Цифровий друк

Рис.8.10 Утворення високочастотного потоку краплі в струменевому друці безперервної дії:

а — звуження струменя фарби для утворення краплі;

б — високошвидкісна фотозйомка потоку краплі з побічними краплями, які під час польоту з’єднуються з основною краплею.

Якість друку залежить від точності й безперервності формованого потоку краплі.

На рис.8.9 наведені параметри (технологія Герца), для частот близько 1 Мгц і  обсягу крапель близько 4 Пл.

Приклад реалізації способу струменевого друку  безперервної дії для промислового застосування показаний на рис.8.9. Вона складається із двох послідовно розташованих модулів для друку на рулонному матеріалі (рис.8.9,б). Окрема головка має довжину близько108 мм. Сопла розташовані так, що можливо одержати роздільну здатність 240 dpi (1024 сопел в одній головці).

Рис.8.11 Високошвидкісна система  струменевого друку на рулонному матеріалі:

а  — установка із чотирма друкуючими головками (240 dpi, ширина головки близько108 мм,

швидкість полотна до 2 м/с);

б  — головки для струменевого друку із сопловою системою

Ще один приклад систем промислового застосування (роздільна здатність 300 dpi, довжина головки близько229 мм  і 2700 сопел) наведений на рис.8.12.

Рис.8.12 Система «Комп’ютер — друк» (струменевий друк) із чотирма друкованими секціями й сушильним пристроєм для рулонних матеріалів:

а - вид установки;

б - схема установки (дві друкарські секції із двома друкованими системами в кожій, сушильний пристрій);

в — струменевий модуль друкарської секції.  

Можливе застосування пристроїв багатоколірного  струменевого друку безперервної дії (рис.8.12) як цифрова проба. За допомогою чотирьох головок (по одній головці для кожної фарби: чорний, блакитний, пурпурний й жовтий) виконується друк з роздільною здатністю в 300 dpi. Аркуш закріплюється на циліндрі. Головка для струменевого друку, що рухається уздовж осі, і швидко обертовий циліндр у даному прикладі дозволяє одержати багатоколірний пробний відбиток. Кожна крапка може передаватися 15 градаціями.

8.3.2.Безперервний струменевий друк з багаторазовим відхиленням струменя фарби

У струменевому друці безперервної дії, зображеному на рис.8.9,  окремі краплі, які повинні відхилятися, заряджаються однаково. Існує тільки два стани:

• заряджений;
• незаряджений.

Реалізація принципу дозволяє говорити про бінарне відхилення крапель фарби(рис. 8.2).

У системах з багаторазовим відхиленням краплям можна дати заряди різної величини, які впливають на їхню траєкторію руху по полю між пластинами. Записуючий пристрій дозволяє наносити зображення смугою шириною10 мм . Запис забезпечується, наприклад, на 16 ділянках. Довжина записаної в такий спосіб смуги залежить не тільки від довжини головки й числа смуг, але й від відстані між головкою для струменевого друку й поверхнею паперу. Зі збільшенням відстані збільшується зона запису, але при цьому знижується роздільна здатність. Роздільна здатність друку визначається крім того швидкістю руху задруковуваної поверхні  і частотою випущення краплі.

Можна створити системи з відхиленням крапель фарби по двох координатах. Керування відхиленням діє так, що можливо наносити знаки при нерухомому матеріалі, що здруковується.

Пристрої  з багаторазовим відхиленням  крапель фарби зображені на рис.8.13. Показана система із чотирма окремими модулями адресації, що застосовується для газет.

Рис.8.13  Вид системи струменевого друку з багаторазовим відхиленням крапель фарби:

а — головка струменевого друку, для адресації газет;

б - струменева система для адресації журналів при  їхньому потоковому виробництві способом рулонного офсетного друку

На рис.8.9,б показана система  з багаторазовим відхиленням  потоку краплі, що використовується для  адресації поштових відправлень  журналів. У цьому випадку однією пишучою головкою, наявної в системі, записуються шість рядків.

8.4 Краплинно-струменеві технології («крапля  на вимогу»)

У краплинно-струменевих технологіях крапля утвориться тільки тоді, коли це потрібно для створення зображення. Крапля може утворитися або за допомогою зміни температури (бульбашкова струменева технологія), або обсягу камери в сопловому каналі (п’єзоструменева технологія).

На рис.8.9 дане порівняння обох краплинно-струменевих технологій із приведенням відповідних характеристик для кожної з них.

У схематичній послідовності (рис.8.15) зображено, як із сопла за допомогоюнагрівання й утворення пухирця випускається крапля фарби, а канал підготовляється для чергового циклу роботи.

Сучасні технології термічної струменевого друку дозволяють створювати об’єм краплі до 23 пл, що відповідає її діаметру в 35 мкм. Частота випущення краплі перебуває в діапазоні від 5 до 8 кГц. Роздільна здатність пристроїв залежить від об’єму краплі при23 лроздільній  здатності  600 dpi (діаметр крапки на відбитку 60 мкм). На роздільну здатність впливають також в’язкість фарби, що усмоктує здатність паперу й т.д.

Рис.8.4  Краплинно-струменевий друк: характеристики системи:

а  — термічний струменевий друк (пухирцевий);

б  — п’єзоструменевий друк

Друкарські пристрої, що використовуються в настільних видавничих системах, оснащені переважно головками термічного струменевого друку. Для кожної фарби   в них застосовується окремий елемент. Часто використовується окрема головка тільки для найбільш уживаної чорної фарби, а для блакитної, пурпурної й жовтої фарб — загальна. Випускається високопродуктивне устаткування з роздільною здатністю в 600 dpi з частотою крапель, наприклад, в 8 кГц. Вони мають записуючі головки з 300 соплами.

Рис.8.15 Утворення краплі при термічному струменевому друці:

а — принцип утворення пухирця й випуску краплі (Canon);

б — послідовність утворення краплі (HP)

8.4.1.П’єзоструменевий друк

П’єзоструменевий друк на противагу термічному реалізує випуск краплі фарби за допомогою зміни об’єму каналу, а не шляхом нагрівання й випару рідини усередині системи (рис.8.12,б). Для реалізації невеликих систем оптимально підходять п’єзокерамічні матеріали з електричним керуванням. Як показано на рис.8.16,а, такі матеріали змінюють свою форму при подачі електричного імпульсу. При створенні систем п’єзоструменевого друку, як правило, використовується «режим зрушення», коли відбувається деформація геометрії елемента (рис.8.16,а).

Використання п’єзокерамічних  матеріалів дозволяє одержувати різну  геометричну побудову як сопел, так  і їхніх систем. На рис.8.14,б   наведений приклад, що показує, як у каналі з фарбою відбувається формування краплі. Робочим елементом є задня стінка камери, що діє подібно мембранному насосу. У конструкції, показаної на рис.8.14,в, деформуються стінки каналу. Один канал діє як насос (витяжка), а інший – як пушка. При такому розташуванні вони взаємозалежні. В ефекті взаємності бере участь тільки кожна третя соплова камера. Сусідні є неробочими. У такий спосіб реалізується процес почергового накачування й викиду фарби. На противагу термічним механіко-електричні п’єзоструменеві системи дають можливість створити більш високу частоту випущення краплі й застосовувати різні рецептури фарб.

Рис.8.16  Конструкція систем краплинно-струменевого друку з п’єзокерамікою:

а - деформація п’єзокераміки в електричному полі;

б - утворення краплі за допомогою деформації задньої стінки каналу;

в - п’єзоструменевий друк з утворенням краплі за допомогою деформації стінок каналу 

Перші системи з п’єзоструменевою технологією й сопловими головками почали вироблятися в 1990р.

У друкарському пристрої для багатоколірного  друку, зображеному на рис.10.17, застосовуються термофарби. Чотирифарбовий друк здійснюється головкою з 96 соплами з роздільною  здатністю в 300 dpi. Відстань між соплами становить 500 мкм, а між елементами зображення – 84 мкм. Це досягається завдяки нахилу лінійок сопел на 10° стосовно лінії ширини аркуша (рис.10.17 для стаціонарної пишучої головки). Подача термофарби до друкуючої матриці здійснюється при її нагріванні. Після перенесення на папір фарба прохолоджується й твердіє.

Рис.8.17 Система багатоколірного  п’єзоструменевого друку термофарбами:

а — концепція друкарського пристрою для формату А4;

б — розташування сопел і розподіл каналів для багатоколірного друку (300 dpi завдяки нахилу рядків, роздільна здатність рядка 50 dpi; 96 сопел: 48 – для чорної фарби, по 16 для блакитний, пурпурної й жовтої);

в — зовнішній вигляд виконання

П’єзоструменевий друк може використовуватися у вигляді секції для вдруковування додаткової інформації на попередньо задрукований рулонний матеріал (рис.10.18). Попереднє задруковування може виконуватися, наприклад, за допомогою цифрової високошвидкісної одноколірної друкарської системи. Задруковування може здійснюватися, як показано на рис.10.18,в, на потоковій лінії. На рис.10.18,а й б зображені вісім головок для струменевого друку, розташованих послідовно в напрямку руху полотна і його проводок. Кожна з них може розташовуватися щодо осі в різних позиціях. Для будь-якої струменевої системи можлива заміна фарби, що важливо при кольоровому друці. Окремі пишучі головки з 256 соплами забезпечують роздільну здатність в 240 dpi; ширина друкуна кожну головку становить 27 мм.

Рис.8.18 Пристрій для задруковування способом струменевого друку:

а — головки для струменевого друку в друкарській секції (240 dpi, п’єзоструменевий друк, термофарби, ширина запису27 мм) M2000, Group SET;

б — проводка полотна в секції для вдруковування за допомогою вакуумної стрічки (M2000, Group SET);

в — високошвидкісна потокова лінія (друкарська система) (InfoPrint 4000/InfoPrint Hi-Lite Color, IBM) 

П’єзоструменева система на основі технології, показаної на рис.8.16,в, представлена на рис.8.19.

Рис.8.19. П’єзоструменева система:

а — друкарська голівка (рядок з 512 соплами з роздільною здатністю 180 dpi) XaarJet, XAAR;

б струменевий друкарський пристрій великого формату, роздільна здатність 720 dpi

Пишуча головка, що дозволяє одержати роздільну здатність в 180 dpi, оснащена 512 соплами в кожному ряді.  На основі такого модуля  можна одержати більш високу роздільну здатність, задруковувати матеріал більшої ширини. Установка для виготовлення чртирифарбових відбитків великого формату способом струменевого друку забезпечує роздільну здатність в 720 dpi (рис. 8.19 ).

8.4.2.Електростатичний струменевий друк

У різновидах краплинно-струменевого друку формування краплі фарби виконується за допомогою тиску пухирця пари (у термічній системі) або механічної деформації (зміна обсягу каналу) у п’єзосистемі. Керування здійснюється електричними імпульсами (рис.10.3,б і в ).

В електростатичній струменевій системі (рис. 10.3,г) між струменевою головкою й   матеріалом, що задруковується створюється електричне поле. Генерування крапель фарби для одержання зображення виконується подачею відповідних керуючих імпульсів. Подібні системи перебувають у цей час на стадії розробки. Є багато публікацій матеріалів конференцій, патентних описів.

8.4.2.1.Електростатичний струменевий друк за допомогою «ефекту Тэйлора».

З 1990 р. розробляється спосіб струменевого друку, в основі якого лежить ефект Тэйлора.   В електростатичному полі із сопла випускаються тонкі потоки рідини при співвідношенні діаметра потоку й сопла 1:20. Концепція конструкції сопла для струменевого друку, заснована на цьому ефекті, представлена на рис.17.20.

Рис.8.20 Електростатичний струменевий друк на основі «ефекту Тэйлора»:

а — принципова схема утворення краплі;

б — утворення краплі в електричному полі (процес);

в — концепція реалізації камери з термофарби і соплової матриці

З «конічного сопла Тэйлора» випускається особливо сформований потік фарби (рис.10.20,б), що має значно менший діаметр, ніж діаметр сопла. Даний ефект має для струменевого друку ту перевагу, що можливо генерацію дуже дрібних крапель із відносно більших сопел. Краплі утворюються при створенні електричного поля між папером і вихідним отвором сопла. Обсяг крапель визначається тривалістю керуючих імпульсів. Концепція, зображена на рис.10.20, передбачає застосування термофарб.

Описаний спосіб активно досліджується  в плані створення соплових матриць  оптимальної форми на основі спеціальних  мікромеханічних методів. Діаметр сопел становить близько 400 мкм, а реальна відстань між ними може бути менш1 мм. За допомогою розміщення сопел у вигляді послідовних рядків зі зсувом рядів можна створити матриці з роздільною здатністю, наприклад, в 600 dpi і вище, а також більшою шириною   поверхні що задруковується.