Bodowa drukarki atramentowej

Konrad Dąbrowski

Kl. III ET

Drukarka atramentowa jest najpopularniejszym obecnie typem drukarek. Drukuje poprzez umieszczanie na papierze bardzo małych kropli od kilku do kilkudziesięciu pikolitrów. Obecnie wszystkie drukarki atramentowe umożliwiają druk w kolorze. W drukarkach atramentowych stosowany jest atrament w czterech kolorach: cyjan, karmazynowy, żółty i czarny. Ponadto w niektórych drukarkach można stosować specjalne tusze "fotograficzne", są one nieco jaśniejsze niż standardowe i lepiej oddają barwy przy drukowaniu zdjęć oraz inne dodatkowe kolory. Wadą tanich drukarek atramentowych są dość wysokie koszty eksploatacji: wysoka cena tuszu w stosunku do ilościowej możliwości pokrycia nim papieru. Jeden z niewielu typów drukarek umożliwiających druk w kolorze białym.

W drukarkach atramentowych punkty druku są tworzone przez kropelki atramentu wystrzeliwanego 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 stałą 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.

Praca w trybie ciągłym i przerywanym
Głowica drukarki atramentowej może pracować w trybie ciągłym. W takim wypadku podczas drukowania atrament stale wydobywa się z głowicy. 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. Atrament z głowicy jest wyrzucany tylko wtedy, gdy istnieje taka potrzeba. W większości stosowanych obecnie drukarek atramentowych wykorzystuje się głowice pracujące w trybie przerywanym.

Technologie wytwarzania kropli - metoda pęcherzykowa
W kanaliku doprowadzającym atrament do dyszy głowicy pracującej metodą pęcherzykową znajduje się mikroskopijny o długości od 30 do 70 pm opornik pełniący funkcję grzałki. Przepływ prądu przez opornik wytwarza ciepło podgrzewające atrament w ciągu kilku mikrosekund do temperatury przegrzania (jest to temperatura wyższa od temperatury wrzenia). Rozgrzany atrament parując, tworzy wokół grzałki drobne pęcherzyki, które łączą się w jeden. Rosnący pęcherzyk gazu wypycha kroplę atramentu z dyszy z szybkością kilkunastu metrów na sekundę. W czasie stygnięcia atramentu pęcherzyk kurczy się, powodując powstanie podciśnienia i menisku wklęsłego u wylotu dyszy. Powstałe podciśnienie oraz napięcie powierzchniowe powodują zassanie kolejnej porcji atramentu ze zbiornika. Proces wystrzelenia kropli i ponownego napełnienia kanalika trwa od 80 do 100 ps., Zatem w ciągu sekundy z jednej dyszy jest wystrzeliwanych około 10 000 kropli.
Ponieważ na papier trafia atrament o wysokiej temperaturze, ma on tendencję do rozlewania się. Inną wadą tej metody jest osadzanie się na elemencie grzejnym cienkiej warstwy atramentu, co powoduje stopniowe zmniejszanie się objętości kropli. W związku z tym konieczna jest okresowa wymiana głowic, które najczęściej tworzą całość ze zbiornikami atramentu. Pęcherzykową metodę druku wykorzystują między innymi firmy Hewlett-Packard, Canon i Lexmark.

Metoda piezoelektryczna
W kanaliku doprowadzającym atrament do dyszy, pod membraną znajduje się element składający się z bardzo cienkich włosowatych piezokryształów. Po około 5 ps od przyłożenia napięcia piezokryształy ulegają odkształceniu i powodują wybrzuszenie membrany. W wyniku wybrzuszenia membrana wypycha kroplę atramentu na papier. Atrament trafia na papier w temperaturze pokojowej, dzięki czemu uzyskuje się bardziej ostre krawędzie. Piezoelektryczna metoda druku jest nieco droższa od pęcherzykowej, jest stosowana głównie przez firmę Epson.

Głowice Edgeshooter i Sideshooter
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.

Ostre wydruki za niezbyt wygórowaną cenę oto oferta drukarek atramentowych. podobnie jak drukarki igłowe, składają one drukowany obraz z pojedynczych punktów. Różnica polega na tym, że każdy punkt na papierze to efekt wytryśnięcia atramentu z dyszy o mikroskopijnej wielkości. Praca drukarek atramentowych jest bardzo cicha, praktycznie niesłyszalna, poza tym są znacznie szybsze od drukarek igłowych, umożliwiając wydruk kilku stron w ciągu jednej minuty. Jest jeszcze jedna cecha, w której przewyższają rywali z innych kategorii: koszty zakupu drukarki kolorowej i czarno-białej niewiele różnią się od siebie. Oczywiście nie należy spodziewać się po nich dokładności fotograficznej, lecz jakość kolorowych wydruków uzyskiwanych za pomocą drukarek atramentowych jest więcej niż zadowalająca.Podobnie jak laserowe, także drukarki atramentowe są wyposażone w automatyczny podajnik mieszczący do stu kartek papieru. W ich przypadku nie jest, więc konieczne ręczne umieszczanie w pojemniku kolejnych arkuszy. Jednak drukarki atramentowe także mają swoje wady. Ich użytkowanie jest dość drogie, a poza tym powodują większe zanieczyszczenie środowiska niż sprzęt opierający się na innych technologiach. Winę za to ponosi głowica drukująca z wbudowanym pojemnikiem na atrament. Po zużyciu tuszu wymianie podlega cała głowica. W przypadku drukarek kolorowych, które drukują kolory poprzez mieszanie trzech podstawowych barw, sytuacja wygląda jeszcze gorzej, gdyż głowica trafia do kosza już po wyczerpaniu jednego z kolorów. Drukując, pamiętajmy, więc, by niepotrzebnie nie obciążać środowiska. Drukarki atramentowe pozwalają uzyskać zadowalające rezultaty nawet na zwykłym papierze używanym w maszynach do pisania. Odpowiednią jakość otrzymamy dopiero po zastosowaniu specjalnego papieru, który będzie nas kosztował odpowiednio drożej. Dodajmy jeszcze, że w tym ostatnim przypadku możliwe jest wyłącznie drukowanie jednostronne. Biorąc pod uwagę cenę sprzętu oraz jakość druku, drukarki atramentowe uznać można za złoty środek. Naturalnie, wraz ze wzrostem liczby drukowanych kartek maleje główna zaleta drukarki atramentowej, czyli stosunkowo niski koszt zakupu, ponieważ automatycznie rosną koszty związane z użytkowaniem. Jeżeli więc planujemy dużo i często drukować oraz zależy nam na wysokiej jakości druku, zdecydowanie najlepszym wyjściem będzie zakup drukarki laserowej. O ile natomiast zamierzamy drukować w kolorze, żadna alternatywa nie będzie lepsza od kolorowej drukarki atramentowej.

---