ČRNILNI TISKALNIKI
(ink jet, desk jet, bubble jet)

ZGODOVINA BRIZGALNEGA TISKA

Čeprav si v zadnjem desetletju iznajdbo brizgalnega tiska prisvajata predvsem Hewlett Packard in Canon, je osnovna tehnika ali ideja za takšen način tiskanja stara več kot 250 let. Že leta 1749 je mož po imenu Nollet ugotovil, da lahko kaplje črnila statično naelektri in da se take kaplje zelo hitro premikajo. Vendar mu ni uspelo tehnike dodelati tako, da bi lahko tiskal hitro in enakomerno. Prvo praktično rabo brizgalne tehnike pripisujejo lordu Kelvinu. Ta je leta 1867 prikazal prvi tiskalnik, ki je mehanske ali električne vrednosti s tehniko, podobno oscilografu, nanašal na papir.

Prvi brizgalni tiskalnik besedil je izdelal izumitelj Ascoli leta 1955, deset let pozneje pa je Paillard tržišču ponudil pisalni stroj z brizgalno tehniko izpisa. Obe napravi sta za tisk izkoriščali princip elektrostatičnega brizganja črnila skozi folijo, v kateri so bile majhne odprtine razporejene tako, da so lahko natisnile katerokoli črko. Leta 1974 so izdelali tiskalnik Mead Dijit, ki je že imel ločljivost 100 dpi, ponašal pa se je z za danes neverjetno hitrostjo - v eni minuti je potiskal 4 metre papirja.

V Canonovem skrivnem laboratoriju so leta 1977 izumili brizgalni tisk bolj po naključju. Vodja Ichiro Endo je hotel spremeniti viskoznost črnila, po nesreči pa je brizgalko s črnilom postavil v stojalo za spajkalnik. Ko je zaradi segrevanja črnilo brizgnilo iz igle, se je rodila Canonova različica brizgalnega tiskalnika.

Pri Hewlett Packardu je nek inžiner skorajda istočasno izumil podobno tehniko brizganja barvila, ko je opazoval mehurčke v pokvarjenem avtomatu za kavo, vendar je medtem Canon svojo tehnologijo že patentiral. HP se je kljub temu odločil razvijati tehnologijo še naprej, s tem pa je tudi zaslovel, saj je prvi ponudil brizgalne tiskalnike po razmeroma dostopnih cenah.

KAKO DELUJEJO

Sodobni brizgalni tiskalniki delujejo na enak način;  iz brizgalnih šob brizgajo barvo na papir, rezultati pa so lepši ali manj lepši barvni izpisi. Kljub istemu osnovnemu principu delovanja obstajajo razlike v tehniki brizganja barvila iz brizgalnih cevčic. Večina izdelovalcev uporablja klasično "mehurčno" tehnologijo (bubble jet), ki jo je leta 1977 odkril in patentiral Canon. Brizgalna cevka se segreje in izbrizga segreti in zato razširjeni barvni mehurček, ki se izlije na papir v obliki kapljice. Hewlett Packard je še istega leta podobno toplotno tehnologijo poimenoval thermal inkjet, Epson pa je razvil tehniko piezzo. Le-ta izrablja lastnosti nekaterih kristalov, ki spremenijo obliko in tako iztisnejo barvilo iz cevke, ko jih vzpodbudimo z električnim impulzom.
Brizgalnih šob na tiskalni glavi je običajno od 16 do 144 za vsako od štirih osnovnih barv, kar omogoča tiskanje z zelo veliko ločljivostjo, kljub temu pa samo podatek o ločljivosti ni najpomembnejši pri izbiri tiskalnika. Kot dokaz za to vzemimo za primer Hewlett Packard, ki že nekaj let kot ločljivost svojih brizgalnikov navaja 600 dpi, čeprav tekmeci kupce vabijo že z ločljivostmi 1200 ali kar 1440 x 720 dpi (dot per inch / pik na palec). Kljub temu so Hewlett Packardovi izdelki zelo konkurenčni na tržišču, manjša navedena ločljivost pa pri izpisih ni opazna.
Kakovost izpisa je namreč odvisna tudi od mnogih drugih dejavnikov in dodatnih tehnik, ki še izboljšajo izpise. Pri Canonu so tehniko brizganja izpolnili tako, da zmorejo izbrizgati večje ali manjše kapljice, saj brizgalno cevčico segrevata dve grelni telesci, od tega pa je odvisna tudi količina izbrizganega barvila. Tehnologija omogoča predvsem bolj drobno mešanje osnovnih barvnih delcev in zato očem prijetnejše barvne prelive. Poleg tega so kot prvim štirim osnovnim barvam - škrlatni,  modro-zeleni, rumeni in črni (CMYK) dodali še svetlejše odtenke, da lahko tiskalniki še natančneje mešajo barvne prelive. Tehnologijo tiskanja z različno velikimi kapljicami so uporabili tudi pri Epsonu. Iztisnejo lahko kapljice treh velikosti, tej tehnologiji pa priskoči v nekaterih modelih na pomoč tudi tiskanje s svetlejšimi toni osnovnih barv. Hewlett Packardov najnovejši model se tudi že ponaša s skupkom zgoraj naštetih izboljšav, obljubljajo pa ločljivost do 1200 x 2400 dpi.

Največji tehnični problem pri izdelavi brizgalnih tiskalnikov so tiskalne glave.

Kartuša s črnilom

Tiskalna glava je v bistvo cevka, napolnjena s črnilom. Na eni strani cevke je priključen rezervoar za črnilo, druga stran pa je odprta. Iz te cevke želimo s čim večjo hitrostjo brizgati kapljico črnila. Te morajo biti čim manjše, čim bolj okrogle in čim bolj podobne druga drugi. Zaželeno je tudi, da kapljica zleti iz šobe sama, da je ne spremlja ena ali več manjših kapljic, kajti te na papirju ustvarijo nezaželene packe. Zaželeno je tudi, da kapljica zleti iz šobe s čim večjo hitrostjo. Hitro leteče kapljice do papirja letijo naravnost, kar zagotavlja natančno postavitev pik na papirju.

Poznamo dve osnovni tehnologiji izdelave tiskalnih glav- toplotno in piezzo. Pri prvi skrbi za izbrizganje črnila grelni element, pri drugi pa piezzo element. Prvo tehnologijo je razvil Canon, uporabljajo pa jo skoraj vsi - Canon, HP, Lexmark, Samsung. Izdelovalci uporabljajo le različna imena. Pri Canonu se tehnologija imenuje bubble jet, HP ji pravi inkjet, Lexmark pa thermal inkjet. Drugo tehnologijo uporablja Epson.

Toplotni prenos:

Oglejmo si tiskalno glavo tik pred začetkom tiskanja. Šoba je napolnjena z črnilom, grelni element pa je ohlajen (slika 1 ). Grelni element zelo hitro segrejemo, segreje se tudi črnilo neposredno ob grelnem elementu, kar povzroči nastanek zelo majhnih mehurčkov. Ker je sprememba tako hitra, se toplota ne utegne razširiti skozi črnilo (slika 2).
Črnilo se neposredno ob grelnem elementu skoraj v trenutku upari in majhni mehurčki se združijo v en velik mehurček (slika 3). Mehurček še naprej raste in doseže največjo velikost, ob tem pa iztisne črnilo prek izhoda tiskalne šobe (slika 4).
Grelni element se nato ugasne. Ker je majhen, se zelo hitro ohladi. Zelo hitro se ohladi tudi črnilo, mehurček se zato skrči. Sunkovito krčenje mehurčka povzroči, da se iztisnjeno črnilo spremeni v kapljico (slika 5). Kapljica odleti na papir, podtlak v šobi pa hkrati potegne novo črnilo v šobo (slika 6). Glava je pripravljena za izbrizganje naslednje kapljice.

Piezzo prenos:

Piezzo glave so zelo podobne toplotnim glavam, le da za izbrizganje črnila ne poskrbi grelni element, temveč piezzo kristal. To je kristal posebnega materiala, ki spremeni velikost, ko ga priključimo na elektriko (slika 1). Ko napajanje ugasnemo, se kristal povrne v prvotno obliko. To spreminjanje poteka silno hitro. Poleg tega je zelo natančno (končna oblika kristala je vedno enaka) in ga lahko s spreminjanem napetosti zelo dobro nadzorujemo. Piezzo kristal ima tudi zelo dolgo življenjsko dobo, zato pri Epsonovih tiskalnih glavah menjamo le kartušo s črnilom, tiskalna glava pa ima enako življenjsko dobo kakor tiskalnik in je načeloma ne menjamo.

V Epsonovih glavah je uporabljen večplastni piezzo material z zelo dobrimi značilnostmi - 5 mikrosekund za največjo upognjenost, naslednjih 5 mikrosekund za poravnavo; torej lahko teoretično izstrelimo do 20.000 kapljic na sekundo. Večplastni material izbrizga kapljice z zelo visoko hitrostjo, saj ustvari silo 2 MPa (slika 2).
Oglejmo si tiskalno glavo tik pred začetkom tiskanja. Cevka je napolnjena s črnilom, piezzo pa ni električno nabit (slika 3). Na piezzo element priključimo napajanje. Element je pritrjen tako, da se zaradi spremembe oblike upogne v notranjost cevke in s tem iztisne črnilo (slika 4).
Napajanje na piezzo elementu se nato ugasne. Piezzo element se zelo hitro izravna, kar povzroči, da se iztisnjeno črnilo spremeni v kapljico, ki odleti na papir (slika 6). Podtlak v šobi hkrati potegne novo črnilo v cevko.

Pri pripravi tiskalnikov z ločljivostjo tiskanja 720 pik na palec so se Epsonovi inženirji spopadli z novim izzivom. Za visoko ločljivost so potrebovali manjše pike oziroma manjše kapljice. Manjše kapljice lahko dosežejo na tri različne načine. Lahko zožajo šobo, kar pripelje do pogostega mašenja šobe s črnilom, zato ta način ni v rabi. Lahko manjšajo napetost na piezzo kristalu, kar zmanjša hitrost raztezanja kristala. Kapljice so zato manjše, manjša pa je tudi hitrost tiskanja. Tretji način je nadzor opne, ki ustvari črnilo na koncu šobe (AMC - Advanced Meniscus Control). Ta način je uporabljen v novi seriji Stylus Color 400/600/800/1520. Z njim so dosegli kapljice, ki proizvedejo pike, trikrat manjše od običajnih, še vedno pa dosegajo do 14.400 izbrizganih kapljic na sekundo.
Pri običajnem piezzo brizganju je opna, ki jo ustvari črnilo na koncu šobe, zaradi površinske napetosti rahlo upognjena navznoter. Ko tiskalnik izstreli kapljico, se v trenutku, ko se odtrga, opna upogne še bolj navznoter, nato pa se zravna na prejšnjo vrednost (slika 7). Pri sistemu AMC tik pred izbrizgom pripeljejo na piezzo element negativno napetost. Element se zato upogne navzven. S tem zmanjša tlak v šobi, zaradi česar se opna upogne še bolj v notranjost. Nato pa piezzo element pripeljejo pozitivno napetost in glava izstreli kapljico na že opisani način. Zaradi spremenjene oblike opne pred izbrizgom je ta kapljica manjša (slika 8). Prednost takega sistema je tudi ta, da lahko ista šoba proizvaja kapljice različnih velikosti, kar pohitri tiskanje z ločljivostjo 360 pik na palec in (vsaj teoretično) omogoča izpisovanje s spremenljivo velikostjo pike.

Povezave: