Charakterystyka i podział drukarek

CHARAKTERYSTYKA I PODZIAŁ DRUKAREK

Drukarka jest komputerowym urządzeniem peryferyjnym, używanym do drukowania tekstów i grafiki na papierze. Drukarki różnią się szybkością, jakością i techniką druku. Ze względu na technikę druku można wyróżnić drukarki uderzeniowe i bezuderzeniowe. Wśród urządzeń wyjścia drukarki stanowią najbardziej zróżnicowaną grupę. Różnice dotyczą między innymi: technologii uzyskiwania druku, szybkości działania, jakości wydruków, liczby kolorów oraz sposobu sterowania.
Początkowo w drukarkach komputerowych stosowano mechanizmy drukujące wzorowane na maszynach do pisania - druk techniką uderzeniową. Druk znaku uzyskiwano przez uderzenie jednej z kilkudziesięciu czcionek w tasiemkę barwiącą przylegającą do papieru. Były to między innymi drukarki z mechanizmem dźwigienkowym (podobnym do mechanizmu w tradycyjnych maszynach do pisania) i rozetkowe (czcionki umieszczone na powierzchni walca lub półkuli). Prędkość drukowania nie przekraczała kilkudziesięciu znaków na sekundę. Na nieco odmiennej zasadzie funkcjonuje używana do dzisiaj drukarka wierszowa. Zawiera ona przesuwaną taśmę z czcionkami (gąsienicę drukarską). Między gąsienicą drukarską a papierem znajduje się taśma barwiąca. Po drugiej stronie papieru jest umieszczony zestaw poruszanych elektromagnesami młoteczków. Po ustawieniu odpowiedniej czcionki pod młoteczkiem następuje uderzenie młoteczka w papier i przyciśnięcie poprzez taśmę barwiącą do czcionki. Konstrukcja drukarki wierszowej umożliwia jednoczesne drukowanie kilku znaków; w danej chwili mogą być wzbudzone elektromagnesy młoteczków w tych miejscach, w których położenie znaku w drukowanym wierszu odpowiada położeniu czcionki na taśmie czcionek.
Drugą grupę stanowią drukarki bezuderzeniowe. Wyeliminowanie mechenicznych części uderzających w papier powoduje, że drukarki te są cichsze i szybciej drukują. Do pierwszych drukarek tej grupy należały drukarki wykorzystujące papier elektroczuły. Czarna powierzchnia kartki była pokryta naparowaną jasną warstwą aluminium. Przepływ prądu między stykami znajdującymi się w głowicy drukującej powodował wypalenie w warstwie aluminium punktu i odsłonięcie czarnego podłoża. Szybkość drukowania wynosiła od jednego do trzech wierszy na sekundę. Jednakże nie były one powszechnie stosowane, gdyż papier pokryty warstwą aluminium jest kosztowny oraz bardzo czuły na odciski palców i załamania.
Na podobnej zasadzie funkcjonowała drukarka wykorzystująca papier termoczuły. Jej głowica zawierała elementy grzejne. Wzrost temperatury elementu grzejnego powodował zaczernienie punktu na, specjalnym termoczułym papierze. Szybkość drukowania wynosiła do 10 wierszy na sekundę. Obecnie wśród powszechnie stosowanych drukarek bezuderzeniowych wyróżnia się drukarki laserowe, atramentowe i termiczne.
Wszystkie typy drukarek bezuderzeniowych oraz drukarki igłowe należą do grupy drukarek mozaikowych. Obraz jest budowany z punktów. Rozdzielczość, czyli liczba punktów obrazu, którą można umieścić na określonej powierzchni, oraz wielkość tych punktów są ważnymi parametrami zależnymi od stosowanej technologii i mającymi wpływ na jakość wydruku. Jednostką rozdzielczości druku jest dpi; rozdzielczość 300 dpi oznacza, że na 1 cal długości lub szerokości przypada 300 punktów. Stosowane obecnie drukarki mają rozdzielczość od 360 dpi (igłowe) do 1800 dpi (laserowe).

Druk kolorowy:
We wszystkich typach drukarek kolorowy wydruk otrzymuje się przez nanoszenie kolejno barw podstawowych na papier w odpowiednich proporcjach. Informacja o barwnym obrazie jest przekształcana do postaci wyciągów zawierających informacje o udziale każdej z barw podstawowych. Proces ten jest nazywany separacją barw. Liczba wyciągów jest równa liczbie barw podstawowych. Intensywność barw podstawowych wydruku reguluje się identycznie jak poziom szarości - stosując rastrowanie. Kolory pośrednie są uzyskiwane przez rozsiewanie, czyli mieszanie sąsiednich punktów o innych kolorach. Ponieważ takie mieszanie nie może prowadzić do pokrycia się punktów z poszczególnych wyciągów, położenie punktów rastra dla poszczególnych wyciągów dobiera się losowo (w pewnych granicach).
Kolor na papierze powstaje metodą subtraktywną. Z widma światła białego odbijanego przez papier barwniki podstawowe odfiltrowują przeciwne im kolory. Odbierany kolor druku jest sumą nieodfiltrowanych składników światła białego. Najczęściej jako barwy podstawowe są wykorzystywane kolory: niebieskozielony, purpurowy i żółty. Złożenie tych trzech barw daje kolor czarny. Dla uzyskania lepszej czerni i zmniejszenia zużycia barwników przy druku czarnym do trzech barw podstawowych często dodaje się czarny.
Zestaw czterech barw: niebieskozielonej (ang. cyan), purpurowej (ang. magenta), żółtej (ang. yellow) i czarnej (ang. black) oznacza się skrótem CMYK. Niektóre drukarki atramentowe zawierają dodatkowo barwniki jasnoniebieskozielony i jasnopurpurowy, które umożliwiają uzyskiwanie wydruków o fotograficznej jakości. Barwy, reprezentowane przez odpowiednie proporcje kolorów podstawowych, są w celach standaryzacyjnych oznaczane i klasyfikowane. Przykłady systemów klasyfikacji barw to amerykański system Pantone i europejski - Euroscale.

Podział i charakterystyka drukarek.
Drukarki igłowe
Drukarka igłowa jest wyposażona w głowicę drukującą zawierającą od 9 do 48 (najczęściej 9 lub 24) stalowych igieł umieszczonych w jednym lub dwóch rzędach. Każda igła jest wprawiana w ruch przez sprężynkę. W stanie spoczynku pole magnetyczne wytwarzane przez magnes stały unieruchamia igłę wewnątrz głowicy. Przewód nawinięty wokół magnesu stałego tworzy elektromagnes. W czasie pracy przez elektromagnes przepływa prąd, który wytwarza pole elektromagnetyczne o polaryzacji przeciwnej do pola wytwarzanego przez magnes stały - sprężynka wypycha igłę z głowicy. W wyniku uderzenia igły w papier poprzez taśmę barwiącą na papierze, dociśniętym do pokrytego warstwą gumy wałka, pozostaje ślad w postaci punktu. Po wydrukowaniu jednego rządka głowica jest przesuwana o ułamek milimetra do miejsca, w którym jest drukowany kolejny rządek punktów. Przemieszczanie głowicy odbywa się najczęściej za pomocą silnika krokowego. Rzadziej wykorzystuje się mechanizmy wprawiające głowice w ruch drgający; ten typ drukarek umożliwia drukowanie z szybkością do 40 stron formatu A4 na minutę. Inną metodą zwiększenia szybkości drukowania jest zastosowanie kilku głowic drukujących.
Do synchronizacji wydruku służy tarczka zamocowana na osi silnika. Transport papieru odbywa się zwykle tak samo jak w maszynie do pisania - za pomocą wałka, do którego papier jest dociskany rolkami, lub za pomocą zębatek ciągnących papier z perforowanymi marginesami.
W kolorowych drukarkach igłowych wykorzystuje się taśmę składającą się z odcinków w kolorach podstawowych. Przed wydrukowaniem punktu w określonym kolorze taśma jest przesuwana tak, aby pomiędzy głowicą a papierem znajdował się odcinek taśmy z barwnikiem odpowiedniego koloru. Ponieważ igły głowicy stykają się z różnymi barwnikami, często dochodzi do zabrudzenia taśmy.

Do zalet drukarek igłowych należą stosunkowo niska cena i mały koszt eksploatacji, możliwość drukowania kilku kopii (w niektórych modelach drukarek - oryginał + 7 kopii) oraz możliwość stosowania różnego rodzaju papieru, łącznie z tekturą o grubości do 2 mm. Wadą jest hałaśliwość, niewielka prędkość drukowania (najczęściej 200-400 znaków na sekundę w trybie zwykłym i około 100 znaków na sekundę w trybie podwyższonej jakości) i niezbyt dobra jakość druku (rozdzielczość od 240x144 w drukarkach 9-igłowych do 360x360 w drukarkach 24-iglowych). Należy jednak zaznaczyć, iż niektóre modele drukarek igłowych odbiegają od powyższej charakterystyki.
Drukarki atramentowe:
W drukarkach atramentowych punkty druku są tworzone przez kropelki atramentu wystrzeliwane z głowicy zawierającej dysze o średnicy kilkudziesięciu mikrometrów. Krople atramentu są wyrzucane z dyszy przez odkształcające się po przyłożeniu napięcia piezokryształy lub przez pęcherzyki gazu tworzące się po podgrzaniu atramentu powyżej temperatury wrzenia. Objętość pojedynczej kropli wynosi od kilku do kilkudziesięciu pikolitrów. Dysze mogą pracować w trybie ciągłym z odchylaniem kropli lub w trybie przerywanym.
Atrament jest najczęściej przechowywany w pojemnikach w postaci ciekłej. W niektórych konstrukcjach atrament ma postać stalą i jest roztapiany tylko na czas drukowania. Atrament ciekły jest absorbowany przez papier i ma tendencję do rozmazywania się. Zaletą stosowania atramentu w postaci stałej jest to, iż zawierające wosk barwniki zastygają natychmiast po napyleniu na papier. Po nadrukowaniu barwniki w stanie stałym są prasowane i wygładzane.
Jakość wydruku w dużym stopniu zależy od papieru. Najlepszy efekt można uzyskać, stosując specjalny papier powlekany lub nabłyszczany. Obecnie głowice drukarek atramentowych zawierają do kilkuset dysz i pozwalają na uzyskiwanie rozdzielczości do 1440x720; w powszechnie stosowanych drukarkach uzyskuje się rozdzielczości z zakresu od 360x360 do 1200x1200. Szybkość druku zależy od tego, czy drukowany jest obraz kolorowy czy czarno-biały, i wynosi najczęściej od jednej do ośmiu stron na minutę. Przewiduje się, iż w przyszłości liczba głowic wzrośnie do kilku tysięcy, co zwiększy szybkość i jakość drukowania. Głowica drukarki atramentowej może pracować w trybie ciągłym. W takim wypadku podczas drukowania atrament stale wydobywa się z głowicy. Po wyrzuceniu z dyszy krople są ładowane w polu między elektrodami ładującymi. Jeżeli punkt ma być wydrukowany, to bez przeszkód trafiają na papier. W przeciwnym razie pomiędzy elektrodami odchylającymi pojawia się pole elektryczne, które odchyla wiązkę kropli i kieruje ją do pochłaniacza.
Rozwiązaniem alternatywnym wobec głowic pracujących w trybie ciągłym są głowice pracujące w trybie przerywanym. Atrament z głowicy jest wyrzucany tylko wtedy, gdy istnieje taka potrzeba. W większości stosowanych obecnie drukarek atramentowych wykorzystuje się głowice pracujące w trybie przerywanym.
Metody wytwarzania kropli:
- metoda pęcherzykowa, w kanaliku doprowadzającym atrament do dyszy głowicy pracującej metodą pęcherzykową znajduje się mikroskopijny (o długości od 30 do 70 pm) opornik pełniący funkcję grzałki. Przepływ prądu przez opornik wytwarza ciepło podgrzewające atrament w ciągu kilku mikrosekund do temperatury przegrzania (jest to temperatura wyższa od temperatury wrzenia). Rozgrzany atrament parując, tworzy wokół grzałki drobne pęcherzyki, które łączą się w jeden. Rosnący pęcherzyk gazu wypycha kroplę atramentu z dyszy z szybkością kilkunastu metrów na sekundę. W czasie stygnięcia atramentu pęcherzyk kurczy się, powodując powstanie podciśnienia i menisku wklęsłego u wylotu dyszy. Powstałe podciśnienie oraz napięcie powierzchniowe powodują zassanie kolejnej porcji atramentu ze zbiornika. Proces wystrzelenia kropli i ponownego napełnienia kanalika trwa od 80 do 100 ps. Zatem w ciągu sekundy z jednej dyszy jest wystrzeliwanych około 10 000 kropli.
Ponieważ na papier trafia atrament o wysokiej temperaturze, ma on tendencję do rozlewania się. Inną wadą tej metody jest osadzanie się na elemencie grzejnym cienkiej warstwy atramentu, co powoduje stopniowe zmniejszanie się objętości kropli. W związku z tym konieczna jest okresowa wymiana głowic, które najczęściej tworzą całość ze zbiornikami atramentu.