История струйной печати
Струйная печать – это процесс получения изображения при помощи матрицы дюз и жидкого красителя.
Несмотря на то, что струйные принтеры появились в массовой продаже относительно недавно, история их развития насчитывает почти 200 лет. Этапы эволюции, которую за это время прошла струйная печать.
Этапы эволюции струйной печати
Этап первый: теоретические разработки
Теоретические разработки технологии струйной печати уходят своими корнями в далёкий 1833 год, когда французский изобретатель Феликс Савар обнаружил следующую закономерность: при распылении жидкости из сопла с микроскопическим диаметром образуются идеально ровные капли.
В 1878 году данный феномен был математически описан лауреатом Нобелевской премии лордом Рейли. Но немногим ранее, в 1867 году, некий Уильям Томпсон, более известный как лорд Кельвин, запатентовал способ печати с непрерывной подачей красителя (Continuous Ink Jet).
Томпсон использовал электростатические силы для того, чтобы управлять распылением чернильных капель и красок по бумажному носителю. Используя данный принцип Уильям Томпсон разработал самопишущие приборы для электрических телеграфов.
Этап второй: непрерывная печать
Важной вехой в истории развития струйной печати стал 1951 год, когда компания Siemens запатентовала первый в мире струйный принтер, основанный на технологии непрерывной подачи чернил. Позднее другие мировые производители копировальной техники с успехом уточняли и совершенствовали технологию непрерывной струйной печати.
Прототипы современных струйных принтеров были достаточно громоздкими, дорогостоящими, и при этом капризными приборами, оснащёнными всевозможными баллонами, насосами и другими подвижными частями. Первые принтеры работали очень медленно, кропотливо накладывая чернила на бумагу. Некоторые экземпляры при печати могли пропускать чернила, что делало их использование недостаточно удобным и безопасным.
Этап третий: печать по требованию
В начале 60-х гг. ХХ века профессор Стенфордского университета Суит получил одинаковые по величине и равноудалённые друг от друга капли чернил под воздействием волн давления, создаваемых механическим движением пьезокерамического элемента. Данная система получила название «Drop-on-demand», что в дословном переводе означает «капли по требованию». Она позволила исключить сложную систему рециркуляции чернил, а также систему зарядки и отклонения капель.
Печать по требованию была впервые использована в 1977 году в принтерах Siemens PТ-80 и чуть позже (в 1978 году) в принтере Silonics. Позднее, в 1970-1980-х годах ХХ века, печать по требованию эволюционировала, развивалась и порождала новые модели коммерческих струйных принтеров.
Самой дорогостоящей деталью в таком устройстве считалась печатающая головка. Её нельзя было быстро заменить (как картридж). Чтобы сопла головки не засорялись кусочками засохшей краски и пузырьками воздуха, принтер следовало использовать, не допуская длительных простоев, поэтому иногда приходилось печатать на принтере, даже если в этом не было необходимости.
В 70-х гг. ХХ века шведский профессор Херц разработал метод регулирования плотности струйной печати и получил всевозможные оттенки серого цвета. Это позволило воспроизводить не только текст, но и всевозможные изображения с градациями серого цвета.
Этап четвертый: пузырьковая печать
В конце 70-х гг. ХХ века компания Canon изобрела новую технологию струйной печати, которая получила название «Bubble Jet», что в переводе означает «пузырьковая печать». Принцип пузырьковой печати до гениального прост. В сопле струйных принтеров, использующих принцип пузырьковой печати, располагается микроскопический термоэлемент, который при прохождении электрического тока мгновенно разогревается до температуры 500оС. Во время нагревания чернила закипают, в них появляются воздушные пузырьки (bubbles), которые выдавливают равные объёмы чернил из дюзы на бумагу. После того, как нагрев прекращается, пузырьки лопаются, и в дюзу затягивается очередная порция чернил, продолжая цикл печати.
Пузырьково-струйная технология печати
В 1981 году пузырьково-струйная технология печати была представлена компанией Canon на выставке Grand Fair и сразу привлекла внимание общественности. Первый монохромный пузырьковый принтер Canon BJ-80 был выпущен в 1985 году. Тремя годами позже, в 1988 году, появился первый цветной пузырьковый широкоформатный принтер BJC-440 с разрешением 400 dpi.
Пузырьково-струйный принтер Canon BJ-80
Пузырьковая технология струйной печати отличается относительной дешевизной, поэтому печатающая головка встроена не в принтеры, а непосредственно в чернильные картриджи. Это увеличивает стоимость обслуживания принтера, но при этом позволяет сохранять его работоспособность в случае приобретения неоригинального картриджа.
Этап пятый: термическая печать
В 1984 году компании HP и Canon приступили к разработке термической технологии струйной печати. Работа шла медленно, и добиться приемлемого сочетания качества печати, скорости работы и стоимости удалось только в 90-х годах. Позже к HP и Canon присоединилась компания Lexmark и в тандеме три этих крупнейших компании по производству принтеров и копиров создали современные принтеры с высоким разрешением печати.
Технология печати, разработанная HP, Canon и Lexmark получила название термической печати (thermal inkjet). На такой технологии основаны первые струйные принтеры HP серии ThinkJet.
Термическая печать основана на принципе увеличения объёма жидкости при нагревании. Под воздействием электрического импульса повышается температура поверхности расположенного в печатающей головке нагревательного элемента. Слой чернил, максимально приближенный к нагревательному элементу, нагревается и начинает испаряться. Появившийся пузырёк выдавливает из сопла лишние чернила. Тогда же с образованием зоны пониженного давления в нагревательную камеру втягиваются недостающие чернила. Такой процесс повторяется с циклом до 12 тысяч микроскопических дозаправок в секунду.
Печатающая головка принтера, использующего принцип термической печати, состоит из множества микроскопических эжекционных камер и сопел. HP удалось изготовить экономичную печатающую головку, которую после окончания красителя можно было без сожалений выбросить вместе с картриджем. Сделав печатающую головку сменной, HP решила извечную проблему надёжности своих принтеров.
Термическая технология струйной печати
Благодаря приемлемой цене, небольшим размерам, бесшумной работе и широкому цветовому диапазону струйные пузырьковые и термические принтеры завоевали рынок недорогих печатающих устройств, практически вытеснив матричные принтеры.
Этап шестой: пьезоэлектрическая печать
В 1993 году компания Epson впервые использовала в своих принтерах пьезоэлектрическую систему печати, название которой происходит от английского Piezoelectric Ink Jet. Технология пьезоэлектрической печати основана на свойстве пьезокристаллов под действием силы тока изменять объём и форму. В таких картриджах одной из стенок является пьезоэлектрическая пластина. Под влиянием тока пьезоэлектрическая пластина выгибается, уменьшая объём чернильной камеры. При этом лишние чернила выталкиваются через сопло наружу.
Пьезоэлектрическая технология печати
Стационарную печатающую головку не приходится менять, поэтому она экономически выгодна. Однако при смене картриджа воздух может закупорить сопла, ухудшив при этом качество печати.
Этап седьмой: современные традиции
В настоящее время струйные принтеры по-прежнему популярны. Благодаря доступности и компактности их приобретают как для офисного, так и для домашнего использования. Многие покупают цветные струйные принтеры в дополнение к чёрно-белым лазерным принтерам. На лазернике быстрее и дешевле печатать текстовые документы, а на струйнике – цветные фотографии.
Для современных струйных принтеров обычным разрешением считается 4600 х 1200 dpi. В большинстве моделей струйных принтеров имеется возможность печати без полей. Некоторые модели струйных принтеров оснащаются встроенными жидкокристаллическими экранами и портами для флэш-карт.
К преимуществам струйных принтеров следует отнести высокое качество цветной печати, возможность печати высококачественных фотографий, отличную прорисовку мелких деталей и полутонов, низкий уровень шума, широкий модельный ряд и доступность массовых модификаций.
Очевидными недостатками струйных принтеров являются дороговизна оригинальных расходных материалов, невысокая долговечность отпечатков (выцветание, размазывание при попадании жидкости), засорение печатных головок. С недолговечностью отпечатков можно справиться при помощи пигментных чернил, которые выпускаются для большинства моделей струйных принтеров. А вот с дороговизной оригинальных расходников придётся мириться, если пользователь хочет получить высококачественные отпечатки и сохранить работоспособность своей техники.
Как развивалась струйная печать: эволюция струйных принтеров
Во времена активного развития компьютерных технологий ничто не вызывало таких трудностей, как вывод изображения с цифрового носителя на лист бумаги. Многие годы создать отпечаток того, что пользователь видел на экране монитора, было непосильной задачей для специалистов. Однако со временем появились струйные принтеры, основанные на распылении микроскопических капель чернила – так началась революция в области печати, которая стала важнейшим событием со времен изобретения фотографии.
В этой статье речь пойдет о том, как инженерные идеи, упорство и способности к открытиям сделали медленные печатающие устройства, использующие жидкие чернила, лидерами потребительской печати.
Развитие технологии струйной печати
Первые термопринтеры струйного типа, разработанные компаниями Hewlett Packard и Canon в конце XX столетия, были медленными и неудобными печатающими устройствами. Их даже сложно было сопоставлять недавно созданной более дорогой лазерной оргтехникой. Однако с каждым годом несуразные струйные аппараты предавались значительной модернизации, что выводило их на совершенно новые уровни. Современный недорогой струйный принтер способен отпечатывать высококачественные цветные фотографии, даже лучше, чем любой лазерный принтер, стоящий в разы дороже. Поэтому неудивительно, что струйные принтеры продаются в разы лучше лазерных.
«Ежегодно в США струйных принтеров реализуется приблизительно на 19 млрд. долларов» © исследовательская группа Lyra Research, штат Массачусетс
Несмотря на всю свою оригинальность, идея печати струйным способом далеко не новая. Еще в 1867 году Уильям Томпсон (Лорд Кельвин) получил патент на «Инструменты получения и записи для электронных телеграфов», в которых использовалась электростатика для контроля подачи капель чернила. Используя эти наработки, в 1951 году немецкая фирма Siemens выпустила первый в мире струйный принтер непрерывного действия. А в течение 1960 годов другие производители регулярно сообщали о своих небольших продвижениях в этой области оргтехники. Однако такие струйные принтеры зарекомендовали себя не с лучшей стороны. Критики того времени считали их дорогими, маркими, имеющими ненадежные помпы, резервуары и прочие компоненты, неспособные обеспечить надлежащее качество печати.
В современных принтерах все эти проблемы решены с помощью встроенной печатающей головки, картриджа с чернилами, механизма распыления краски и тонких проводящих отверстий, которые легко контролировать. В течение 1970 годов исследования в этой области были сфокусированы на изучении пьезоэлектрических методов печати. В этом случае при печати используются специальные кристаллы, которые вибрируют под воздействием электричества и выдавливают определенное количество красящего вещества соответствующего цвета. Тем не менее, наиболее выдающимся изобретением стало то, что инженеры, вместо вибрации, решили применить метод нагрева кристаллов.
Это интересно знать: Струйные термопринтеры были изобретены дважды, приблизительно в одно и то же время. Идея создания этого типа оргтехники зародилась одновременно у двух конкурирующих команд, находящихся по разные стороны Тихого Океана. В Японии Ичиро Эндо – инженер компании Canon, заметил как чернила выпрыскиваются из иглы шприца, когда ее касается горячее распаянное железо. В свою очередь, за тысячи километров от Японии, в лаборатории Hewlett-Packard, исследователь Джон Вог создал свой прототип струйного термопринтера, позаимствовав идею у механизма кофейного фильтра.
Вклад компании Hewlett-Packard (HP) в развитие струйной технологии печати
Исследования HP начались в канун рождественских праздников 1978 года, когда Дэвид Дональд и группа инженеров стали мысленно разрабатывать концепцию безупречного принтера. Ученые только закончили разработку первого лазерного принтера НР и начала работу над машиной глубокой печати для типографий. Несмотря на это, HP хотели большего – цветного, скоростного и что более важно, доступного принтера. В то время это были несовместимые вещи. Ведь тогда принтеры подразделялись всего на 2 типа: контактного и бесконтактного.
Не считая печатающих машинок, самыми востребованными контактными печатающими аппаратами были точечные матричные принтеры, которые применяли для печати барабан с множеством иголок. Иголки протыкали чернильную ленту и таким образом формировали изображение или символ на бумаге. В свою очередь, бесконтактные принтеры, наоборот, внушали больше надежды, так как их процесс печати основывался на отсутствии касания бумаги. Поэтому они считались более аккуратными и эффективными.
Несмотря на «сырое» состояние технологии, за лидерство соревновались целых 5 различных принципов бесконтактной печати. В частности, речь идет о следующих видах принтеров:
- струйные принтеры на жидких чернилах – принцип работы основывается на распылении микро капель чернила на бумагу через множество крохотных каналов;
- лазерные принтеры с тонером – в основу лег процесс ксерографии, созданный Честером Карлсоном, использующий лазерный луч для переноса тонера на бумагу;
- крупногабаритные струйные принтеры на твердых чернилах – использовали похожую технологию для плавления палочек восковых цветных чернил на бумаге;
- принтеры с термической сублимацией – применяли длинную термопленку, которая нагревалась и переносила краску на специальный бумажный носитель;
- автохромные термопринтеры – в печати применялся процесс нагрева специальной бумаги, уже содержащей красители для нанесения изображения.
В 1978 году концепция струйного принтера полностью захватила инженеров компании HP. Им казалось, что на основании этой концепции, возможно, создать простой, бюджетный принтер, воспроизводящий качественные отпечатки изображения. Несмотря на свои минусы, эта технология возымела огромный потенциал развития, чем ее основные конкуренты. В тот день перед Рождественской вечеринкой сотрудники бренда пришли к тому, что безупречное печатающее устройство – это принтер струйного типа.
«Новый вид принтера будет иметь множество каналов для подачи чернила, общим размером в 1/200 дюйма, а также будет способен быстро прокачать жидкую краску через сопла, чтобы печатать 1 страницу в минуту» ©Джон Вог, ведущий исследователь компании HP
Вернувшись в лабораторию после праздников, команда компании HP сфокусировалась на создании встраиваемой печатающей головки, которая бы не изнашивалась и не забивалась, а также была бы способна быстро выпрыскивать крохотные капли чернила. Решение для своей идеи увидел Джон Вог, когда вел наблюдение за работой кофейного фильтра. После этого, он решил использовать сами чернила в каналах для распыления и нанесения точек на бумагу.
Чтобы это осуществить Джон Вог использовал пару электродов в качестве резисторов. Целью опыта было выпарить при нагревании небольшое количество чернил прямо около канала подачи и добиться выделения из сопел капли жидкого красящего вещества. К сожалению, чернила не обладали достаточной электрической сопротивляемостью. В связи с этим, они не смогли при нагреве достичь оптимальной температуры. Кроме того, во время опыта вода из чернил распалась на водород и кислород, что не входило в планы эксперимента.
Инженер и изобретатель Вог после этого пытался использовать выделяющийся водород и кислород для создания микровзрыва, который был бы способен вытолкнуть частичку чернил из канала. Небольшая искра между электродами могла бы воспламенить пузырьки водорода, что вытолкнуло бы из канала каплю чернил. Однако этот процесс занимал бы слишком много времени и вызывал бы множество ошибок струйного принтера HP. Поэтому от этой идеи было принято решение отказаться. В то же время, прочие сотрудники фирмы HP сосредоточили все свои усилия на самой искре, с целью заставить каплю чернила закипеть. И им это удалось. Тем не менее, перед ними восстала новая проблема – быстрый износ тонких электродов.
Прорыв произошел, когда Джон Вог и его коллеги перешли на резисторы из тонкой пленки. Эти детали были способны создать достаточно высокую температуру для закипания капли чернила, чтобы она смогла быстро выделиться из канала. При этом уровень контроля остался на предельно высоком уровне. Резисторы были вмонтированы внутри небольших трубочек, в которых были прорезаны желобки, так чтобы получились каналы. Принцип работы состоял в их быстром включении и выключении, с последующим выделением крошечных частиц краски. Уже через 3 месяца команда HP собрала работающую версию струйного механизма печати с нагревательным элементом.
«Несмотря на весь свой инженерный опыт, команда не могла точно объяснить, как работает их принтер» © инженеры компании HP
Технологию разработали, принтер запатентовали, но менеджеры среднего звена компании HP несерьезно относились к идее инвестирования в это изобретение. А некоторые топ-менеджеры организации и вовсе полностью забраковали идею. В итоге, процесс струйной печати, созданный Джоном Вогом, был высмеян элитой бренда и окрещен как «фреатический взрыв». Недооценив важность открытия и технологии в целом, ее было отложено на дальние полки архива компании, как минимум на год, а то и больше.
Тем не менее, инженер Вог не забывал о своем детище и регулярно упрямо настаивал на принятии идеи струйного принтера. Он демонстрировал свою работу всем, кто интересовался, пытаясь привлечь внимание Ларри Ла Барра, работающего в HP многие годы и способного склонить правление компании взглянуть на изобретение серьезнее. Вскоре HP стала выделять средства на разработки и исследования в области струйных принтеров, и эта цель стала приоритетом в будущем всего бренда.
Вклад Canon в развитие струйной технологии печати
В то же время Ичиро Эндо, представитель японской компании Canon, также начал ставить фактически такие же эксперименты. Цель фирмы была в создании технологии печати лучшей классической ксерографии. Струйный способ печати был одним из нескольких вариантов. Еще в 1977 году Эндо и его команда сконцентрировались на разработке пьезоэлектрической системы печати, способной посылать электрические импульсы через тонкие каналы. Это должно было привести к выработке достаточного количества энергии, чтобы вытолкнуть чернила из резервуара. Но когда изобретатель ненароком дотронулся паяльником острия иглы шприца, наполненной чернилами, слабая струя красящего вещества резко вырвалась наружу. Впоследствии этот феномен целиком и полностью изменил ход исследований команды Canon.
За несколько дней команда Эндо создала примитивный принтер с использованием своего открытия. В будущем, серия таких печатающих аппаратов получит имя Canon Bubblejet. К слову, патент на эту технологию полностью принадлежит компании Canon. Из-за этого, слово Bubblejet кроме них не может использовать ни один производитель печатающих аппаратов. Кроме того, стоит отметить, что основное отличие между этим принтером и прототипом НР, заключается в способе впрыскивания чернила: у Canon чернила выпрыскивались сбоку, а у печатающей головки НР – сверху.
Два года спустя HP узнали о разработках Canon. Патенты на многие основные изобретения, полученные в результате обоих исследований, были поданы с разницей в 1 месяц. Результатом стали тесные отношения между HP и Canon, которые продолжаются и по сегодняшний день. HP позаимствовал у Canon решения по увеличению износостойкости печатающей головки. В свою очередь, Canon перенял у НР идеи по конструкции печатающей головки. Несмотря на небольшие разногласия, относительно прав на технологию, HP настаивает на том, что именно взаимное сотрудничество привело обе компании к успеху в области струйной печати.
Это интересно знать: Идея взаимозаменяемых картриджей принадлежит компании Canon. Однако именно HP смогли внедрить ее в массовое производство.
Струйная печать – технология будущего
Следуя за двумя начальными открытиями, эволюция технологии струйной печати стала общеотраслевым достижением. Помимо этого, была изобретена оптимальная формула быстровысыхающего чернила. Параллельно с этим продолжалась модернизация самих струйных принтеров и МФУ. Была разработана новая система протяжки бумаги, а также программное обеспечение для улучшения качества изображения. Для увеличения скорости печати, производители оргтехники создали более быстрые алгоритмы исчисления и облегчили печатающие головки, увеличив при этом количество каналов для подачи краски. К принтерам были добавлены новые функции и вскоре появились гибриды струйных принтеров, копиров и факсов. На сегодняшний день МФУ – это самый быстрорастущий сегмент рынка печатающего оборудования.
Гонка в разработке струйного принтера внесла огромный вклад в обе конкурирующие компании. Например, использование несъемных расходников, представленных в 1984 году, вызвало огромное негодование в компании HP. Каждое упоминание об одноразовом использовании небольших пластиковых деталей, которые составляли интеллектуальную собственность НР было невыносимым для некоторых топ-менеджеров компании.
Прочие конкурирующие бренды также отличились своими наработками в сфере струйной оргтегники. Так Epson представил свой струйный принтер, основанный на пьезоэлектрической технологии, впервые обнаруженной в 1970 году. А вскоре, инженеры Epson представили новый тип принтеров со штатной СНПЧ. Многие другие бренды также присоединились к производству оргтехники, предлагая в основном специализированные устройства для печати изображений фотографического качества.
Несмотря на весь интерес, сфера струйных принтеров развивалась достаточно вяло. По сравнению с сегментом лазерных принтеров HP, в котором наблюдался стабильный рост продаж, сегмент струйных принтеров казалось замер, после того как компания выпустила свою первую серию настольных струйных принтеров в 1980 годах. В середине 1990 НР даже задумывалась о полной остановке производства. К счастью, этого не произошло. От краха струйные принтеры спасло развитие цветной печати.
Внедрение большего количества цветов в технологию струйной печати
Широкое использование цветов, при работе с компьютерами и оргтехникой в середине 1990 годов, изменило ход событий. Как и планировал Джон Вог, следующим логическим шагом станет добавление цвета в струйную печать. К печатающим головкам помимо классического черного цвета, были добавлены дополнительные оттенки (пурпурный, голубой и желтый). Это позволило печатающему аппарату создать полноценный цветной оттиск. В свою очередь, специализированные фотопринтеры получили еще больше дополнительных цветов, чтобы отпечатки стали более яркими, насыщенными, а главное реалистичными.
«Мы просто привели всех специалистов в лабораторию и вывели нужный алгоритм» © Джон Мейер, управляющий лабораторией НР
На сегодняшний день струйники больше не считаются дешевыми заменителями лазерной оргтехники, а рассматриваются как полноценные печатающие аппараты. Классическая печатающая головка струйного принтера сейчас состоит минимум из 300 сопел, что дает возможность выводить изображения разрешением 1200×1200 dpi. Средний принтер теперь может наносить чернила со скоростью до 14000 точек в секунду. Большая часть разработок сегодня ведется в направлении создания стойких и быстросохнущих чернил, которые бы сохраняли изображение от выцветания. В то же время, адаптированное ПО помогает получать более чистые и четкие оттиски, контролируя процесс печати пиксель за пикселем.
И наконец, развитие струйной технологии печати подчеркивает, как нестандартное мышление может предложить простые решения для сложных задач. Ичиро Эндо и Джон Вог, которые получили множество наград за свои достижения, проявили настойчивость и показали веру в свои изобретения несмотря на все преграды. Достигнув своих целей, они произвели революцию в компьютерной сфере и принесли краски в жизнь людей.
История печати: матричные, струйные, лазерные и светодиодные технологии (Часть 2)
В прошлый раз мы рассмотрели историю печати с древнейших времен до изобретения первого принтера. Она была полна тайн и весьма неоднозначна, что вы, дорогие хаброчеловеки, любезно отметили в своих комментариях. Сегодня же мы говорим об истории персональной печати, развитие которых началось в середине ХХ века.
Часть 1. История печати: эволюция идей и технологий
Часть 2. История печати: матричные, струйные, лазерные и светодиодные технологии
Первые реальные принтеры
Развитие первых принтеров в 40-50 годах было связано с эволюцией печатающей машинки. В СССР и США предпринимались множественные попытки автоматизировать процесс набора символов, отпечатывающих на бумаге определенные символы через пропитанную чернилами ленту. Так, в нашей стране подобные разработки назывались АЦПУ (автоматизированные цифровые печатающие устройства), а в Америке их просто называли Printer – что значит «печатающий». Позже появились барабанные и лепестковые принтеры, которые использовали идеи Чарльза Бэбиджа, о которых мы говорили в прошлой статье, и могли наносить различные символы через ту же красящую ленту.
Печать того времени не идет ни в какое сравнение по качеству и быстроте с современной. Одна из первых подобных «машин» была создана для компьютера Univac в 1953 году в недрах корпорации Remington-Rand, это был первый в мире высокоскоростной принтер. Впрочем, высокоскоростным он был, конечно, в понимании того времени – печатающее устройство могло печатать за минуту 600 строк по 120 символов в каждой.
Матричные принтеры
Впервые идея матричной печати была реализована в 1964 году фирмой Seiko Epson Corporation. Инженеры компании сконструировали уникальный по тем временам механизм, который постоянно отпечатывал точное время – работал в качестве часов. В отличие от лепестковых и барабанных принтеров изображение формировалось из точек, наносимых на бумагу иглами через черную или цветную ленту. Эволюция данной разработки привела к появлению настоящих матричных принтеров.
Основные конструктивные элементы матричного принтера — печатающая головка (каретка), которая двигается вдоль строки и наносит символы ударами иголок через ленту, пропитанную чернилами. Отсюда и появилось название «матричный принтер». Ведь все возможные символы складывались из разрешения матрицы, образуемой расположением игл, которых первое время было совсем немного – например, 9, 24, 35 и так далее. Ударное движение иглы запускалось электромагнитом, расположенным в барабане. Более подробно мы рассмотрели механизм в статье, непосредственно посвященной матричной технологии.
Одним из первых серийных матричных принтеров был LA30 от компании DEC (Digital Equipment Corporation). Данное устройство было способно печатать только заглавные буквы размером 5 на 7 точек со скоростью 30 символов в секунду на бумаге специального размера. Печатающая головка этого принтера управлялась шаговым двигателем, а бумага протягивалась приводом с храповым механизмом – не очень надежным и шумным. Любопытно, что LA30 имел как последовательный, так и параллельный интерфейс.
Однако именно принтер DEC LA36 стал фактически символом печатающей техники, завоевав в своем время признание общественности. Разработчики исправили основные ошибки и недоработки, а также увеличили длину строки до 132 символов различного регистра. В результате для печати годилась стандартная перфорированная бумага. Каретку приводил в движение более мощный сервопривод с электромотором, оптическим датчиком положения и тахометром. Все это сделало принтер более удобным и надежным.
Еще одна интересная техническая особенность LA36 – не принимая от компьютера больше 30 символов в секунду, он печатал вдвое быстрее. Дело в том, что при возврате каретки следующая пачка символов попадала в буфер. Поэтому при печати новой строки принтер наверстывал упущенное со скоростью 60 символов в секунду. LA36 задал «моду» на разнотоновые звуки печати – в быстром и обычном режиме. Ведь его головка двигалась в одну сторону с одной скоростью, а в другую – с вдвое большей, создавая своеобразней офисный шумовой фон.
Но самой популярной и покупаемой моделью вплоть до 90-х годов был Epson MX-80, сочетающий в себе относительную доступность и хорошие для того времени параметры производительности. Технология матричной печати долгое время доминировала на рынке, но в последние годы, благодаря развитию таких направлений как струйная и лазерная печать, а также их разновидности, уступила им основную нишу и ушла в тень специализированных решений.
Струйная печать
Если начать с самого начала, то можно считать моментом зарождения струйной печати 1833 год, когда Феликс Саварт обнаружил и констатировал однотипность образования капель жидкости, выпускаемой через узкое отверстие. Математическое описание этого явления было проведено в 1878 году лордом Рейли (который впоследствии получил Нобелевскую премии). Но только в 1951 году компания Siemens запатентовала работающее устройство, способное разделять струю на однотипные капли. Это изобретение привело к созданию мингографа, одного из первых коммерческих самописцев, используемых для регистрации значений напряжения.
Говоря о струйной печати нельзя забывать и о таком подходе как drop-on-demand. Сегодня уже не много кто помнит об этом, но у первых струйных принтеров была серьезная проблема с отводом капель, которые не должны были попасть на бумагу. Суть метода drop-on-demand заключается в том, то устройство выпускает капли чернил только при необходимости.
Первые разработки в этой области были применены в устройстве последовательной печати символов Siemens PT-80 в 1977 году, а также в принтере компании Silonics, появившемся годом позже. Эти принтеры использовали прообраз пьезоэлектрической печати, когда чернильные капли выходили наружу под действием волны давления, создаваемой механическим движением пьезокерамического элемента.
В 1979 году специалисты компании Canon изобрели метод печати по технологии drop-on-demand, в соответствии с которым капли выпускались наружу на поверхности небольшого нагревателя, расположенного рядом с соплом и регулировались при помощи конденсации туманообразных скоплений красителя. В Canon эту технологию назвали «пузырьковая печать».
В 1980 году компания Hewlett-Packard независимо разработала схожую технологию, получившую название термическая струйная печать, и уже в 1984 году на рынке появилось решение ThinkJet — первый коммерчески успешный и относительно недорогой струйный принтер, обеспечивающий хорошее качество и разрешение печати.
Струйные технологии развиваются и сегодня день, обеспечивая многоцветную печать, печать на больших форматах, они позволяют использовать как растворимые, так и пигментные красители (когда минимальные частицы краски проникают через сопла и оседают на бумаге). Современные струйные принтеры, можно сказать, находятся в состоянии прогресса и активно борются за свое место под солнцем. Усовершенствование скорости печати и устойчивости красителей к воздействиям времени, влаги и трению, а также снижение стоимости отпечатка сделали их серьезным конкурентом для лазерных и светодиодных принтеров.
Лазерные принтеры
Пальма первенства в производстве лазерных принтеров принадлежит компании XEROX. Именно ее сотрудники в 1969 году сообразили, что технологию копировальных устройств можно применить и в принтерах. Таким образом, фотобарабан заряжается отрицательно, а луч лазера снимает определенную часть заряда, проходя по фотобарабану, именно там, где должны быть напечатаны пиксели. Тонер лазерного принтера может быть изготовлен из различных материалов: металлической стружки, смол, угольной пыли и т.д. В любом случае он также заряжен отрицательно и потому прилипает именно в том месте, где пройдет лазер придаст барабану положительный потенциал. Барабан переносит электронное изображение на бумагу, к которой притянутся частицы тонера. В конце концов бумага попадает в печку, и тонер под действием нагревательного вала плавится, закрепляясь на бумаге. Более подробно мы уже рассказывали о технологии в предыдущих статьях.
Еще в 1971 году появляется первый прототип лазерного принтера, однако только в 1977 году фирма XEROX выпустила устройство Xerox 9700 Electronic Printing System. В 1981 году Xerox продолжает свои разработки и выпускает компьютер STAR 8010. Вместе с ним продаются графический и текстовый редакторы, а так же программа для комбинирования текстов и графики и, естественно, лазерный принтер. Стоимость такого оборудования составляла в то время 17 000 долларов.
Следующий важный этап истории лазерных принтеров приходится на 1984 год. Тогда компания Hewlett-Packard начала выпускать серию доступных принтеров LaserJet, которые обеспечивали прекрасное на тот момент разрешение 300 dpi. В 1992 году HP выпускает свой принтер LaserJet 4, стоимостью немного меньше $1000 и разрешением 600 dpi. Можно сказать, что этот момент и стал переломным и лазерные принтеры стали приобретать популярность и завоевывать рынок офисной печати.
Светодиодные принтеры
Светодиодные принтеры по праву считаются более технологичными, чем лазерные. В них вместо лазера используется длинная линейка со светодиодами, которые выборочно вспыхивают для создания электронного рисунка на барабане. Таким образом, данная технология является более экономичной и позволяет добиться большей скорости печати при прочих равных условиях (конструкция печатающего механизма, скорость интерфейса, используемый ЦП и т.д.). Первый светодиодный принтер был выпущен компанией OKI лишь в 1987 году, а спустя 10 лет, в 1998 году, так же компания разработала первый цветной светодиодный принтер.
В нашей стране светодиодные принтеры появились в 1996 году с открытием регионального представительства OKI. В 1999 году светодиодные принтеры в Россию начинают поставлять Panasonic и Kyocera.
История светодиодных принтеров в России тесно связана с бюджетной и домашней моделью OkiPage 4W, которая позиционировалась в нашей стране как базовая модель для офиса. OkiPage 4W оказывается значительно дешевле своих лазерных аналогов, и его продажи в бизнес-сегменте стартуют очень бодро. Однако, рассчитанные на домашние объемы печати (2500 страниц в месяц), быстро выходят из строя, как из-за превышения нагрузки, так и из-за некачественных заправочных материалов. Считается, что именно из-за этой ситуации светодиодная печать до сих пор не столь популярна в России.
Впрочем, в настоящее время светодиодные принтеры продолжают активное развитие, предлагая достойную альтернативу классическим лазерным моделям. В ассортименте производителей имеются как стандартные цветные и черно-белые, так и широкоформатные светодиодные принтеры.
Сублимационная печать
По просьбам трудящихся мы скажем несколько слов про такие технологии как термосублимационная печать и Micro Dry. Они появились относительно позднее, чем лазерная и струйная печать, и, быть может, поэтому они пока не заняли значительного места на рынке.
Первооткрывателем сублимационной технологии считается француз Ноэль де Плассе. В 1957 году Ноэль де Плассе обнаружил, что некоторые красители способны сублимировать, то есть переходить из твёрдого состояния в газообразное, минуя жидкое. Однако в 60е его открытие не повлияло на печать, хотя через 20 лет с распространением персональных компьютеров и развитии технологий его идеи стали вновь актуальны. В 1985 году начали применять термосублимационную печать на практики, активно используя фото-принтерами компании Kodak для непосредственной печати с камер, а также компанией Mitsubishi Electric. Впрочем, сфера применения данной технологии весьма ограничена, так как для печати требуется специальная термобумага, а скорость переноса рисунка оказывается достаточно низкой, ведь краситель каждого цвета наносится на бумагу по очереди.
В 1996 году была разработана технология печати Micro Dry, которая в основном используется в принтерах Citizen. Ее суть состоит в том, чтобы наносить твердый краситель прямо на носитель. Это обеспечивает возможность печати с одинаковым качеством на любой бумаге, в том числе красителями класса «металлик». Принтеры могут печатать с разрешением до 600х600 в цвете, но стоимость отпечатка пока остается достаточно высокой.
Заключение
Вот мы кратко поговорили об истории развития печати, однако не стоит забывать, что сегодня продолжают разрабатываться новые технологии. Например, недавно мы рассказывали об интересном УФ-светодиодном принтере с твердыми чернилами. Инновации позволяют активно развиваться широкоформатным принтерам, печатающим на холсте, полиэтилене или других материалах. А также уже более 10 лет существуют 3D-принтеры, которые позволяют печатать различные объекты из полимеров или, например, шоколада. Они, бесспорно, заслуживают отдельного разговора.
Ты вряд ли знаешь, как появились принтеры
В закладки
Сегодня вряд ли представите жизнь без интересных книжек, глянцевых журналов с красивыми картинками и многофункциональных устройств для сканирования, печати и копий размером с Mac Pro.
Но даже примитивные методы нанесения текста или изображения на поверхность были обыденностью далеко не всегда.
Чтобы осознать масштаб, копнем в историю печати — да поглубже!
Как «печатали» до появления принтеров
Когда смотришь на символы, которые люди долгое время выбивали на камнях или глиняные таблички с мудреными закорючками, понимаешь, что сотни лет эволюции методов печати прошли не зря.
Носители: проблема выбора
Первым значимым шагом в истории печати можно считать появление папируса, который был создан в Египте из одноименного материала.
Вторым — создание пергамента, родиной которого оказался город Пергама. Для его изготовления использовалась кожа животных, которая выделывалась таким образом, чтобы на нее можно было легко наносить чернила природного происхождения.
Когда смотришь на современную бумагу, за которую в любом ближайшем канцелярском магазине просят копейки, даже представить не можешь трудоемкость производства двух первых материалов.
Для производства бумаги ингредиенты варили в котле. Затем перебивали специальными молотками в кашу, из которой и формировались бумажные листы — почти тоже самое происходит и в современной мире.
Перенос изображения или офсет
Жаль, в темные времена грамотных было мало, а исторические книжки переписывали с ошибками. Поэтому автора идеи офсетной печати сегодня не определить.
Бытует мнение, что туземцы насмотрелись, как насекомые пробивают лапками листья, и создали первые трафареты для печати.
Похожий принцип используется и сегодня. Готовое изображение переносится с инструмента на носитель: бумагу, металл, фольгу и так далее.
И никто не спорит, что настоящий прорыв в офсетной печати произошел в XV веке, когда немецкий ювелир по фамилии Гутенберг придумал метод наборных букв.
Демонстрация печатного станка Гутенберга
По его идее каждый знак в зеркальном отражении отливался из свинца, который обволакивали сразу в картон, а потом резину. Таблицы со скомпонованным текстом мазали чернилами и прислоняли к бумаге — вот и вся наука.
Первые «станки» для печати
Конечно, после этого (лет эдак через 200) у наших предков появилось желание упростить изменение печатных текстов без создания новых громоздких трафаретов, столешниц-колодок и так далее.
Тогда размер трафарета уменьшили до одной буквы и создали первый печатный станок, авторство которого приписывают Генри Миллю. Королева Англии запатентовала его в 1714 году.
Первый печатный станок. Музейный экспонат.
Принцип печатных машинок не изменился по сей день. Читатели старше 30 лет познакомились с ним в юности, а современные хипстеры могут найти в музеях.
Это тандем окрашенной ленты, которая находится возле бумаги, и молоточков с символами, которые выбивают текст.
Что интересно, достаточно часто при печати использовали ленты разных цветов. С помощью них выделяли первые буквы в главах книг или вообще абзацах. И это было прообразом современных цветных принтеров.
Печатные машинки и QWERTY
В 1808 году была создана первая популярная печатная машинка. Модель, которая пошла в серию, разработал итальянец Терри Пеллегрино — он создал пишущий аппарат для слепой подруги.
А уже в 1863 году появился предок современных печатных машинок. Сначала американцы Кристофер Лехтем Шоулз и Самуэль Суле, которые работали в типографии, придумали приспособление для быстрой нумерации страниц. И это вдохновило их на создание неудобной, но работоспособной пишущей машинки.
Они получили патент на изобретение в 1865 году — машинка не имела цифр, а буквы (только строчные) располагались в алфавитном порядке.
Молоточки расположенных рядом букв машинки то и дело застревали. Поэтому их соотечественник Шоулз разработал привычную нам раскладку QWERTY, в которой встречающиеся часто буквы разнесены максимально далеко — да, дело здесь не в удобстве набора, а в технических проблемах печатных машинок из далекого прошлого.
Печатная машинка Underwood
В 1895 году мир увидела печатная машинка Underwood, которая стала символом печатного дела в начале прошлого века.
Переходной этап в истории
Первым «принтером» называют устройство Чарлза Бэббиджа, которое он так и не воплотил жизнь. Его воссоздали по чертежам изобретателя в наши дни.
Решение представляло собой громоздкий усложненный вариант печатной машинки из 4 тыс. деталей общим весом в 2,5 тонны.
Но настоящие принтеры появились только в середине прошлого века с изобретением электронно-вычислительных машин — прообразов современных компьютеров.
Какие были принтеры и виды печати
Печать в середине прошлого века не шла ни в какое сравнение с современной по качеству и скорости.
Одним из первых подобий современного принтера считают решение Remington-Rand, которое создали для компьютера Univac в 1953 году. Он мог печатать 600 строк по 120 символов в минуту.
Традиционная матричная печать
В 1964 году инженеры компании Seiko Epson Corporation впервые реализовали идею матричной печати в устройстве, которое работало в роли часов и печатало точное время: изображение создавалось из точек, наносимых на бумагу иглами через красящую ленту.
Аналогичного принципа придерживаются и современные принтеры: печатающая каретка двигается вдоль листа и наносит символы ударами иголок через красящую ленту. «Матричный принтер» потому и матричный, что изображение складывается из разрешения матрицы, образуемой расположением игл.
Принтер EP-101
Уже через четыре года Epson выпустили миниатюрный принтер EP-101, который пользовался популярностью у производителей настольных калькуляторов и счетных машин.
Название всемирно известного бренда Epson появилось как результат желания компании создавать продукты, которые стали бы потомками первого принтера EP-101 или его «сыновьями» — «Ep-son».
И с 1975 года принтеры, компьютеры и другие устройства, производимые компанией Suwa Seikosha, продаются под маркой Epson.
Немного позже мир увидел LA30 компании DEC — он мог печатать до 30 символов в секунду на бумаге специального размера.
Но настоящим символом матричной печати до 90-х годов стал принтер Epson MX-80, который объединял относительную доступность и приемлемую производительность.
Аналогичные матричные принтеры Epson закупаются до сих пор и используются для печати на официальных бланках и документах в государственных учреждениях. Здесь им равных нет, ведь тот же паспорт не засунешь ни в лазерный, ни в струйный принтер.
Лазерная печать
Первенство в производстве лазерных принтеров принадлежит компании XEROX. В 1969 году она начала работу над переносом технологии своих копировальных аппаратов, которые уже использовали принцип лазерной печати, на принтеры. В 1971 выпустила первый прототип, а в 1977 — серийный принтер.
В данном случае лазерный луч создает на поверхности вращающегося фотобарабана участки с электрическим зарядом, к которым притягивается тонер (порошок), выполняющий роль краски.
Лист бумаги протягивается через вал лазерного принтера, при этом частицы тонера примагничиваются к нему. Для того чтобы порошок не осыпался с бумаги, специальная печка «запекает» его на поверхности листа при температуре до 200 градусов.
Важным этапом в развитии лазерных принтеров стал 1984 год. Тогда компания Hewlett-Packard начала выпускать серию доступных принтеров LaserJet, которые отличались неплохой плотностью точек. Но эволюция таких устройств фактически остановилась, и конструкция почти не менялась с тех времен.
Лазерные принтеры можно использовать для печати текстовых документов. Но из-за сравнительно низкого разрешения и высокой стоимости расходных материалов делать фотографии с их помощью нецелесообразно. Поэтому для создания профессиональных отпечатков – используются только струйные аппараты.
Современная струйная печать или капельный метод
В 1833 году Феликс Саварт обнаружил и задокументировал, что капли жидкости, проходя через узкое отверстие, всегда получаются однотипными. Именно этот принцип и лег в основу такого способа перенесения изображения на бумагу — как струйная печать. Но только в 1951 году компания Siemens запатентовала работающее устройство, которое умело разделять струю краски на однотипные капли.
В 1977 году Siemens запатентовала устройство последовательной печати, которое работало по принципу drop-on-demand.
Печатающая головка такого принтера, плотно покрытая микроскопическими отверстиями, двигается из стороны в сторону, а капли чернил выходят наружу под действием давления от пьезокерамического элемента.
Уже в 1979 году компания Canon изобрела метод печати, в соответствии с которым капли выпускались на поверхность небольшого нагревателя рядом с соплом и регулировались конденсацией скоплений красителя. Они назвали это «пузырьковой печатью».
В 1989 году мир увидела технология Epson Micro Piezo. В отличие от «пузырьковой печати» Canon, здесь вместо нагрева используется ток. Это повысило надежность и долговечность печатной головки, позволило добиться точного контроля над размером капель для высокого качества и сильно расширило универсальность струйной печати.
Stylus Color
В 1996 году Epson создала первый шестицветный струйный фотопринтер Stylus Photo, который перевернул представление о фотопечати. С этого момента компания сохраняет имидж производителя лучших печатных устройств для фотографов.
Интересно, что в струйных принтерах на основе пьезоэлектрической технологии — одна долговечная печатная головка на все цвета, а в лазерных устройствах каждый картридж представляет собой сложное устройство с барабаном, которое при замене обойдется очень дорого
Редкая светодиодная печать
Первый светодиодный принтер в 1987 году выпустила компания OKI. А в 1998 она разработала первое цветное решение, работающее по такому же принципу.
Вместо лазера в данном случае используются светодиоды, которые выборочно вспыхивают для создания электронного рисунка на барабане. Это позволяет добиться большей скорости печати и использовать меньше тонера.
Некоторые светодиодные принтеры сегодня предлагаются по куда более привлекательной цене, чем лазерные. Но из-за регулярных поломок, небольших предельных нагрузок и требовательности к качеству тонера они все еще не завоевали популярность.
Сублимационная печать
В 1957 году французский ученый Ноэль де Плассе обнаружил, что некоторые красители могут сублимировать — переходить из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое.
А в 1985 его идеи начали применять компании Kodak и Mitsubishi Electric. Но успеха не добились. Сфера применения этого метода в те годы была сильно ограничена, так как для его использования связано со сложными особенностями, а печать не отличается скоростью.
В 1996 году компания Citizen разработала технологию Micro Dry, с помощью которой твердый носитель можно наносить прямо на поверхность.
Изображение печатается специальными чернилами на специальных термотрансферных носителях (бумагах), а затем опять же в специальных термопрессах (каландрах) переносится непосредственно на необходимый предмет или поверхность.
Такие принтеры подходят для печати на кружках, футболках, подушках и многом другом. И в нашей стране это стало одним из популярных видов малого бизнеса.
С помощью сублимационных принтеров изображения печатают на специальной трансферной бумаге для дальнейшего переноса их с помощью нагрева на ткань, керамику и даже металл.
Чего добились принтеры сегодня?
Несмотря на расхожее мнение, струйные принтеры сегодня занимают доминирующее положение на рынке, отодвигая лазерные на второй план.
Всему виной — универсальность первых и дороговизна в обслуживании вторых.
Многофункциональность и микро-габариты
За годы истории устройства для печати значительно уменьшились в габаритах. Сегодня они без проблем помещаются даже на небольшом столе дома или в офисе и не мешают своим присутствием.
Epson L486
При этом наибольшей популярностью пользуются МФУ — многофункциональные устройства, которые кроме цветной и черно-белой печати предлагают сканирование и копирование документов и изображений.
Рекордно низкая себестоимость печати
Основная особенность современных принтеров, которую продвигает компания Epson — печать без картриджей. Вместо них используются системы непрерывной печати (СНПЧ) — встроенные чернильные емкости, которые элементарно заправляются без помощи специалистов.
Самостоятельная заправка принтера
Ранее уже были кустарные самодельные системы СНПЧ. Но именно Epson предложила заводское решение — шестицветный L800, который в свое время стал легендой фотопечати. Дополнительные чернила для всех принтеров после него стоят в 2,5 раза дешевле картриджей из прошлого, а их объем в 10 раз больше — в итоге это в 25 раз выгоднее.
Именно поэтому сегодня печать документов, фотографий, открыток и всего, что душа пожелает стоит копейки — это выглядело настоящей фантастикой еще несколько лет назад.
Подробнее о системах СНПЧ и популярных решениях на их базе расскажет видео:
У компании Epson широкая линейка принтеров с СНПЧ, которые подойдут под нужны каждого: черно-белые и цветные домашние решения, а также офисные варианты для средних и больших объемов печати. Они отличаются габаритами, скоростью и возможностями, а также себестоимостью каждой напечатанной страницы.
Большая скорость печати каждой страницы
Сегодня струйные многофункциональные принтеры работают со скоростью до трех десятков страниц в минуту и даже больше.
Современным устройствам для печати не нужны нагревательные элементы и как следствие время на прогрев, поэтому они приступают к операции сразу после отправки задания с помощью компьютера, мобильного приложения или с самого принтера.
Нескромный запас хода для ЧБ и цвета
Если еще «вчера» принтеры как мухи дохли даже от домашней нагрузке, сегодня все изменилось. И топовые производители дают гарантию 12 месяцев или несколько десятков тысяч копий.
Важное преимущество компании Epson перед конкурентами в данном случае — система Micro Piezo. В ней вместо нагрева чернил используется электрический импульс. Поэтому головка перестает быть расходным материалом и в реальном использовании время без поломок многократно увеличивается.
Подключение к смартфонам: iPhone и Android
Как и другая электроника современные принтеры без проблем работают через мобильное приложение в паре со смартфоном или планшетом.
Работа со смартфоном
Таким образом доступ к принтеру можно получить из любой точки земного шара — так можно печатать текстовые и другие офисные документы, фотографии, веб-страницы и так далее.
Кроме этого с помощью мобильных приложений принтеров обычно можно осуществлять печать из облачных сервисов Dropbox, Google Drive, Box, Microsoft OneDrive и так далее.
В итоге: Уже сегодня понятно, что сотни лет прогресса не прошли зря и упростили процесс печати по максимуму. А многофункциональность каждого популярного устройства сделала его незаменимым для дома и офиса.
Мы же продолжаем углубляться в тему и готовить отдельные более подробные и узкие материалы о печати, чтобы расставить все оставшиеся точки над «i».