Твердочернильные принтеры для цветной печати. Твердочернильная технология печати: «за» и «против Твердочернильные мфу

20.07.15

Твердочернильная печать считается одной из самых удобных для делового использования. Принтер, работающий на основе этой технологии, идеален при необходимости получения больших объемов цветных изображений. Что же особенного в твердочернильной печати?

История появления

Изобретателем технологии стала американская компания Tektronix (1986 год). Уже в 1991 году был выпущен первый твердочернильный принтер, предназначенный для использования в полиграфии. Он имел умопомрачительную цену – $10 000. В 2000 году Tektronix был приобретен известным гигантом Xerox , и исследования в области твердочернильной печати не были прекращены. В настоящее время стоимость таких принтеров сопоставима с ценой классического офисного оборудования.

Как работает твердочернильный принтер

Чернила для принтера представляют собой бруски черного, желтого, пурпурного и голубого цвета. Они изготавливаются из воскоподобного вещества с добавками красителей. Бруски разного цвета, а также для разных моделей принтеров отличаются формой и в точности повторяют очертания отверстия в приемном контейнере, предназначенном для него. Это делается для исключения ошибки при заправке. В каждое отделение помещается не более 4 брусков. Дозаправка возможна даже во время печати.

Основными узами твердочернильного принтера являются:

• печатающая головка с нагревательным элементом;
• барабан переноса изображений;
• узел для его разогрева;
• блок хранения и плавления чернил;
• вакуумный узел очистки головки;
• емкость для отходов.

При включении первыми начинают разогреваться барабан переноса изображений и печатающая головка. Температура последней достигает 180° С. Затем головные бруски чернил каждого цвета в блоках хранения прижимаются к пьезокерамическим плавильным пластинам. Нагреваясь, они разжижаются и поступают в емкости печатающей головки. Там чернила поддерживаются в жидком состоянии. После заполнения какого-либо из резервуаров головки соответствующая нагревательная пластина отключается, и поступление краски прекращается.

На следующем этапе производится очистка форсунок печатающей головки. Она изготавливается из нержавеющей стали и насчитывает 1236 сопел. В отличие от струйного принтера головка перекрывает всю ширину печатаемой страницы. Для проведения процедуры к ней подводится узел очистки и откачивает воздух с помощью вакуумного насоса, засасывая при этом небольшое количество расплавленных чернил. Они затем сбрасываются в емкость для отходов. После этой операции принтер приступает к печати.

Печатающая головка подводится к разогретому, вращающемуся барабану на расстояние 0,3-0,6 мм и наносит на него изображение. Барабан изготавливается из нержавеющей стали и сверху покрывается тонким слоем силиконового масла. Его температура меньше температуры печатающей головки, поэтому краска переходит из жидкого состояния в промежуточное эластичное. Пьезоэлементы сопел в состоянии обеспечивать выброс 30 млн капель в секунду. Этим объясняется высокая скорость печати принтеров до 30 стр./мин.

На заключительном этапе изображение переносится на лист бумаги. Красители имеют большую адгезию к ней, чем к покрытому маслом барабану, поэтому легко переносятся на прокатываемый лист и окончательно застывают.

Преимущества печати твердыми чернилами

1. Простая конструкция с небольшим количеством электронных, оптических и механических элементов. По этой причине он более надежен в сравнении с лазерным принтером.
2. Легкая и удобная заправка.
3. Стабильное качество печати при любом ресурсе устройства.
4. Сочные цвета и отсутствие растекания чернил на любом типе бумаги.
5. Высокая скорость печати.
6. Возможность нанесения изображения на бумагу плотностью до 220 г/м 2 .
7. Очень малое количество отходов.

Лазерный принтер HP LaserJet 4700 и твердочернильный Xerox Phaser 8560 аналогичны по классу. При этом, напечатав 100 000 листов, первый образует 71 кг отходов, а второй – 2 кг.

Недостатки твердочернильных принтеров

1. Высокое энергопотребление.
2. Необходимость постоянно держать принтер во включенном состоянии для поддержания чернил в расплавленном состоянии.
3. Длительное время выхода из энергосберегающего режима. В среднем оно составляет 4-5 мин.
4. Отсутствие растекания и смешения чернил на поверхности бумаги. По этой причине такие устройства не подходят для печати фотографий. На светлых участках становится особенно заметна характерная точечность.

Такие характеристики твердочернильных принтеров определяют лучшее применение для них – большие объемы текста или бизнес-графики со сплошными цветовыми заливками.

Удешевление технологий привело к тому, что цветная печать в последнее время стала пользоваться все большей и большей популярностью, следовательно, повысился спрос на цветные принтеры.

О пользе цвета

Кроме этого, цвет снижает время поиска нужной информации на 80 %, уменьшает количество ошибок, например, при заполнении анкет, и даже стимулирует покупателя на полную оплату суммы счета, если она ярко выделена в документе. И наконец, цвет играет не последнюю роль в узнаваемости бренда.

Твердочернильная технология

В настоящее время существуют две основные технологии, которые применяются в настольных цветных принтерах: лазерная и струйная. Разновидностью лазерной технологии является светодиодная печать. Твердочернильная технология по принципу работы ближе к струйной, но она имеет свои характерные особенности. Иногда ее еще называют сублимационной, но это не совсем верно.

Твердочернильная система – достаточно интересное решение, являющееся изобретением компании Tektronix. В 2000-м году подразделение этой фирмы и права на все разработки приобрел технологический гигант Xerox. В настоящее время он выпускает две линейки твердочернильных принтеров: Phaser и ColorQube. Кстати, черно-белых принтеров, в которых используются пигментные чернила в брикетах, не существует. Данная технология изначально разрабатывалась для цветной печати.

Процесс работы твердочернильного принтера состоит в следующем: при включении устройства твердые красители нагреваются в специальных емкостях до температуры +60 оС и в расплавленном (вязком) виде поступают на неподвижную пьезоструйную печатающую головку. Диаметр отверстий, через которые подаются расплавленные чернила, по размеру сопоставим с толщиной человеческого волоса. Это обеспечивает отличное качество изображения!

Затем зеркальное отображение будущего отпечатка формируется на нагретой поверхности вала переноса, а после при участии прижимного ролика путем вдавливания красителя переносится на бумажный носитель. На бумаге чернила мгновенно застывают, формируя стойкий и яркий окончательный отпечаток.

Поскольку длина окружности барабана переноса совпадает с длиной листа бумаги, изображение переносится в один проход. Это обеспечивает достаточно высокую скорость печати. К примеру: во многих современных цветных лазерных принтерах применяется 4-проходная технология, поэтому они печатают довольно медленно.

В твердочернильных принтерах используются специальные краски в брикетах (стиках) четырех основных цветов, соответствующих схеме CMYK: голубого, малинового, желтого и черного. Стик каждого цвета имеет определенную форму, что предотвращает ошибки во время загрузки чернил. Подгружать расходные материалы в принтер можно в любой момент, даже не прерывая процесс печати.

Наибольшее распространение твердочернилные принтеры получили в офисах, где существует необходимость печати большого количества документов в цвете.

Преимущества твердочернильных принтеров

Твердочернильная технология построена на принципах струйной печати, которая, как известно, обеспечивает получение более качественных изображений, чем лазерные принтеры.

Отпечатки, созданные на аппаратах XEROX Phaser или ColorQube, отличаются яркими, сочными цветами, высокой плотностью заливки и глянцевой структурой. Качество печати не снижается даже при длительной эксплуатации принтера.

Благодаря отсутствию воздействия очень высокой температуры, в качестве печатного носителя для твердочернильных принтеров можно использовать толстую бумагу, картон, пленки и даже пластик.

В то же время устройство твердочернильных принтеров примитивнее (в хорошем смысле этого слова) конструкции лазерных печатных аппаратов, содержащих множество элементов, которые один за другим выходят и строя и требуют замены. Минимальное количество подвижных узлов и деталей обеспечивает максимальную надежность техники. Поэтому твердочернильным принтерам гораздо реже требуется ремонт, а время их работы до замены барабана составляет около 5-ти лет.

Недостатки твердочернильных принтеров

К сожалению, при эксплуатации твердочернильного принтера практически невозможно избежать потерь расходных материалов. Расплавленные чернила должны находиться в жидком состоянии до полного их использования, поскольку после повторного застывания они уже не могут обеспечить отличное качество изображения.

В связи с этим твердочернильный принтер необходимо постоянно держать подключенным к сети, а это - дополнительный расход электроэнергии. Если такой возможности нет, перед началом работы аппарат расплавляет застывшие чернила и сливает их в специальный контейнер для отработанных материалов.

Вторым недостатком твердых чернил является неустойчивость полученных с их помощью отпечатков к физическому и термическому воздействию. Поскольку данный краситель представляет собой воскообразное вещество, изображение легко повреждается при случайном царапании, особенно если оно нанесено на глянцевую бумагу, отслаивается после длительного нахождения под прессом (например, если лист лежит в середине стопки документов), а также «плывет» под прямыми солнечными лучами.

По этой же причине отпечатки, полученные на твердочернильном принтере, можно подвергать ламинированию только при t +100-115 оС. Под воздействием более высоких температур краситель расплавляется.

И наконец, к вопросу об экономичности. Цены на принтеры XEROX Phaser и ColorQube изначально представляются довольно высокими. Снижение себестоимости печати возможно только за счет приобретения и использования альтернативных расходных материалов.

Твердочернильная технология печати была изобретена в 1986 г. в компании Tektronix, в первую очередь для нужд издательств и полиграфии. Выпущенный в 1991 г. первый твердочернильный принтер компании, Phaser III, стоил около 10 тыс. долл. и предназначался в основном для изготовления полиграфических цветопроб. Дальнейшее совершенствование технологии позволило повысить качество печати и довести цену принтеров до значений, приемлемых для обычной офисной печати. После приобретения в 2000 г. компанией Xerox принтерного подразделения Tektronix это направление продолжает развиваться. Важно, что в отличие от лазерной твердочернильная технология была изначально ориентирована на цветную, а не черно-белую печать. По сути она ближе к струйной, но с элементами лазерной и даже офсетной: выбрасываемые соплами головки капли расплавленных красителей попадают не прямо на бумагу, а сначала на нагретый металлический барабан, с которого уже переносятся на бумагу, где и застывают. Благодаря этому достигается, с одной стороны, высокая скорость печати, свойственная лазерным принтерам, а с другой - качество вывода изображений, приближающееся к офсетной печати.

Принцип действия

«Чернила» в исходном состоянии представляют собой небольшие бруски из воскоподобного состава, смешанного с красителем одного из четырех основных полиграфических цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного (CMYK). Заметим, что цвета брусков мало похожи на те, что получаются после их расплавления - так, «голубой» брусок выглядит темно-синим (почти черным), а «пурпурный» - темно-коричневым. Брусок каждого цвета имеет уникальную (отличающую его не только от брусков других цветов, но и от брусков для других моделей твердочернильных принтеров) причудливую форму, соответствующую форме отверстия в предназначенном для него отделении контейнера для чернил. Такое «формовое кодирование» практически полностью исключает возможность ошибки при заправке принтера чернилами. В каждое отделение «заряжается» до четырех брусков, причем добавлять их можно в любое время, в том числе в процессе печати. При закрывании крышки контейнера бруски поджимаются пружинами так, чтобы головной брусок в каждом отделении был плотно прижат к керамической плавильной пластине.

Расплавленные горячими пластинами чернила стекают в нагретые резервуары печатающей головки, где поддерживаются в расплавленном состоянии. После заполнения резервуара определенного цвета соответствующая плавильная пластина отключается. По мере расходования чернил пластины включаются, поддерживая необходимый уровень красителей в резервуарах головки.

Пьезоструйная головка из нержавеющей стали имеет 1236 сопел и перекрывает, в отличие от головок струйных принтеров, всю ширину печатаемой страницы. Достигаемое в современных моделях твердочернильных принтеров разрешение 2400 точка/дюйм обеспечивается путем небольшого (на расстояние между соседними соплами) горизонтального перемещения головки. Пьезоэлементы сопел способны выбрасывать до 30 млн. капель в секунду. Благодаря такой конструкции достигается гораздо более высокая, чем у струйных принтеров, скорость печати (до 30 стр./мин).

Выбрасываемые головкой капли красителей попадают на нагретый до менее высокой, чем головка, температуры вращающийся барабан из нержавеющей стали, на который предварительно с помощью специального валика, входящего в состав комплекта техобслуживания, наносится тонкий слой силиконового масла. На барабане красители переходят из жидкого в промежуточное эластичное состояние.

Когда на барабане сформирована примерно треть изображения страницы, из нижнего кассетного или многофункционального переднего лотка подается лист бумаги (или другого носителя). Пройдя через щель подогревателя, нагретый лист прижимается валиком переноса к барабану, и красители, имеющие большую адгезию к бумаге, чем к смазанному маслом гладкому барабану, переходят на лист, где и окончательно застывают. Имеющийся в комплекте техобслуживания скребок очищает барабан от загрязнений и оставшихся на нем капель красителей, после чего процесс повторяется.

Как видим, технология печати практически безотходная. Однако на рисунке показан узел, о котором пока ничего не было сказано - лоток для отходов. Откуда же они берутся? Отходы возникают в процессе подготовки принтера к работе из холодного (т. е. полностью выключенного) состояния. Один из этапов этого длительного (до 15 мин) процесса - вакуумная чистка сопел головки, при которой часть расплавленных чернил сливается в емкость для отходов и там застывает. Именно поэтому твердочернильный принтер рекомендуется не выключать никогда. При частых выключениях в отходы может уйти вполне заметная часть красителей, поэтому в случае нестабильной электросети стоит подумать о приобретении для принтера отдельного ИБП.

Контроллер принтера (в последних моделях Xerox он построен на базе 600-МГц RISC-процессора PowerPC) обеспечивает растрирование изображений (основной язык описания страниц - PostScript 3, возможна также эмуляция языка PCL5c) и управление механизмом печати. Панель управления, драйвер принтера и интерфейсы связи с ПК мало отличаются от лазерных моделей.

Преимущества

Твердочернильный принтер обладает рядом неоспоримых преимуществ перед цветным лазерным. Как уже упоминалось, во многом они обусловлены тем, что твердочернильная технология изначально разрабатывалась с прицелом на цветную печать, тогда как цветной лазерный принтер - это фактически четыре монохромных в одном корпусе.

Главное преимущество твердочернильного принтера - значительно более простая конструкция, несоизмеримо меньшее число механических, оптических и электронных компонентов, а следовательно, более высокая надежность. В нем нет ни прецизионной оптико-механической системы развертки лазерного луча, ни фоторецепторов, ни блоков проявления и термического закрепления изображения. Если лазерный принтер (даже монохромный), отработавший весь срок службы с номинальной нагрузкой и ни разу не ремонтировавшийся, найти практически невозможно, то для твердочернильного принтера при условии правильной эксплуатации такая ситуация вполне реальна.

Второе по значению преимущество - гораздо меньшее количество расходных материалов и простота их добавления и замены. Таких материалов всего два - чернильные бруски и комплект технического обслуживания. Чернила находятся в твердом состоянии, не пачкают рук и одежды, добавляются крайне просто - сделать это в состоянии даже ребенок. Твердочернильная технология уникальна еще и в том смысле, что добавлять красители можно не прерывая процесса печати. Замена комплекта техобслуживания - также простейшая операция, занимающая меньше минуты.

Третье, тоже немаловажное, преимущество - стабильное качество печати, не меняющееся со временем и не зависящее от количества отпечатанных на принтере страниц. Практически у всех цветных лазерных принтеров по мере износа фотобарабанов, валиков переноса и других деталей качество печати заметно ухудшается.

Что касается качества печати, можно отметить яркие, живые цвета, которыми могут похвастаться только цветные лазерные принтеры высшего класса, стоящие в несколько раз больше твердочернильного, или струйные модели при печати на бумаге со специальным покрытием. Преимущество твердочернильного принтера перед последними - отсутствие растекания чернил при любом типе бумаги, вплоть до газетной. Начисто отсутствует свойственная многим лазерным (да и некоторым струйным) принтерам «полосатость». Отпечатки водостойки.

Не последнее значение имеет высокая скорость печати (до 30 стр./мин), свойственная только значительно более дорогим моделям цветных лазерных принтеров, тогда как стоимость твердочернильного принтера близка к стоимости монохромного сетевого лазерного принтера аналогичной производительности. Столь малое время выхода первой страницы - 5 с - рекордное значение не только для цветных, но и для монохромных лазерных моделей.

В лазерных принтерах для достижения максимальной скорости печати, как правило, в тракте подачи бумаги находятся одновременно два листа, чем обусловлено большинство проблем с замятием бумаги. В твердочернильном принтере подача следующего листа всегда начинается только после полного выхода предыдущего. Благодаря более простому тракту подачи твердочернильные принтеры могут печатать на более плотных носителях, чем большинство лазерных - до 220 г/м2. У них не возникает проблем с печатью на самых разнообразных носителях - переработанной бумаге, конвертах, прозрачных пленках, неоднородных по толщине и типу материалов носителях (например, конвертах с прозрачным окном). Благодаря отсутствию термического закрепления тонера для твердочернильной печати можно использовать более чувствительные к высокой температуре носители, чем для лазерной.

Наконец, последнее по порядку, но далеко не последнее по значению для всех, кого заботит состояние окружающей среды, преимущество - на 90% меньшее, чем у лазерных принтеров, количество отходов. Для наглядности можно привести такие цифры: после печати 100 тыс. листов на цветном лазерном принтере аналогичного класса HP LaserJet 4700 образуется 71 кг отходов, тогда как на твердочернильном Xerox Phaser 8560 - всего 2 кг.

Недостатки

Как нередко бывает, недостатки твердочернильной технологии печати - оборотная сторона ее достоинств. В первую очередь они обусловлены тем, что чернила при комнатной температуре находятся в твердом состоянии, а постоянная готовность принтера к печати предполагает поддержание их в расплавленном виде.

Самый большой недостаток - очень длительный по сравнению с принтерами других типов «холодный старт» (в первых образцах Tektronix время начального запуска доходило до 45 мин, в современных моделях оно снижено до 12–15 мин) - будет не очень заметным, если никогда не отключать принтер от сети. Одновременно нивелируется и второй недостаток - значительный расход чернил на начальный запуск.

Даже если принтер полностью не отключается, а находится в энергосберегающем состоянии (заметим, что само это понятие для твердочернильных принтеров имеет несколько другой смысл, чем для лазерных - если для последних потребление в этом режиме обычно меньше 20–40 Вт, то для первого оно больше 200 Вт), время его подготовки к работе после прихода задания на печать составляет 4–5 мин. Ясно, что в большинстве офисных применений такая задержка неприемлема, поэтому применяются специальные методы обеспечения постоянной готовности принтера - автоматическое включение и выключение по расписанию и даже автоматическое отслеживание «печатного» поведения сотрудников и включение принтера незадолго до начала периодов активности (под включением и выключением здесь понимаются перевод в активный и энергосберегающий режимы, соответственно).

Теперь об отпечатках. Главный их недостаток - малая механическая прочность (сплошные цветовые заливки легко процарапываются ногтем). Очевидный способ защиты важных документов - ламинирование, но и здесь подстерегают подводные камни - из-за нагрева в ламинаторе тонкие линии и мелкие шрифты слегка расплываются. Еще один недостаток связан с отсутствием смешения и растекания чернил на бумаге и малой плотностью сопел в головке. В результате на светлых участках фотоизображений наблюдается заметная невооруженным глазом «точечность». Этот недостаток обусловливает практическую невозможность использования принтера для высококачественной печати фотографий. Его стихия - текст и бизнес-графика с не слишком тонкими линиями и сплошными цветовыми заливками.

Экономические показатели

Как известно, важнейший технико-экономический показатель принтера для средних рабочих групп (а именно к этой категории относятся твердочернильные модели Xerox) - это совокупная стоимость владения (TCO), вычисленная с учетом всех затрат за срок службы принтера.

Попытаемся ориентировочно рассчитать этот показатель для лазерного и твердочернильного принтеров с близкой производительностью и максимальной месячной нагрузкой - Xerox Phaser 6360DN и Xerox Phaser 8560DN. При этом мы не будем учитывать затрат на ремонт и техническое обслуживание аппаратов, что с учетом вышесказанного будет играть на руку лазерному принтеру. Не будем учитывать и затрат на электроэнергию - здесь уже выигрывает твердочернильный аппарат. Будем отталкиваться от реалистичной для принтеров этого класса оценки среднего количества отпечатанных за весь срок службы цветных страниц (с 5-процентным заполнением каждым из четырех цветов) - 300 тыс. Количество расходных материалов каждого вида рассчитывалось путем деления этой цифры на заявленный изготовителем ресурс соответствующего материала с округлением в большую сторону.

Как видим, по совокупной стоимости владения твердочернильный принтер даже превосходит лазерный. Дополнительное экономическое преимущество твердочернильного принтера - меньшие простои в результате ремонтов и меньшие затраты на техобслуживание и ремонт.