СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1.КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕЧАТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПЕРСОНАЛЬНОГО КОМПЬЮТЕРА 1.1Матричные принтеры

1.2Струйные принтеры

1.3Лазерные принтеры

2.АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕЧАТАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Современный этап развития общества сопровождается все большим проникновением различных аспектов информационных технологий (ИТ) практические во все сферы деятельности - профессиональную, развлекательную, информационную, обучающую. Персональный компьютер со всеми своими составляющими становится одним из инструментов, который повседневно используется человеком в том или ином качестве, в той или иной форме на работе и дома. На основе такого стремительного роста ИТ можно наблюдать возникновение оригинальных тенденций их использования, отличающихся, от тех, которые устоялись в сознании конечного пользователя за последние десятилетия. Например, существует концепция «безбумажной информатики», в основе которой лежит идея полностью электронного документооборота. Цели подобного подхода состоят в исключении этапа создания бумажных копий документов. Плюсы концепции очевидны - экономия бумаги, а, следовательно, средств и времени, ненужность содержания целого класса периферийных устройств вывода на бумагу - принтеров; увеличение скорости прохождения документа, а значит, его себестоимости и многие другие бесспорно существующие преимущества. Без сомнения электронный документ обладает многими достоинствами и перспективными свойствами, но абсолютизация идеи в корне является неверным и тупиковым утверждением. Практика показала многие минусы данного видения проблемы. Один из них заключается в недостаточном исследовании психофизических факторов человека относительно восприятия информации. Итоги исследования, проведенного для ответа на этот вопрос британским маркетинговым институтом The Survey Shop, оказались весьма неожиданными. Выяснилось, например, что:

· 61 % менеджеров из почти 500 европейских фирм предпочитают работать с бумажными документами;

· 33% менеджеров не читают получаемую ими электронную почту на экране компьютера, а знакомятся с ней только в распечатанном виде;

· 65% менеджеров полагают, что документы на бумаге лучше архивируются.

“Исследование показало, что полностью компьютеризованный офис - не более чем плод фантазии футурологов”, - оценивают эти данные в корпорации Xerox.

Таким образом, принтер не только не будет терять своего значения в процессе обработки информации на базе средств информационных технологий, но и расширять область применения благодаря достижениям развития аппаратной базы - развитие технологии цветной печати, печати фотографий. С другой стороны, очевидно все большее пересечение информационных технологий и сервисной, банковской, издательской деятельности - сфер, в которых невозможно обойтись без использования тех или иных документов на бумажных носителях. Кроме того, нельзя исключать появления новых технологий печати с более совершенными характеристиками.

Суммируя все вышесказанное, необходимость принтеров доказывается их практической востребованностью и использованием во многих производственных процессах.

В современной терминологии принтеры - это устройства вывода данных из ЭВМ с их фиксацией на бумаге или другом материальном носителе. Принтер служит своеобразным мостом между виртуальным миром персональных компьютеров и объективной реальностью, связывая полученные результаты работы механического мозга с применением их в повседневной жизни.

Термин “принтер (printer)” имеет самую широкую трактовку в языке, описывающем процесс обработки информации. Возможности современных принтеров разнообразны и, самое главное, продолжают совершенствоваться. С одной стороны, отмечается рост таких основных характеристик печатающих устройств как качество и скорость создаваемой копии документа. С другой стороны, стоимость принтеров имеет тенденцию приближаться к экономическим возможностям предприятий, организаций и отдельных граждан по выбору, приобретению и эксплуатации подобной аппаратуры.

В данной работе объектом исследования является сегмент российского рынка аппаратного обеспечения современных информационных технологий, занимающийся такими периферийными устройствами как принтеры персональных компьютеров.

Целью работы является изучение основных технико-эксплуатационных характеристик принтеров для персональных компьютеров и выработка методики их оценки, направленной на использование ее положений в решении задачи выбора печатающего устройства для той или иной ситуации.

Актуальность работы обусловлена широким разнообразием современных моделей принтеров, технологий их производства и наборами различных технических характеристик. Рассмотрение этих вопросов является обязательным при выборе конкретной модели принтера, для решения какой-либо практической задачи или оборудования автоматизированного рабочего места печатающим устройством.

1. Классификация и основные характеристики принтеров

В настоящее время существуют различные варианты классификации принтеров, которые могут развиваться и усложняться ввиду развития модельного ряда этих устройств. В данной работе проведена классификация по наиболее значимым характеристикам современных принтеров. Такими характеристиками являются:

· принцип работы печатающего механизма;

· максимальный формат листа;

· поддерживаемая цветность печати;

· скорость печати;

· разрешающая способность;

· цена.

По принципу работы печатающего механизма различаются матричные, струйные и лазерные (страничные) принтеры. Существует ряд других технологий печати, например сублимационная, печать за счет термопереноса, которые применяются гораздо реже. Лазерная и светодиодная технологии (в последнем случае вместо лазера и отклоняющего лазерный луч зеркала используется линейка светодиодов) во многих случаях с точки зрения конечного пользователя неразличимы [1].

По максимальному формату листа бумаги (или другого материала, на котором осуществляется печать) различают также несколько видов. Наиболее распространены модели формата А4 (210х297 мм.), А3 (420х297 мм.) и Legal (т.е. рассчитанные на лист бумаги чуть больший, чем А4). Модели, работающие с бумагой формата А3, стоят несколько дороже. Соотношение числа продаж у "узких" и "широких" принтеров постепенно изменяется в сторону первых. Большая часть моделей принтеров формата А3 использует матричный или струйный принцип печати, хотя существуют и лазерные принтеры формата А3. По поддерживаемой цветности печати (по гамме воспроизводимых цветов) принтеры делятся на черно-белые, черно-белые с опцией цветной печати (такие модели есть среди матричных и струйных) и цветные [3,7,11]. Для цветных принтеров в рамках одного типа (струйных) качество печати очень существенно меняется от модели к модели. В результате и позиционируются они на рынке по-разному. Принтеры с опцией цветной печати, как правило, стоят несколько дороже (для лазерных принтеров намного дороже), чем черно-белые модели.

Для качественного воспроизведения иллюстраций, хранящихся в векторных форматах, важно наличие встроенного интерпретатора языка PostScript. Формально модели, поддерживающие язык PostScript, приблизительно на 25% дороже аналогичных, не включающих эту опцию. Однако, чтобы на практике воспользоваться преимуществами языка PostScript, приходится приобретать дополнительную память и разница в цене может оказаться весьма существенной.

По скорости печати можно выделить четыре группы: матричные принтеры без автоподачи (ручная подача каждого листа); принтеры, обеспечивающие скорость печати до 4 стр./мин. и предназначенные для индивидуального применения; принтеры со скоростью печати до 12 стр./мин., обслуживающие рабочие группы; мощные сетевые принтеры с производительностью более 12 стр./мин. Производительность принтера - существенный фактор для организаций, где одним принтером пользуются сразу группа сотрудников.

Скорость при цветной печати, как правило, значительно ниже, чем при печати одним черным цветом.

Разрешающая способность является определяющим показателем качества полученных отпечатков. Наиболее употребительной единицей измерения разрешающей способности является dpi Dpi - (ang.- dots per inch) - количество точек на дюйм.. Чем больше dpi может воспроизвести принтер, тем лучше. Особенно важна разрешающая способность, если на принтере печатаются высококачественные изображения, фотографии и т.п. Максимальная разрешающая способность, которая реализована в современных струйных и лазерных принтерах составляет порядка 2000 dpi [6,8,12,14].

По ценовому фактору принтеры поделить наиболее сложно. Самые дешевые - это простые модели матричных и струйных принтеров, не отличающиеся высокой скоростью и качеством печати. Они занимают ценовой диапазон от 70$ до 150$. Далее, в ценовом диапазоне от 150$ до 500$, можно условно выделить хорошие модели струйных принтеров и черно-белые лазерные. К принтерам стоимостью более 500$ относятся профессиональные фотографические струйные принтеры, широкоформатные и цветные лазерные принтеры. Цена хорошего производительного цветного лазерного принтера (корпоративного) может составить сумму в десятки тысяч долларов [1, 29,38].

Полная классификация устройств не будет никогда завершена, потому что устройства постоянно изменяются: используются новые технологии, старые модели реализуются с использованием каких - либо новшеств, а кажущиеся абсолютными идеи повторяются снова и снова.

Поскольку самой важной характеристикой принтера является принцип действия печатающего механизма (который во многом определяет и другие характеристики), то целесообразно будет произвести рассмотрение и анализ характеристик принтеров применительно к каждой технологии действия печатающего механизма: матричной, струйной и лазерной.

1.1. МАТРИЧНЫЕ ПРИНТЕРЫ

При формулировке принципа классификации принтеров одним из самых важных является вопрос: касается ли механизм бумаги при нанесении на неё изображения. Так называемые «контактные» и «бесконтактные» принтеры отличаются степенью давления на бумагу. Это свойство может определять качество, надёжность и уровень шума работающего устройства [26,27].

До недавнего времени широкое распространение среди принтеров, подключаемых к домашнему компьютеру, имели контактные принтеры. Каждый молоточек устройства ударяет по красящей ленте, которая в свою очередь касается бумаги в текущей позиции. Удар молоточка приводит к чернильному отпечатку на бумаге. Каждый молоточек в точке соприкосновения с красящей лентой снабжён каким-либо символом - обычно символом алфавита. Таким образом, все ударные принтеры реализуют базовый принцип пишущей машинки - наносят изображения на бумагу при помощи ударов молоточков по бумаге через красящую ленту.

Контактные принтеры имеют определённое число достоинств [20]. Опираясь на многолетний опыт и постоянное развитие инженерной мысли, они реализуются на базе хорошо обдуманной технологии. Их конструкции и функции хорошо увязаны и легко понятны. Большинство контактных принтеров могут использовать любые вещества, имеющие свойства чернил; работать с любой бумагой, которая может найтись у вас в доме. Кроме того, можно легко получить нужное число копий, используя копировальную бумагу. Основным недостатком контактных принтеров является большой уровень шума, превосходящий по своим параметрам нормально воспринимаемые человеком звуки.

Альтернативой контактным принтерам являются - бесконтактные принтеры Под термином «бесконтактные» понимают отсутствие прямого механического воздействия принтера на бумагу., использующие совсем другую технологию и другие принципы. Наиболее широкое распространение получили следующие виды принтеров, реализуемые по соответствующим бесконтактным технологиям: струйный, термический и лазерный принтеры, но об этих технологиях речь пойдет в следующих разделах [15,19,24].

Терминами “контактный” и “бесконтактный” описывается технология, с помощью которой формируются отметки на бумаге. Но способ формирования самого символа, как задаётся его форма, опускается. В то время как различия в реализуемых принтерных технологиях сказываются на качестве формируемого ими изображения и областях их применения, другие характеристики так же очень важны для качества. Среди наиболее важных и способ формирования формы символов [2,4].

Компьютерные принтеры, формирующие изображение символов аналогичным образом, называются принтерами с готовыми символами. Иногда их называют другими именами, например литерными. Среди них качественные буквенные принтеры и колёсные принтеры. Как говорят сами за себя последние эпитеты, эти устройства обеспечивают наивысшее качество, удовлетворяющее требованиям для ведения деловой переписки, потому что они аналогично по своим характеристикам, используемым в этой области печатным машинкам.

Почти все принтеры этого класса используют контактный принцип нанесения чернил на бумагу. Вместо того чтобы использовать отдельный молоточек на каждую букву, символы разделяются на отдельные элементы, которые вставляются между одним молоточком и резиновым валиком. Молоточек от соленоида, управляется электроникой принтера и компьютера, выбирает нужный элемент. С его помощью затем выдавливаются чернила с красящей ленты на бумагу. Чтобы позволить напечатать все алфавитно-цифровые символы на бумаге, печатаемые элементы отклоняются или вращаются, позволяя молоточку выбрать требуемый в нужный момент элемент.

Чаще всего символы устанавливаются по периметру круга. Эта конструкция заработала термин “колесо маргаритки” потому что напоминает лепестки цветка.

Иногда поступают, как NEC NEC - крупный производитель вычислительной техники и программного обеспечения.. В её устройствах маргаритки установлены горизонтально и их лепестки изогнуты вверх [5,7,10].

Характерной чертой торговой марки принтеров с жестко заданной формой символов является высшее качество формируемого изображения. Стандарт, к которому все другие принтеры стремятся, задается бесконтактным принтером с полностью сформированной формой символов, названным PHOTOTYPESETTER или PHOTOCOMPOSER. Этот тип машин используется для получения первых оттисков газет, журналов и книг. Эти машины работают фотографически. Символы имеют заданную форму, нанесённую на плёнку в виде негатива. Каждый нужный символ вносится в зону света по очереди, и его образ высвечивается на фотобумаге.

Другие принтеры этого типа обеспечивают качество текстов приблизительно такого же качества. Главным ограничением является не принтерная технология, а используемая красящая лента. Некоторые колёсные принтеры, снабжённые лентой Mylar, могут сравниться по качеству со стандартом.

Низкая (20 - 90 символов в секунду) скорость передачи является одним из главных недостатков большинства доступных коммерческих принтеров с жёстко заданной формой символов. Другой недостаток состоит в том, эти принтеры печатают символы из ограниченного множества. Можно получить оттиск только тех символов, которые напрессованы на принтерном колесе или напёрстке. Более того, они формируют плохое графическое изображение, а большинство из них не формируют его вовсе.

Альтернативой принтерам с жёстко заданной формой символов является технология, по которой можно получить изображение символа заданной конфигурации. Исходным элементом, из которого формируется изображение символов на бумаге, служит тот же элемент, используемый и при формировании изображения на экране. Из некоторого множества точек можно составить любой символ, который нужно напечатать. Чтобы облегчить алгоритм печати (и его разработку), принтеры, формирующие символы из точек, обычно размещают их в матрицы. Так как символы формируются из точек матрицы, правомерно называть их точечно-матричными принтерами [13,16,18,19].

Прототипом таких принтеров являются контактные устройства. Они используют печатные головки, которые ходят вперёд и назад по всей ширине бумаги. Некоторое число тонких печатных иголок действуют, как молоточки, нанося чернила с красящей ленты на бумагу.

В большинстве матричных принтеров кажущийся сложным, но эффективный механизм каждой иглой. Печатающая игла в обычном положении находится в стороне от красящей ленты и бумаги. Её движение вперёд происходит под воздействием силы постоянного магнита. Магнит обмотан витком провода, образуя электромагнит. Полярность электромагнита противоположна постоянному магниту. Их поля нейтрализуют друг друга. Поле постоянного магнита образует составляющую, удерживающую иглу в нормальном положении. Подача энергии в электромагнит приводит к тому, что игла направляется к красящей ленте и оставляет отпечаток на бумаге. После этого электромагнит обесточивается, и постоянный магнит возвращает иглу в позицию ожидания, готовя её к следующему акту. Этот принцип реализуется с одной целью - удерживать иголки в позиции ожидания при отсутствии питания на принтере.

Сложность механизма оправдывается реализацией им защиты деликатных печатающих игл. Печатающая головка (на рис. 1 - PG) матричного принтера образуется некоторым числом печатающих игл. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют 9 игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 79 или 99 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Чтобы напечатать строку символов, принтерная головка движется горизонтально по бумаге и каждая игла ударяет в строго заданной позиции для получения нужного символа. Удар иглы происходит в заданное время, когда она будет занимать точно заданное положение в матрице. Игла выстреливает в ленту - головка принтера никогда не останавливается до тех пор, пока она не достигнет границы бумаги. Головка устанавливается на ракетке и движется вдоль печатаемой строки. При этом иголки в нужный момент ударяют через красящую ленту по бумаге. Это обеспечивает формирование на бумаге символов и изображений [20,29].

Для перемещения красящей ленты используется передаточный механизм, использующий движение каретки. За перемещение каретки отвечает шаговый двигатель. Еще один шаговый двигатель отвечает за перемещение бумагоопорного валика. Скорость печати матричных принтеров невысока. В зависимости от выбранного качества печати и модели принтера скорость печати составляет от 10 до 60 секунд на страницу.

Главным фактором, ограничивающим скорость этих устройств, служит время, проходящее между возможностями запуска различных игл. Физические законы движения ограничивают увеличение производительности принтеров. Таким образом, время необходимое для возможности последующего использования каждой печатающей иглы, является физическим ограничением того, как быстро печатающая головка может передвигаться по бумаге. Головка не может перемещаться к следующей точечной позиции, прежде чем все её иголки не придут в состояние готовности. Если бы головка принтера перемещалась слишком быстро, точечное позиционирование (и формы символов) получались бы случайным образом.

Для увеличения производительности некоторые контактные матричные принтеры печатают в двух направлениях: один ряд - слева направо, а следующий - справа налево [33,36]. Такой режим функционирования устраняет потерю времени, затрачиваемого на возврат каретки с левой границы бумаги к исходному столбцу. Конечно же, такой принтер должен иметь достаточно памяти для полного хранения строки текста, чтобы прочесть его в обратном порядке.

Символы, формируемые матричными принтерами, часто смотрятся довольно грубыми по сравнению с изображением, получаемым по технологии с жёстко заданной формой символов. Это происходит из-за того, что некоторые индивидуальные точки могут выделяться. Качество символов, получаемое матричным принтером, главным образом определяется числом точек в матрице. Чем больше плотность матрицы (больше число точек в данной площади), тем лучше смотрится символ.

Часто даже двунаправленные принтеры переходят на работу в одном направлении, если требуется получить качественную печать. Для увеличения плотности точек они проходят каждую строку два, а то и более число раз, передвигая бумагу на половину вертикальной ширины между каждым проходом, заполняя пространство между точками. Возможность работать в любом направлении помогает обеспечить аккуратное размещение каждой точки во время каждого прохода.

Матрицы 57 точек (горизонталь к вертикали) являются достаточным для формирования всех заглавных и прописных букв алфавита, хотя они смотрятся довольно грубо и не эстетично. Всё дело в том, что точки довольно большие и смотрятся угловато. Ещё хуже то, что минимальная матрица слишком мала для формирования отличимых символов, таких, как g, j, p, q и y. Нижняя часть этих букв неразборчива. Поэтому минимальной матрицей, используемой в большинстве коммерческих матричных принтеров, является матрица 99 точек. С её помощью формируется читаемый текст, но он всё ещё не элегантен. Хотя матричные принтеры способны и на большее. Лазерные принтеры тоже используют эту технологию, но они реализуют точечную технологию с очень высокой плотностью - 300 точек на дюйм. Каждый символ можно получить матрицей 3050. Самые последние контактные матричные принтеры приближаются по качеству к этому уровню.

Точно так же, как это имеет место с компьютерными дисплеями, часто путаются понятия разрешающей способности и адресуемости точечных матричных принтеров. Упоминая разрешающую способность, имеется в виду адресуемость. Принтер может быть в состоянии адресоваться к любой позиции на бумаге с точностью, скажем, 1,120 дюйма Для информации : 1 дюйм = 2,54 см (Система СИ). Хотя, если печатающая игла больше 1/120 дюйма в диаметре, механизм никогда не сможет напечатать с точностью большей, чем 1/120-дюймовая. Большие точки, формируемые широкой иглой, печатают расплывчатые символы. Более качественные ударные матричные принтеры используют более мелкие иглы. Лазерные принтеры обычно используют точки соответствующие их разрешающей способности - 1/300 дюйма.

Для текстовой печати в общем случае имеются следующие режимы, характеризующиеся различным качеством печати [38]:

- Режим черновой печати (Draft);

- Режим печати, близкий к типографскому (NLQ - Near-Letter-Quality);

- Режим с типографским качеством печати (LQ - Letter-Quality);

- Сверхкачественный режим (SLQ - Super Letter-Quality).

Отметим, что режимы LQ и SLQ поддерживаются только струйными и лазерными принтерами.

В принтерах с различным числом иголок эти режимы реализуются по-разному. В 9-игольчатых принтерах печать в режиме Draft выполняется за один проход печатающей головки по строке. Это самый быстрый режим печати, но зато имеет самое низкое качество. Режим NLQ реализуется за два прохода: после первого прохода головки бумага протягивается на расстояние, соответствующее половинному размеру точки; затем совершается второй проход с частичным перекрытием точек. При этом скорость печати уменьшается вдвое.

Матричные принтеры, как правило, поддерживают несколько шрифтов и их разновидностей, среди которых получили широкое распространение roman (мелкий шрифт пишущей машинки), italic (курсив), bold-face (полужирный), expanded (растянутый), elite (полусжатый), cadenced (сжатый), pica (прямой шрифт - цицеро), courier (курьер), san serif (рубленый шрифт сенсериф), serif (сериф), prestige elite (престиж-элита) и пропорциональный шрифт (ширина поля, отводимого под символ, зависит от ширины символа).

Переключение режимов работы матричных принтеров и смена шрифтов могут осуществляться как программно, так и аппаратно путём нажатия имеющихся на устройствах клавиш и/или соответствующей установки переключателей.

Кроме того, матричные принтеры способны формировать графическое изображение. Многие матричные принтеры имеют дополнительные множества символов, названных псевдографикой. Они позволяют формировать изображение при помощи встроенных блоков, имеющих форму простейших геометрических фигур, таких, как квадраты, прямоугольники, треугольники, горизонтальных и вертикальных линий и т. д. Каждая из этих фигур закодирована и распознается принтером точно так же, как буква алфавита. Принтер просто заполняет строчку за строчкой этими блочными символами, формируя картину. Изображение смотрится слегка грубоватым из-за того, что встроенные блоки больше. Наименьшие из них имеют в поперечном сечение 1/8 дюйма.

Большинство матричных принтеров позволяет даже указать, где расположить каждую индивидуальную точку на листе бумаги. Для этих целей используется технология, названная адресацией по всем точкам (all points addressable graphics - APA graphics). С помощью соответствующих инструкций, можно получить графическое изображение с отличной деталировкой или даже нарисовать картину в полутонах, формируя изображение, схожее по качеству с газетными фотографиями. Программное обеспечение принтера позволяет каждой печатаемой точечной позиции быть контролируемой, описывая её как печатаемую (чёрную) или не печатаемую (белую). [33].

Эта технология получения графического изображения имеет ещё одно имя. Так как каждая индивидуальная печатаемая точка может быть назначена определённой позиции или “адресу” на бумаге, она часто называется графикой с поточечной адресацией. Иногда полный титул упрощается до точечной графики. Случается он изменяется до графики с побитовым изображением, потому что каждая точка описывается при формировании изображения одним битом информации.

Точно так же, как это имеет место с качеством текста, точность печати принтеров, реализующих такую технологию, образуют широкий диапазон от среднего до очень хорошего качества. Настоящая разрешающая способность (больше чем адресуемость) указывает, как точны, могут быть печатаемые детали. Она может быть в пределах от 72 до 300 или более точек на дюйм. Чем больше точек на дюйм разрешающей способности. Тем лучше будет выглядеть печатаемая графика.

Помимо индивидуальной адресации к каждой точке бумаги некоторые матричные принтеры позволяют определить точечное множество для символов целого алфавита. Формы символов, определённые вами, могут использоваться в качестве обычного шрифта. Каждое множество букв печатается посылкой обычного алфавитно-цифрового символа компьютера. Такая характеристика называется загружаемостью множества символов, потому что информация, необходимая для формирования символов, загружается с компьютера в память принтера.

Некоторые матричные принтеры используют другой вариант расширения библиотеки шрифтов. Точечные множества, необходимые для формирования символов альтернативных шрифтов, хранятся в микросхемах ПЗУ, содержащихся внутри специальных шрифтовых кассет. Сама кассета просто обеспечивает установку микросхем ПЗУ и содержит разъём, подключаемый к принтеру. С помощью такой кассеты можно увеличить память принтера. Многие контактные и лазерные принтеры разработаны таким образом, чтобы иметь возможность использовать такие шрифтовые кассеты [28,29].

Следует отметить, однако, что каждый производитель кассет выпускает отличающуюся от других и несовместимую с ними продукцию (иногда кассеты двух моделей принтера, выпущенные одним и тем же производителем, несовместимы). Правда, несколько производителей лазерных принтеров обеспечивают совместимость своей продукции с кассетами лазерного принтера Hewlett-Packard.

Кроме матричных игольчатых принтеров есть ещё группа матричных термопринтеров, оснащённых вместо игольчатой печатающей головки головкой с термоматрицей и использующих при печати специальную термобумагу или термокопирку (что, безусловно, является их существенным недостатком).

Сегодня матричные принтеры теряют свое положение на рынке, уступая мессто более прогрессивным моделям, однако, их еще можно встретить в банках, пунктах обмена валюты или бюро по продаже авиабилетов и других сервисных организациях.

1.2 СТРУЙНЫЕ ПРИНТЕРЫ

Технология струйной печати прошла долгий путь совершенствования, причем с более чем успешными результатами. За четверть века разрешающая способность струйных принтеров, предназначенных для массового применения, выросла более чем в 10 раз (до тысяч точек на дюйм). Достигнут компромисс между требованиями к чернилам не засыхать в соплах печатающей головки и достаточно быстро сохнуть на бумаге, не смазываясь при этом. Значительно улучшились эксплуатационные свойства струйных аппаратов, они стали более неприхотливы к бумаге [31,32].

Механизм подачи и протяжки бумаги струйных, печатающих устройств очень высок, однако, применена принципиально другая печатающая головка. Поскольку струйная технология использует метод "выбрасывания" капель красителя на бумагу, соответствующая матрица печати представляет собой набор сопел (до 256), с которыми соединены емкости для чернил и управляющие механизмы (как правило, - пьезоэлектрического типа). Требования к краскам (чернилам) противоречивы и высоки, поэтому состав их постоянно совершенствуется. Качество изображения сильно зависит от типа бумаги (пленки), поэтому для наиболее ответственных работ рекомендуются специальные ее типы, обладающие свойствами быстрого впитывания чернил (extra-adsorbent paper) без их проявления на просвет [1].

Таким способом может выбрасываться до миллиона капель в секунду. Их размеры зависят от геометрической формы сопел-распылителей и составляют всего лишь несколько микрон, а скорость, с которой они долетают до бумаги, достигает 40 м/с. Эти принтеры способны маркировать и наносить коды практически на все поверхности и предметы. Они в состоянии распылять подавляющее большинство видов жидкостей: чернила, лак, масла и даже клеящие вещества и смолы.

Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1-2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара, на картонные коробки, бутылки, консервные банки, яйца или кабели. Эту технологию печати можно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными [35].

Первый удачный монохромный струйный принтер Thinkjet фирмы Hewlett-Packard преодолел основную массу технологических проблем и обеспечил при высоком качестве печати и разрешении, близком к игольчатым печатающим устройствам, скорость печати до 150 символов в минуту. По сравнению с основными конкурентами тех лет - игольчатыми печатающими устройствами, резко снизился уровень шума при печати. Современные струйные принтеры для массового применения, как правило, имеют разрешающую способность на уровне 300-360 или 300х600 точек на дюйм, могут печатать с удовлетворительным качеством на обычной бумаге и с высоким качеством (приближающимся к печати на лазерном принтере) - на специальной бумаге. Типовое быстродействие при печати текстов составляет 50-160 знаков в минуту, а графики - 0.5-4 листа в минуту.

Распространены струйные печатающие устройства фирм Hewlett-Packard, Epson, Apple, Brother, Lexmark, Texas Instruments, CalComp и других. Удельная стоимость печати струйных принтеров составляет около 5 центов на лист формата А4, а цена самих принтеров является средней между ценами на матричные и лазерные принтеры. Фактически, имея цену на 150-200 долларов ниже, чем у лазерных аппаратов, и качество, приближающееся к ним, семейство струйных принтеров устойчиво увеличивает свою долю на рынке, чему способствует и их активная реклама. Струйные принтеры практически бесшумны и весьма универсальны (особенно аппараты с опцией цветной печати), цена их постоянно снижается, а качество печати улучшается.

Первые заявки на регистрацию изобретения систем струйной печати с исполнительными пьезоэлектрическими механизмами были поданы в 1970 и 1971 гг. На протяжении нескольких лет различные фирмы и институты проводили фундаментальные исследования, пока, наконец, компании Siemens не удалось облечь этот принцип в приемлемую для рынка форму. В 1977 г. был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Этот принтер, оснащенный двенадцатью соплами-распылителями и печатающий почти бесшумно со скоростью 270 символов в секунду, произвел революцию даже в кругах специалистов.

Siemens в качестве электромеханического преобразователя использовала пьезоэлектрическую трубочку, вмонтированную в канал из литьевой смолы. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства. Передача электроэнергии и красителя производится исключительно посредством колебаний давления, распространяющихся в канале в соответствии с законами акустики. Колебания, достигающие конца канала, отражаются там с инверсией фазы, т.е. в этом месте колебание с пониженным давлением и наоборот.

В начале 1985 г. компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров - SQ-200 современный SQ-870/1170, его преемник, работает примерно по тому же принципу.

Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, на печатающих головках Epson, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки. Если к ним приложить электрическое напряжение, их диаметр чуть-чуть изменится, но и этого будет достаточно, чтобы они согнулись вместе с пассивной многослойной стеклянной подложкой подобно биметаллической пластине, что приведет к возникновению в канале красителя выталкиваются тем же способом, что и в печатающих головках с пьезотрубочками [36].

В 1987 г. компания Dataproducts предложила другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. В последующие годы этот метод оставался сравнительно малоизвестным (причем не столько из-за конструкции на базе преобразователя, сколько из-за жидких восковых чернил, которые применялись во всех струйных принтерах с пластинчатым пьезопреобразователем производства Epson), пока не появилась модель Stylus 800.

Согласно этом у методу пьезопреобразователь, представляющий собой длинную плоскую пластинку (ламель), размещается позади небольшого резервуара с красителем. При воздействии на ламель импульсов напряжения ее длина немного меняется, что приводит к всплескам давления внутри резервуара, которые, в свою очередь, выталкивают капли из сопла-распылителя.

Пластинчатые пьезопреобазователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем высокую частоту распыления и компактную конструкцию. Сегодня на печатающие головки с пьезоламелями делают ставку такие фирмы, как Dataproduts, Tektronix и Epson .

В начале 1994 года Epson продемонстрировал пьезотехнологию MACH (Multilayer Actuator Head - головка с многоуровневым исполнительных механизмом) в своем новом струйном принтере модели Stylus 800. Тем не менее, и в пьезоэлектрических печатающих головках MACH-головках применяются пьезоламели. Правда, компании Epson удалось изготовить пьезоламели одного ряда сопел-распылителей в едином блоке (Multilayer). Таким образом, оказалось возможным еще уменьшить размеры печатающей головки, разместить преобразователи, каналы и сопла-распылители с дистанцией всего лишь в 140 нм и одновременно снизить производственные расходы.

Позже появились печатающие устройства с исполнительными термографическими механизмами [14]. В чем же революционность этой технологии? Как часто бывает в подобных случаях, достижением стало сокращение производственных расходов. Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремниевых подложках (за исключением подложек Thinkjet, сделанных из стекла), изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.

При тонкослойной технологии применяются в принципе те же производственные процессы, что и при изготовлении интегральных схем. Каналы подачи красителя, сопла-распылители, исполнительные механизмы и токоподводящие шины возникают при поочередном нанесении слоев на подложки, например способом ионно-лучевого напыления, и последующем структурировании этих слоев.

Таким образом, по завершении процесса производства, насчитывающего более сотни шагов, на одной подложке появляется очень много термопечатающих элементов. Все структуры должны быть выполнены с точностью до тысячной доли миллиметра. Кроме того, малейшее загрязнение при производстве приводит к отказу. По этой причине пузырьково-струйные печатающие элементы изготавливаются в чистых помещениях и с применением машин, типичных для полупроводниковой промышленности.

Очевидно, что при одновременной обработке многих миниатюрных элементов на одной подложке расходы на изготовление резко снижаются, хотя уровень инвестиций в чистые производственные помещения и станки высок. Затраты на струйно-пузырьковые печатающие элементы зависят не от количества сопел-распылителей или разрешения печати, а только от вида поверхности кристалла, а также от числа и характера процессов. Следовательно, печатающая головка, рассчитанная на разрешение 400 точек/дюйм, с 64 распылителями не должна стоить дороже, чем головка с 24 распылителями и разрешением 180 точек/дюйм.

Поскольку головки струйно-пузырьковой термопечати изготавливаются по тому же принципу, что и интегральные микросхемы, напрашивается мысль об интеграции последних в печатающие кристаллы. И первый шаг в этом направлении сделала фирма Canon, встроив в печатающие головки своих принтеров BJ-10e и CLC-10 транзисторную матрицу. Примеру Canon последовала компания Xerox, выпустившая в 1993 году модель пузырьково-струйного принтера с головкой, оборудованной 128 распылителями, и полностью интегрированным последовательно-параллельным преобразователем.

Функционирование пузырьково-струйного сопла-распылителя заключается в следующем. Сначала сильный импульс напряжения длительностью 3-7 мкс подается на крохотный нагревательный элемент, который мгновенно накаляется до 500 гр. Цельсия. На его поверхности температура превышает 300 гр. Цельсия. Мощность нагрева поверхности настолько велика, что при увеличении длительности импульса напряжения всего лишь на несколько микросекунд нагревательный элемент моментально бы разрушился.

Сразу же в тонкой пленке над нагревательным элементом начинают кипеть чернила, и через 15 мкс образуется закрытый пузырек пара высокого давления (до 10 бар). Он выталкивает каплю чернил из сопла-распылителя, при чем скорость полета капли достигает 10 м/с и более. Через 40 мкс пузырек, соединившись с атмосферой, опять опадает, однако пройдет еще 200 мкс, пока новые чернила под действием капиллярных сил не будут засосаны из резервуара.

С самого начала пузырьково-струйные печатающие головки делились на две группы. Компания Canon, изобретатель системы, предпочла вариант Edlgeshooter. Почти одновременно фирма Hewlett-Packard разработала головку типа Sidechooter, которую теперь изготавливает и компания Olivetti.

Головка Edgeshooter, как становится ясно уже из названия, разбрызгивает чернильные капли "за угол", т.е. перпендикулярно к направлению образования пузырьков. В головке Sideshooter, где пластина с соплами-распылителями находится поверх нагревательных элементов и каналов подачи чернил, пузырьки и капли движутся в одном направлении. Поскольку края сопел-распылителей в головках типа Sideshooter сделаны из однородного, а не из различных материалов, как в Edgeshooter, процесс изготовления распылителей с отверстиями определенного размера для Sideshooter значительно проще, чем для головок Edgeshooter. Кроме того, приходится учитывать неодинаковое смачивание разнородной поверхности головки Edgeshooter.

С другой стороны, при прямом распылении красителя для сопел требуется более обширная поверхность, что может доставить неприятности, в частности, создателям будущих систем печати с большим количеством распылителей и повышенным разрешением. Вдобавок чернила, с силой, ударяющиеся о поверхность нагревательного элемента после падения пузырька пара, рано или поздно вызовут ее повреждение вследствие кавитации. Возможно, по этой причине способ прямого распыления до сих пор использовался только в сменных печатающих головках с ограниченным сроком службы [21].

Требования к качеству чернил для любой системы струйной термопечати очень высоки, значительно выше, чем пьезосистемах. Принцип функционирования и высокие температуры обусловливают применение только смешанных растворимых красителей на водяной основе.

Красители должны соответствовать целому ряду требований [17]:

-быть совместными с материалами, из которых сделан печатающий механизм;

-не образовывать отложений в каналах и распылителях, а также не расслаиваться;

-храниться в течение длительного времени;

-обладать определенными показателями плотности, вязкости и поверхностного натяжения при температурах от 10 до 40 гр. Цельсия;

-ну, служить питательной средой для образования бактерий и водорослей;

- не содержать ядовитых или канцерогенных веществ и не возгораться.

К тому же красители для струйной термопечати должны образовывать пузырьки пара без отложения осадков и выдерживать кратковременное нагревание до 350 гр. Цельсия.

В процессе своего развития струйные модели динамично повышали качественные характеристики печати и, что особенно важно, смогли реализовать печать цветных изображений. Это обстоятельство привело к тому, что за десять лет струйные модели в классе SOHO SOHO - (Small office home office) Класс техники для дома и малого офиса. стали основными и завоевали более 80% рынка [22].

Сегодня струйный принтер обладает очень высоким качеством печати черного текста и цветной графики. Разрешение исчисляется тысячами точек на дюйм: рекорд Canon - 2400х1200 dpi, рекорд Epson - 2880х1440 dpi, рекорд Lexmark - 3600x1200 dpi. У Hewlett-Packard принтеры еще восемь лет назад достигли разрешения 2400х1200 dpi, а затем появилась линейка с режимом оптимизации до 4800 dpi - это означает, что такое разрешение достижимо только на особо качественной фотобумаге с полимерным покрытием. Необходимо также отметить достижения в оптимальном подборе цветов - смешивание чернил разного цвета с точных пропорциях (наиболее известной технологией является Hewlett-Packard Photo REt) и разработку математических фильтров, устраняющих дефекты изображения. Например, при невысоком разрешении исходной картинки ее линии выделяются фильтрами, интерполируются и сглаживаются для увеличения резкости (так называемый эффект SmartFokus); при затемнении основного объекта часть изображения может быть автоматически подсвечена (эффект виртуальной вспышки) и т.д.

Не последнюю роль играют способы получения капель, скорость их выстреливания и количество дюз в печатной головке. Все вместе это приводит к увеличению общей скорости, и современные струйные модели печатают практически так же быстро, как лазерные принтеры начального и среднего уровня.

Большинство моделей стоимостью от 100 долларов отличаются очень высоким уровнем печати фотографий на специальной фотобумаге, на специальной мелованной и даже на простой бумаге. Можно сказать, что струйная фотопечать на бумаге с полимерным покрытием дает лучшее качество, на которое в принципе способны принтеры. Но при печати на обычной бумаге струйные принтеры все-таки проигрывают цветным лазерным моделям (чернила проникают в поры бумаги и ложатся не так четко, как твердый краситель). Определённым исключением здесь являются модели Canon с так называемым оптимизатором чернил. Это прозрачный полимер, который наносится на бумагу вместе с чернилами и, фактически, превращает любую бумагу в фотографическую. Но этот подход не получил широкого распространения и используется только в моделях бизнес-класса.

К основным минусам струйных принтеров можно отнести относительно высокую стоимость печати - она в два-три раза выше, чем у лазерных моделей. При небольших объемах вывода этот аргумент не очень весом, но если приходится печатать по нескольку десятков страниц в день, имеет смысл оценить расходы.

При окончательном выборе струйного принтера стоит провести мини-тестирование с переключением имеющихся режимов - нормального экономичного и нескольких улучшенных, после чего можно сделать окончательный выбор. [23].

Особо необходимо отметить сервисные функции струйной печати - автоматическое выравнивание картриджей, возможность печати без полей, наличия функции автоматического определения типа бумаги, возможность прямой печати с карточек флэш-памяти или с цифровой фотокамеры.

Обращаясь к вопросу перспектив струйной печати, можно однозначно утверждать, что это направление цветной печати. Хотя разрешение 300 точек/дюйм и достаточно для безукоризненной распечатки текста и графики, оно оставляет желать лучшего для картинок в полутонах, растровых изображений и фото реалистических изображений. Соответствующего качества можно добиться, если значительно повысить разрешение или найти возможность целевого варьирования количеств красителя.

Уже существуют примеры реализации обоих этих способов в других методах печати. Так в издательской сфере давно работают с разрешением 2540 точек/дюйм и более. С другой стороны, диффузионные принтеры - усовершенствованный вариант термографических принтеров - способны печатать на глянцевой специальной бумаге каждую точку растра с желаемой интенсивностью цвета [24].

1.3 ЛАЗЕРНЫе ПРИНТЕРы

Первый лазерный принтер был создан фирмой IBM более 30 лет назад - в 1976 году. Несмотря на наступление струйных принтеров, господство лазерных устройств на рабочих местах в настоящее время не подлежит сомнению. По данным фирмы экспертов, почти две трети всех применяемых в сфере бизнеса принтеров - лазерные. Это можно объяснить использованием апробированной технологии с высокой надежностью скоростной и бесшумной печати с доступными ценовыми характеристиками.[25].

Анализируя процесс развития лазерных принтеров, можно отметить такие параллельные, но противонаправленные тенденции как повышение скорости и качество печати и снижение цены. В 1994 г. номинальное быстродействие типичного лазерного принтера было равно 4 стр./мин, разрешение - 300 точка/дюйм при цене 800 долл. В 1995 г. мы стали свидетелями увеличения числа изделий, печатающих со скоростью 6 стр./мин при разрешении 600 точка/дюйм и имеющих реальную розничную цену 350 долл. Более того, несколько лет назад механизмы, обеспечивающие скорость печати 8 стр./мин, были отличительной чертой устройств, предназначенных для совместного использования рабочими группами. Новые модели с быстродействием 8 стр./мин стали вполне доступными и перешли в разряд персональных устройств. Каждые два-три года изготовители повышают скорость печати на 1 или 2 стр./мин. Современные персональные лазерные принтеры, достигают быстродействия 20 стр./мин. [28].

Кроме того, аналогично производителям струйных принтеров, поставщики лазерных устройств также стремятся повысить их ценность, включая в комплект поставки вспомогательное программное обеспечение, в состав которого входят шрифты, иллюстрации и справочные материалы.

В основе работы лазерных принтеров лежит электрографический принцип создания изображений (такой же, как и в копировальных машинах Xerox) [30].

Следующей важной его частью является лазер и прецизионно оптико-механическая система, перемещающая луч.

Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (organic photoconduction cartridge), который часто называют печатающим барабаном (Рис.2). С помощью барабана производится перенос изображения на бумагу. Он представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фотопроводящего полупроводника, обычно оксидом цинка или другим подобным материалом. Поверхности этого покрытия можно придать положительный или отрицательный заряд, который сохраняется на поверхности, но только до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую либо часть барабана проэкспонировать, то покрытие приобретает проводимость и заряд стечет с освещенного участка, образовав незаряженную зону. Данный момент очень важен для понимания принципа работы лазерного принтера

Малогабаритный лазер генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала (как правило, шестигранного) разряжает положительно заряженную поверхность барабана. Чтобы получилось изображение, лазер включается и выключается управляющим микроконтроллером. Вращающееся зеркало разворачивает луч в строку на поверхности печатающего барабана. Все это вместе создает на его поверхности строку скрытого изображения, в котором те участки, которые должны быть черными, имеют один заряд, а белые противоположный. После формирования строки изображения, специальный прецизионный шаговый двигатель поворачивает барабан так, чтобы можно было формировать следующую строку. Это смещение равняется разрешающей способности принтера и обычно составляет 1/300,1/600 дюйма. Этот этап печати напоминает построение изображения на экране телевизионного монитора [31,32].

Для генерации на поверхности барабана заряда, необходимого для создания изображения служит тонкая проволока или сетка, называемая "коронирующим проводом". Название "коронирующий" обусловлено тем, что на этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение светящейся ионизированной области вокруг него, которая и называется короной и придает барабану необходимый статический заряд.

После того как на барабане сформировано изображение вроде статического заряда и незаряженных участков, он проходит мимо валика, подающего из специального контейнера черный красящий порошок тонер. Частички тонера, заряженные положительно, прилипают только к нейтральным участкам, отталкиваясь от положительно заряженных. Это похоже на то, как на экране телевизора собирается пыль.

Описанный принцип применяется в принтерах типа Hewlett Packard LazerJet Для принтеров Hewlett Packard приняты следующие обозначения: LazerJet - класс лазерных принтеров, DeskJet - класс струйных принтеров.. Однако существует и другой метод формирования изображения. Он используется в принтерах Epson и других подобных, использующих двигатель фирмы Ricon. В этих принтерах разряжаются участки, которые должны быть белыми. В этом случае тонер, заряженный отрицательно притягивается к положительно заряженным участкам барабана. Отпечатки, изготовленные на таких принтерах, имеют едва уловимые различия в качестве: при использовании первого способа достигается передача деталей, а при работе со вторым более качественные черные области.

Следующим этапом является перенос тонера (а, значит, и изображения) на бумагу. Бумага вытягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к печатающему барабану. Перед самым барабаном бумаге сообщается статистический заряд с помощью еще одного коронирующего провода, подобного тому, что используется для подготовки барабана к экспонированию. Затем бумага прижимается к поверхности барабана. Заряды разной полярности, накопленные на поверхности бумаги и на поверхности барабана, вызывают перенос частиц тонера на бумагу и их надежное прилипание к последней. После переноса тонера бумага покидает поверхность барабана.