystuje się technologię cienkowarstwową podobną do tej, która jest stosowana w produkcji układów scalonych. Kanaliki, dysze, oporniki grzejne oraz połączenia elektryczne powstają przez napylanie na płytkę krzemu kolejnych warstw i nadawanie im odpowiedniej struktury w procesie fotolitograficznym. Ponadto, do kształtowania dyszy w głowicach wykorzystuje się technikę laserową.
Pierwsza drukarka laserowa Xerox 9700 została wyprodukowana w 1977 roku, a jej cena wynosiła 350,000$. Drukarka ta pracowała z prędkością 7000 wierszy na minutę i rozdzielczością 300 dpi. W 1983 roku firma Canon opracowała tani mechanizm druku laserowego o symbolu LPB-CX. Mechanizm ten pozwalał na. wydrukowanie 3000 stron z rozdzielczością 300 dpi i prędkością 8 stron na minutę. W 1984 roku mechanizm ten zastosowano w drukarce HP LaserJet. Stała się ona swego rodzaju standardem dla następnych rozwiązań. W modelu Laser Jet Series II użyto doskonalszego mechanizmu LBP-SX, który pozwalał na wydrukowanie 4000 stron i dawał lepszy poziom zaczerniania powierzchni. Kolejne modele drukarek laserowych firmy Hewlett-Packard charakteryzowały się coraz większą pamięcią buforową, lepszą rozdzielczością, większą liczbą czcionek. Pierwszą drukarkę laserową pracującą z rozdzielczością 600 dpi wyprodukowała firma Lexmark w 1991 roku. W 1996 roku na rynku pojawiły się drukarki HP Colour LaserJet 5 i 5M. W wielu sytuacjach istnieje konieczność powielania wydrukowanych dokumentów. Często korzysta się w tym celu z dodatkowej kopiarki. Rozwiązaniem tańszym i szybszym jest zastosowanie technologii Multiple Original Printing (technologia ta jest także znana pod nazwą mopying). Wykorzystuje się w niej urządzenia łączące funkcje drukarki i kopiarki. Zamiast wielokrotnego kopiowania wydrukowanego dokumentu drukuje się go od razu w potrzebnej liczbie kopii na szybkiej, laserowej drukarce.
1. Laser/scanner
2. Układ wyjścia papieru
3. Układ prowadzenia papieru
4. Układ zgrzewania druku
5. Duplex
6. Górny podajnik papieru
7. Dolny podajnik papieru
8. Układ poboru papieru
9. Wielofunkcyjny układ poboru papieru
10. Wielofunkcyjny podajnik papieru
11. Układ registracyjny
12. Toner kaseta
Przesyłany do drukarki strumień znaków i komend jest przetwarzany przez procesor drukarki i zamieniany na postać mapy bitowej zapisywanej w pamięci (w trybie znakowym w pamięci są przechowywane kody znaków. Są one przetwarzane na mapy bitowe przed drukowaniem). Ponieważ cykl druku może się rozpocząć dopiero po przygotowaniu mapy bitowej całej drukowanej strony, od wielkości pamięci drukarki laserowej zależą: wielkość drukowanego obrazu i jego rozdzielczość.
Charakterystycznym elementem drukarki laserowej jest bęben pokryty warstwą OPC (organic photoconducting cartridge) lub krzemu amorficznego. Podczas pracy bęben jest wprawiany w ruch obrotowy. Drukowanie rozpoczyna się od naładowania powierzchni bębna. Następnie na całej długości jest on omiatany włączanym i wyłączanym promieniem lasera odbijającym się od obrotowego lustra (prędkość obrotowa - kilka tysięcy obrotów na minutę). Wiązka lasera punktowo rozładowuje powierzchnię bębna i tworzy obraz drukowanej strony. W drukarkach typu write-black miejsca naświetlone odpowiadają punktom, które mają być zadrukowane. W drukarkach write-white miejsca naświetlone odpowiadają punktom, które mają pozostać niezadrukowane. Drukarki write-black drukują ciemniejsze powierzchnie czarne, a drukarki write-white dokładniejsze detale. Po naświetleniu jednej linii bęben się obraca. Zawierające żelazo naładowane cząsteczki toneru są przyciągane do tych miejsc bębna, które odpowiadają punktom zadrukowywanym. Jednocześnie jest ładowany papier, przesuwający się w pobliżu drutu (ang. transfer corona) pod wysokim napięciem. Obrót bębna powoduje, że pokryte tonerem miejsca stykają się z powierzchnią papieru. Naładowany papier ma potencjał o tym samym znaku co bęben, lecz o większej wartości. Dzięki temu cząsteczki toneru są odrywane od powierzchni bębna i osiadają na papierze.
Zadrukowany papier jest przeciągany pomiędzy wałkami elementu utrwalającego, które topią żywicę zawartą w tonerze i wprasowują toner w papier. Proces drukowania kończy się rozładowaniem bębna i usunięciem resztek toneru z jego powierzchni oraz rozładowaniem zadrukowanego arkusza papieru. Do czyszczenia bębna używa się pompy próżniowej lub listwy czyszczącej. Na skutek wysokiego napięcia występującego pomiędzy drutem ładującym a arkuszem papieru powstają cząsteczki szkodliwego ozonu. W niektórych modelach drukarek zjawisko to eliminuje się przez zmniejszenie napięcia i zastąpienie drutu ładującego wałkiem z tworzywa sztucznego. Wałek ładujący styka się bezpośrednio z powierzchnią papieru. Bębny z krzemu amorficznego charakteryzują się większą twardością niż tradycyjne bębny OPC. Pozwalają na drukowanie na papierze makulaturowym oraz tanim papierze o zmiennej gramaturze i nierównych rozmiarach kartek. Toner tworzą nieregularne lub sferyczne cząsteczki o średnicy kilku mikrometrów zawierające żelazo, żywicę i barwnik. Niekiedy do toneru dodaje się cząsteczki ceramiczne czyszczące i polerujące bęben. Kolorowa drukarka laserowa zawiera 4 zbiorniki toneru z wałkami rozprowadzającymi.
1
Toudi