Что такое печатающая головка
Виды печатающих головок
При выборе струйного принтера полезно знать производителей и базовые технологии печатающих головок. Понимание их классификации и принципа работы поможет вам подобрать то устройство, которое подойдет именно вам.
Статика или динамика
Печатающие головки бывают статическими и динамическими. Первые представляют собой один из элементов печатающего аппарата, вторые таковыми не являются. Как правило, динамические печатающие головки – это расходный материал, который время от времени нужно менять. Ярким примером может служить принтеры компании HP.
Классификация по технологии печати
Печатающие головки работают по принципу распыления капель чернил на носитель. Разделяются изделия на такие, которые работают с непрерывной подачей и на головки с пьезоэлектрической импульсной подачей. Эти два основных типа разделяются на подтипы.
Пьезоэлектрические печатающие головки. Это один из наиболее распространенных типов. Такие печатающие головки используют принтеры Epson и Brother. У данной продукции возможен широкий выбор модификаций, которые варьируются в зависимости от носителей и областей использования печатающего устройства. Меняется совместимость с жидкостями, рабочая температура, количество дюз, размер капли и другие показатели.
Принцип работы таких головок базируется на том, что при подаче напряжения меняется форма кристаллов, из-за этого происходит деформирование камеры и генерируется импульс. Применяются данные изделия в полиграфии, в маркировке текстиля, гравировании и т.д.
Термоструйные печатающие головки. При работе в данных изделиях капли чернил формируются благодаря быстрому нагреву резистора до нескольких сот градусов. В результате жидкость кипит, образовывается импульс, за счет которого чернила вытесняется из камеры.
Основные достоинства таких головок – небольшой объем капли и высокая скорость печати. К ключевому недостатку можно отнести ограниченный выбор типа чернил, которые совместимы с данными изделиями.
Bubble-jet. Такие печатающие головки работают по так называемой пузырьковой струйной технологии, используются в принтерах Canon. Принцип работы этой продукции таков. На стенку сопла подается электрический импульс, температура нагревательного элемента, встроенного в стенку, резко растет, и чернила испаряются буквально в пару мгновений. В результате, пар расширяется и резко выдавливает чернила из дюз. Благодаря конструкции этих головок может достигаться относительно высокое разрешение печатающего устройства.
Важным преимуществом этих изделий считается возможность высококачественной печати текста и графики. Это возможно благодаря небольшому размеру капли, которая формируется в очень тонких соплах головки.
Drop-on-demand. Буквальный перевод с английского языка – «капля по требованию». Принцип работы похож на пузырьковую технологию, но кроме нагревательного элемента в процессе подачи чернил участвует также дополнительный элемент, который построен на свойстве частиц краски расщепляться в результате снижения поверхностного натяжения. Такой вид печатающей головки используется в принтерах HP.
Печатающая головка
Печатающая головка струйного принтера — что такое, разновидности, особенности
Печатающая головка (ПГ) — один из наиболее технически сложных элементов струйного принтера или МФУ и, по сути, главная его действующая деталь. ПГ отвечает за распыление чернил на поверхность носителя, так что её характеристики и особенности напрямую влияют на качество печати.
Типы ПГ по технологии печати
На рынке представлены два доминирующих типа голов, отличающихся технологией формирования чернильной капли:
Типы ПГ по отношению к картриджам
Для эффективного процесса печати на печатающую голову должна подаваться краска из специальных ёмкостей. Таким образом можно разделить принтеры по взаимному расположению ПГ и чернильных отсеков.
ПГ встроена в картридж. Довольно хитрая, с точки зрения маркетинга, система. Сам принтер представляет собой по сути механический блок, который протягивает бумагу и двигает каретку, а чернила и печатающая голова совмещены в картридже. В результате, само устройство стоит очень дёшево, а расходники к нему — чуть ли не дороже самого принтера. Картриджей при этом, обычно, всего два: чёрный и цветной. В последнем на каждый цвет приходится по 1-3 мл чернил. Несложно предположить, что надолго такого не хватит.
Картриджи устанавливаются в ПГ. В устройствах подобного типа картриджей уже больше двух (основа из четырёх: чёрного, голубого, пурпурного и жёлтого, но возможны дополнительные цвета) и они представляют собой просто контейнер с чернилами. Устанавливаются совместно с головой на каретке и в процессе печати находятся в движении. Подобное расположение актуально в основном для сравнительно недорогих домашних и офисных струйников с картриджами малой вместительности (примерно до 20 мл). Вес картриджей больших объёмов приводил бы к быстрому износу механики принтера.
Картриджи отдельно от ПГ. Для производительных офисных принтеров, а также широкоформатных устройств, актуальна установка картриджей отдельно от ПГ, в специальный отсек. Чернила передаются в голову по системе шлейфов и та не испытывает нагрузки от веса контейнеров. Таким образом, объём картриджей по сути не ограничен и в некоторых профессиональных устройствах может доходить почти до литра.
Типы ПГ по подвижности
Деление стало актуально в последнее время. Раньше наиболее существенным различием лазерных и струйных принтеров была скорость работы. Если в струйниках ПГ приходилось бегать от одного края листа к другому для формирования картинки, лазерный картридж сразу пропечатывал изображение по всей ширине страницы, то есть сильно быстрее.
С недавних пор на рынке представлены струйные устройства с так называемой линейной (или неподвижной) печатающей головой. На такой работают модели из серий Epson WorkForce Enterprise и HP PageWide. Скорость работы при этом сопоставима с лазерными машинами: ПГ распыляет краску сразу по всей ширине листа, не затрачивая времени на лишние движения.
Обычные печатные головы при этом могут либо называться неподвижными, либо просто никак не называться (если внимание на этом не акцентируют, значит и ПГ стандартная).
Характеристики ПГ
Стоит обратить внимание и на отдельные характеристики печатающих голов, сказывающихся на качестве получаемых изображений:
Использование ПГ
Печатающие головы не только наиболее технически сложные, но и самые уязвимые элементы принтеров. Основными неисправностями можно считать две:
Из-за чего возникают проблемы с печатающей головкой струйного принтера
Основные проблемы печати в струйных принтерах возникают в связи с тем, что чернила, проходящие по каналам подачи к печатающей головке, испаряются и оставляют за собой засохшие красители или пигменты. Когда компоненты красящего вещества засыхают, то они превращаются в твердый осадок, который блокирует печатающую головку и затрудняет выход чернил из отверстия подачи (дюзы, сопла).
«Печатающая головка – это главный элемент струйного печатающего устройства, с помощью которого происходит распыление чернила по поверхности бумаги (или любого иного материала). Изделие имеет достаточно сложную конструкцию. Кроме того, именно печатающая головка в основном отвечает за качество создаваемых отпечатков. Появление дефектов моментально сказывается на работоспособности оргтехники»
Во многих принтерах, чтобы предотвратить подобные проблемы, предусмотрена специальная резиновая крышка (капа), которая закрывает сопла печатающей головки, когда принтер выключен или не используется. Кроме того, все современные струйные МФУ и принтеры снаряжаются автоматизированной системой очистки ПГ от засоров. Однако эти способы не совершенны, и со временем чернила все равно просачиваются, высыхают и твердеют.
Как очистить печатающую головку струйного принтера
Чтобы бороться с этой проблемой, практически все принтеры оснащаются механизмом, который очищает печатающую головку в автоматическом режиме. Обычно в качестве «растворителя» засоров, при чистке служат сами чернила. Принтер пытается прогнать чернила сразу через все каналы подачи. Поэтому, по мере распределения красящего вещества, краска проникает в застопоренные каналы, и частично размягчает затвердевшую отработку. После испарения резиновый ракель проходит вдоль печатающей головки и равномерно распределяет чернила. В свою очередь, принтер снова пытается выдавить чернила через все каналы, чтобы окончательно удалить размякшие комки отработки и разблокировать все каналы.
Во многих струйных принтерах Epson используется помпа по откачке воздуха с трубкой и резиновым наконечником, чтобы прочистить особо закупоренные каналы. В связи с тем, что печатающая головка встроена в принтер, такой насос необходимо применять при первом использовании устройства, а также после смены картриджей (или перезаправки). Кроме того, периодически не будет лишним прочистить помпу принтера Epson. Это гарантированно улучшит качество печати.
Чернила, использованные при очистке печатающей головки, необходимо удалить из принтера, чтобы предотвратить протечку. Для этого в принтере предусмотрен специальный контейнер с абсорбером (так называемый памперс принтера). В МФУ НР – это отдельный открытый пластиковый контейнер, расположенный под отделом хранения картриджей. В принтерах Epson памперс имеет вид большого волокнистого коврика, установленного в специальную подставку, под лотком для загрузки бумаги. В более ранних печатающих аппаратах, засохшие чернила скапливаются в этом контейнере и могут повредить печатающую головку, если их не убирать. Стоит отметить, что абсорбер «памперс» есть у Canon и во всех прочих печатающих устройствах струйного типа.
Тип чернил, использующийся в принтере, также влияет на то, как быстро засоряются каналы подачи чернил. Если Вы применяете высококачественные водорастворимые чернила, то шанс того, что они быстро засохнут очень низок. Кроме того, промывать печатающую головку Epson будет значительно проще, чем после использования чернила пигментного типа.
Причины засорения печатающей головки струйного принтера
Помимо засорения печатающей головки в процессе испарения чернил, существует еще одна причина засыхания чернил, которую многие принтеры не могут предотвратить. Для того, чтобы чернила выходили из сопел чернильницы необходим воздух, который замещает использованную краску в контейнере. Воздух поступает внутрь по очень длинной, тонкой извилистой канавке, расположенной на крышке картриджа, либо через фильтры СНПЧ. Подобная конструкция нужна для предотвращения испарения чернила внутри картриджа. Однако некоторое испарение все равно происходит. Поэтому, подобное приводит к появлению косоструя, которое можно устранить регулярными прочистками или печатью с настройками наилучшего качества.
Обратит внимание, использование чернил в качестве «растворителя» в процессе очистки, сокращает ресурс печати купленного картриджа. Вместо печати документов, чернила приходится использовать для очистки печатающей головки. Тем не менее, в случае окончания ресурса, картридж можно заправить новым красящим веществом соответствующего типа.
Зачем нужны чистящие картриджи
Если Ваш принтер печатает полосатые изображения, или части изображения при печати отсутствуют, то это верный сигнал того, что необходимо провести процедуру очистки печатающей головки. Существует альтернативный вариант прочистки печатающей головки – это использование специальных чистящих картриджей. Вместо чернил, они заполнены специальной жидкостью, которая полностью растворяет засохшие чернила и удаляет их из каналов. При этом, не повреждая печатающую головку. При использовании чистящего картриджа необходимо программным способом провести стандартную процедуру очистки печатающей головки.
Процесс очистки сопел (дюз) печатающей головки:
1. Из-за засохшего чернила в каналах подачи (дюзах), поток краски заметно ухудшается, либо полностью прекращается.
2. При использовании чистящих картриджей, специально разработанный состав жидкости эффективно удаляет затвердевшие чернила внутри каналов.
3. После процесса очистки, засоры в каналах полностью удаляются.
4. После установки картриджа, чернила свободно попадают во все каналы подачи, и качество печати заметно улучшается.
Если обычные способы не помогают решить проблему засорения печатающей головки, тогда потребуется снять ее с принтера и вручную промыть ее более сильными чистящими средствами.
Печатающая головка в струйном принтере. Что это? Разновидности. Неисправности.
Пьезоэлектрические печатающие головки:
Капли красок в ней выталкиваются через сопло мембраной, которая колеблется под действием электрического тока. Такие печатающие головки более надёжны и имеют довольно большой ресурс работы, однако, в среднем стоят дороже. Печатные устройства с пьезоэлектрическими печатающими головками, можно перевести на другой тип чернил (водные на пигмент, либо сублимацию), это тоже их огромный плюс.
Термоструйные печатающие головки:
В них используются нагревательные элементы, которые создают пузырек воздуха, который, в свою очередь отсекает строго дозированную часть чернил и выталкивает ее через сопло на бумагу. Из-за высокой температуры, поддерживающейся внутри, термоструйные головки очень чувствительны к холостой печати, т.к. чернила охлаждают печатающую головку, но если их нет, а принтер пытается работать — печатающая головка может сгореть.
Так же печатающие головки можно разделить еще на 3 типа по взаимному расположению с отсеками для чернил:
Печатающая головка встроена в картридж.
Принтер представляет собой механический блок, который протягивает бумагу и двигает каретку, а чернила и печатающая голова совмещены в картридже. В результате, само устройство стоит очень дёшево, а расходники к нему — чуть ли не дороже самого принтера. Картриджей при этом, обычно, всего два: чёрный и цветной. В последнем на каждый цвет приходится по 1-3 мл чернил. Несложно предположить, что надолго такого не хватит.
Картриджи устанавливаются в ПГ.
В устройствах такого типа картриджей больше двух (основа из четырёх: чёрного, голубого, пурпурного и жёлтого, могут быть дополнительные цвета) и они представляют собой просто контейнер с чернилами. Устанавливаются совместно с головой на каретке и в процессе печати находятся в движении. Подобное расположение актуально в основном для сравнительно недорогих домашних и офисных струйников с картриджами малой вместительности (примерно до 20 мл). Вес картриджей больших объёмов приводил бы к быстрому износу механики принтера.
Картриджи отдельно от ПГ (СНПЧ).
Для производительных офисных принтеров, а также широкоформатных устройств, актуальна установка картриджей отдельно от ПГ, в специальный отсек. Чернила передаются в голову по системе шлейфов и та не испытывает нагрузки от веса контейнеров. Таким образом, объём картриджей по сути не ограничен и в некоторых профессиональных устройствах может доходить почти до литра.
Основные неисправности печатающих головок:
Пересыхание сопел.
При долгом простое в работе принтера, происходит высыхание чернил, они начинают забивать ПГ. Особенно это критично для пигментных чернил, в них содержатся более крупные частицы. Тем не менее, даже серьёзные засоры можно устранить ручной промывкой чернильной жидкостью.
Выгорание сопел.
Значительно более серьёзная проблема, касающаяся в первую очередь термоструйных голов. Случается такое, обычно, при отключении слежения за уровнем чернил в устройствах Canon и HP, после холостой печати. То есть принтер пытается качать из картриджа чернила, но те закончились и вместо них идёт воздух. В итоге перегретые сопла нечем охладить и они сгорают.
Частичные разрушения сопел вследствие физического износа и механических повреждений.
Чаще всего износ провоцируется использованием не качественных или не подходящих для принтера чернил. Низкокачественные чернила имеют высокую абразивную способность, что приводит к истиранию сопел печатающих головок и изменению их формы. В результате чернильная капля либо вылетает из деформированного сопла в сторону, либо превращается в чернильную пыль, «обрастая» мельчайшими каплями-сателлитами (проводниками). Деформацию отверстий сопел печатающей головки можно рассмотреть только под микроскопом. Печать тестовой страницы с использованием такого картриджа даёт следующие результаты: линии, распечатанные изношенными соплами, либо отклоняются от решётки, либо выглядят более тонкими по сравнению с другими линиями, имеют размытые края, местами не пропечатываются и имеют белые или бледные пропуски.
Разгерметизация печатающей головки.
Ещё одна проблема, связанная с функционированием печатающей головки струйного принтера – это её разгерметизация. Тестовая страница разгерметизированного картриджа печатается без искажений, а вот при печати фотографий или других графических файлов на отпечатке образуются пробелы. Это происходит из-за попадания в печатный канал воздуха, мешающего чернилам свободно циркулировать внутри печатающей головки. Собственно говоря, такая же картина получается при засыхании чернил на уплотнительной прокладке между печатающей головкой и чернильницей. Засохшие чернила мешают нормальной герметизации данного соединения. Также губка-абсорбер, расположенная внутри резервуара с чернилами, может потерять свои впитывающие свойства в результате многочисленных заправок или нарушения технологии хранения картриджа. Такая губка отдаёт чернила медленнее, чем новая. Поэтому перед тем, как разбирать головку струйного картриджа и проводить её проверку на предмет разгерметизации, сначала следует промыть уплотнительные резинки и проверить качество печати с другим картриджем.
Неисправность дешифратора печатающей головки.
Если при распечатке графических файлов на отпечатке видны повторяющиеся с одинаковым интервалом широкие горизонтальные белые полосы с ровными краями – скорее всего, неисправен дешифратор печатающей головки. Признаком неисправности дешифратора также является чередование ярких и бледных полос на отпечатке с одинаковым периодом повторения.
Пример отпечатка при неисправности дешифратора печатающей головки.
На этом рисунке видна образовавшаяся на отпечатке «расчёска» с повёрнутыми вниз зубцами. В 99,9 % случаев принтеры, выдающие при печати вот такие перевёрнутые «расчёски», имеют неисправные дешифраторы печатающих головок.
Принтер путает цвета.
Если струйный принтер начал путать цвета, то причиной возникшей неисправности может быть либо печатающая головка, либо плата управления. Чтобы определиться в причинах возникшей неисправности, необходимо протестировать печатающую головку на другом принтере.
В данном случае причиной появления линии изменённого цвета изначально являлось скопление смеси чернил на капах парковочной площадки, а также неудовлетворительная работа помпы. Во время перерывов в работе принтера печатающая головка перемещается в парковочное положение, а внизу к её площадке с соплами прижимаются капы, которые закрывают доступ воздуха и предотвращают засыхание чернил. Именно в это время смесь чернил, находящихся в капах, попадает через сопла в печатающую головку и после запуска печати выдаёт места с изменённым цветом. Поэтому, если после нескольких циклов прочистки печатающей головки дефект исчезает – неисправность головки здесь не при чём.
Контур изображения смещется по ходу движения печатающей головки.
Такой дефект может говорить о подклинивании печатающей головки во время печати, неправильном позиционировании печатающей головки или неправильных настройках при выравнивании печатающей головки. Такой дефект могла также спровоцировать неисправная плата управления
При выборе принтера стоит обратить внимание на следующие характеристики печатающих головок:
Количество цветов — глобальная характеристика не только головы, но и принтера, определяющая количество доступных для печати оттенков. В современных принтерах варьируется от 4 до 12 (хотя бывают и чёрно-белые принтеры с одним цветом).
Размер чернильных капель — объём краски в одной капле, выпускаемой из сопла. Варьируется в широких пределах примерно от 1 пиколитра и влияет на разрешение печати. Во многих современных принтерах дюзы в печатающих головах имеют переменные размеры.
Разрешение печати — одна из главных характеристик принтера, измеряемая в количестве точек (чернильных капель, по сути) на дюйм (Dots per inch, DPI). Чем выше значение характеристики, тем менее пикселизованная (зернистая) получается картинка. На разрешение влияют количество сопел ПГ и размер капли. Примечание: стоит также отличать DPI от показателя PPI (pixels per inch, пиксели на дюйм), который отражает качество исходной компьютерной картинки, и к характеристикам ПГ и отпечатков никак не относится.
Печатающая головка струйного картриджа
«Сердцем» любого струйного принтера является его печатающая головка, стоимость которой составляет примерно 80 % от стоимости принтера.
Печатающая головка по своей природе представляет собой совокупность множества микроскопических сопел и инжекционных камер, которые распыляют чернила на бумагу. Диаметры сопел колеблются от 3 микрон до нескольких десятков микрон. Среднестатистическое сопло струйного принтера значительно тоньше человеческого волоса. Увеличенное изображение сопла струйного принтера диаметром 20 микрон представлено на рисунке ниже.
Увеличенное изображение сопла струйного принтера диаметром 20 микрон
Многие производители для увеличения вертикальной плотности сопел печатающей головки располагают их в шахматном порядке. На одном квадратном сантиметре поверхности печатающей головки струйного принтера может располагаться несколько сотен сопел. Компания Lexmark, например, разместила на 1,27 см² поверхности печатающей головки струйного картриджа Lexmark Z735 208 сопел и получила за счёт этого разрешение печати в 1,44 миллион точек. Одна из последних печатающих головок, изготовленных компанией Canon, оснащена 3072 соплами, по 512 для каждого из шести цветов.
Удачным технологическим решением является сочетание на поверхности печатающей головки мелких и крупных сопел. Маленькие капельки, вылетающие из мелких сопел, используются для прорисовки тонких линий и мелких элементов изображения. Крупные капли, вылетающие из крупных сопел, применяются для заполнения пигментом больших участков изображения. Размер капли при этом автоматически регулируется в зависимости от используемого носителя и режима печати. Такую технологию при производстве картриджей успешно использует компания Lexmark.
Шахматное расположение мелких и крупных сопел струйного картриджа Lexmark Z735
 |  |
 |  |
Способы расположения сопел печатающей головки цветного струйного принтера
Сопла печатающих головок могут существенно различаться не только по диаметру, но и по форме, о чём свидетельствует нижний рисунок.
 |  |  |
 |  |
Многообразие форм сопел печатающих головок струйных принтеров
Как правило, в струйных принтерах используются два типа печатающих головок: совмещённые с картриджем и встроенные в принтер.
В первом случае печатающие головки попадают в мусорную корзину вместе с отработанными картриджами, так как являются их неотделимыми конструкционными частями. Использование таких печатающих головок увеличивает расходы пользователей на заправку, так как каждый раз при покупке картриджа им приходится оплачивать стоимость новой печатающей головки. С другой стороны, для восстановления качества печати пользователю достаточно только купить картридж со встроенной печатающей головкой и установить его в принтер.
Струйный картридж со встроенной печатающей головкой показан на следующем рисунке.
Струйный картридж со встроенной печатающей головкой
Во втором случае печатающая головка отделена от картриджа-чернильницы и является отдельным самостоятельным устройством принтера. Такая печатающая головка может быть съёмной или не съёмной. Использование съёмных печатающих головок практикуется в картриджах Canon, не съёмных – в картриджах Epson.
Принтер со встроенной печатающей головкой показан ниже.
Печатающая головка, в которую вставлены картриджи-чернильницы
Самой страшной бедой, которая может произойти с печатающей головкой, является засыхание её сопел, которое может быть связано либо с неудовлетворительным качеством чернил, либо с длительным простоем принтера.
На рисунке снизу показаны сопла печатающей головки с лёгким засором и чернильной пробкой.
 |  |
Сопла печатающей головки с лёгким засором и чернильной пробкой
Чтобы избежать засыхания сопел, нужно использовать качественные оригинальные или совместимые чернила и в периоды длительных простоев принтера один раз в 10-14 дней запускать утилиту прочистки сопел печатающей головки и распечатывать пробную страницу. Если у вас совершенно нет времени на прочистку печатающей головки и распечатку тестовой страницы, просто включите принтер в сеть и дождитесь пока он продавит порцию чернил через сопла печатающей головки. В этом случае печатающей головке также не грозит засыхание.
Ещё одним «врагом» печатающей головки струйного принтера является пыль. Налипая на поверхность печатающей головки, пыль забивает сопла и выводит их из строя. Поэтому в комнате, в которой расположен струйный принтер, рекомендуется как можно чаще производить влажную уборку, вытирать пыль, мыть полы.
Технология изготовления печатающих головок – это сложный процесс, требующий значительных на научно-исследовательские разработки и организацию производственного процесса. Поэтому производством печатающих головок для струйных принтеров занимается ограниченное число компаний.
Точность измерений при производстве печатающих головок измеряется микронами, а сам производственный процесс реализуется на микроскопическом уровне. Для производства печатающих головок для струйных принтеров используются материалы, аналогичные материалам, применяемым в полупроводниковой промышленности, где ультратонкие изолирующие и проводящие слои подвергаются прецизионной лазерной обработке.
Перспективы развития печатающих головок струйных принтеров связаны с увеличением вертикальной плотности сопел, уменьшением размеров точек и увеличением частоты выброса чернильных капель на бумагу.