Лекція 13

Лекція 13

Пристрої друку ПК – принтери і плоттери. Класифікація, основні технічні хараетеристики.

Матричні, лазерні та струменеві принтери. Методи створення кольорових зображень

Класифікація друкуючих пристроїв

Залежно від призначення дані пристрої поділяють на дві нерівнозначні за кількістю групи: принтери і плотери.

Принтер (від англійського слова print — друкувати) — пристрій для виведення з комп'ютера текстової або графічної інформації на твердий носій — папір, плівку і т. п. Призначені принтери для роботи, як правило, з носіями, розмір яких не перевищує формат A3.

Плотери (від англійського слова plot — план, креслення) — теж можуть виводити на тверді носії текстову або графічну інформацію. Але в основному призначені для роботи з графікою. Використовуються для друку креслень, ескізів, плакатів та інших зображень великих розмірів, як правило, більших за формат A3. За принципами, що лягли в основу конструкцій сучасних плотерів, вони мало чим відрізняються від принтерів. Наприклад, найбільш розповсюдженими плотерами є пристрої, що використовують струминну технологію. У даній статті будуть розглянуті технології, які реалізуються в принтерах, призначених для індивідуальних користувачів, невеликих офісів, закладів освіти.
Принтери залежно від їхніх технічних характеристик та методів нанесення зображення, розділяють на групи або типи (рис. 1). За методом нанесення інформації на носій принтери можна поділити на ударні та безударні. В ударних принтерах, до яких відносяться літерні («символьні» або «ромашкові») та матричні, нанесення інформації на носій здійснюється шляхом механічного натискання певного символу або голки на носій. В безударних пристроях інформація відображається шляхом нанесення на носій чорнил або порошку. До принтерів цього класу відносяться струминні, лазерні та світлодіодні, термографічні (термічні). Літерні принтери — це, фактично, звичайні електрифіковані друкарські «машинки». У нинішній час вони вже не використовуються. За кольоровими характеристиками принтери поділяють на кольорові та монохромні.


Сучасні принтери є складними багатофункціональними пристроями. Як правило вони мають свою систему обробки інформації і керування апаратурою друку, власний процесор, постійну й оперативну пам’ять, декілька варіантів систем під4єднання до компьютера, умонтовані програми покращення зображення. Більш потужні принтери оснащуються платами мережі та спеціальним програмним забезпеченням, яке дозволяє обслуговувати декілька комп’ютерів, об'єднаних у єдину мережу. Існують також пристрої, які поєднують можливості копіювальних апаратів, принтерів, сканерів, факсів і т. д.
 

Характеристики принтерів

Роздільна здатність.

І монітор, і принтер відносяться до пристроїв виведення — і характеристики у них схожі.

Роздільна здатність принтера обчислюється в крапках на дюйм, скорочено dpi. Середній показник струменевого принтера — 600 dpi, що ж до лазерного, то тут може доходити і до 1200 — залежно від моделі.

Здатність кольорового фотодруку фотографічної якості (фотодрук) — цілком зрозуміло, що тут йдеться про струменеві принтери. Для цієї задачі передбачений спеціальний фото картрідж. А так само можливість друку на спеціальному папері для фотографічних відбитків. Якість друку в цьому випадку підвищується у декілька разів.

Кожен принтер обов'язково має свій драйвер — програму, яка здатна переводити (транслювати) стандартні команди друку комп'ютера в спеціальні команди, потрібні для кожного принтера.

Спосіб подачі паперу. Більшість сучасних принтерів передбачливо обладнана автоподатчиком паперу. Можете помістити в приймач відразу декілька десятків: принтер сам братиме листи у міру потреби. Вертикальна подача – папір завантажується зверху. Горизонтальна подача — папір кладеться на спеціальний лоток знизу.

Плоттер (графічний пристрій) — пристрій, який креслить графіки, малюнки або діаграми під управлінням комп'ютера.

Роликовий плоттер.

Плоттери використовуються для одержання складних конструкторських креслень, архітектурних планів, географічних і метеорологічних карт, ділових схем. Плоттери малюють зображення за допомогою пір'я.

Роликові плоттери прокручують папір під пір'ям, а планшетні плоттери переміщують пір'я через всю поверхню горизонтально лежачого паперу.
 

Способи з'єднання принтера з носієм цифрової інформації

З'єднання принтера з комп'ютером через паралельний порт або послідовний порт з швидкістю до 50 кб/с не задовольняє сучасним вимогам. З'єднання принтера з комп'ютером через USB-інтерфейс краще. Швидкість передачі даних по USB-2.0 до 480 Мбіт/с, а також легше відбувається процес підключення, принтер може значно більше повідомляти про свій стан, готовність, наявність паперу тощо.

Широко поширені бездротові підключення принтерів: ІЧ-порт, Bluetooth, Wi-Fi.

Інфрачервоний порт (ІЧ-порт) забезпечує друк з комп'ютерів, КПК, телефонів і інших пристроїв, забезпечених інфрачервоним портом і що мають можливість друку. Зона застосування обмежена декількома сантиметрами прямої видимості між портами пристроїв. В даний час ІЧ-порт поступився місцем радіоінтерфейсам Bluetooth і Wi-Fi. Bluetooth і Wi-Fi - дозволяють встановити принтер в будь-якому зручному місці на відстані до 10-100 метрів.

Сучасні принтери читають флеш-пам'ять, мають відеоекран і можуть друкувати фотографії без комп'ютера. Принтери, що мають мережевий інтерфейс, підключаються в локальну мережу, що дозволяє користуватися принтером автономно з декількох комп'ютерів.

 

Матричні принтери
Матричні принтери найбільш «старі» за віком з тих, що нині випускаються, і коло їх застосувань з кожним роком зменшується. Матричні принтери заявилися у 1971 році, їх уперше виготовила американська фірма «Сентронікс». На кінець 70-х років минулого століття матричні принтери стали основними на ринку принтерів.

Принцип дії матричного принтера зводиться до створення на носії зображення символів або графіки за допомогою окремих точок, які наносяться з використанням спеціальних стержнів (голок). Під управлінням драйвера друку стержні в певний момент часу ударяють по фарбуючий стрічці, яка розміщена в проміжку між стержнями і папером, і залишають на папері слід — точку. Сукупність розміщених у певному порядку точок і створює потрібне зображення (рис. 2).

Основним елементом матричного принтера є друкуюча головка, у якій вертикально в один, два або три ряди розміщуються друкуючі стержні (голки). Існують 9-ти та 24-ох голчаті головки. Друкуюча головка рухається горизонтально вздовж рядка майбутнього зображення короткими ривками. Довжина переміщення відповідає горизонтальному кроку матриці. Під час кожної, дуже короткої, зупинки електромагніти виштовхують сукупність голок, які переносять фарбу зі стрічки на папір.

Під час друку текстової (символьної) інформації застосовується система кодів принтера, яка дозволяє використати заздалегідь підготовлений набір шрифтів. Кожен із символів шрифту моделюється за допомогою шаблонної сітки — «матриці» (звідки й назва типу принтера — «матричний»). Приклад одного з варіантів такої сітки із зображенням малої літери «р» представлено на рис. З а. Для друку більш якісного зображення крок друку зменшується і зменшується швидкість друку (див. рис. З б). Якщо використовується головка з одним рядом голок (9-ти голковий принтер), то високоякісне зображення створюється за два-три проходи друкуючої головки по рядку.

Система кодів і команд, які використовуються для друку символів, записується у процесі виготовлення принтерів у їх постійну пам’ять. Разом з тим, більшість сучасних матричних принтерів дозволяють користувачеві програмувати свої варіанти символів.

Для кольорового друку в матричних принтерах використовується багатокольорова стрічка, на яку нанесено декілька смужок різних фарб. Однак, якість зображення залишається дуже низькою.

Суттєвими недоліками матричних принтерів, є низька роздільна здатність (низька якість друку), відносно низька швидкість друку, неможливість якісно передавати відтінки зображення, високий рівень шуму. Водночас, матричні принтери надійні й економічні, невибагливі до якості паперу, на якому здійснюється друк та дозволяють за допомогою копіювального паперу виготовляти одразу декілька копій. Тому до цього часу вони широко використовуються у ході друку квитків (наприклад, на залізниці), різноманітних квитанцій, чеків, тобто там, де друкується тільки текст і вимоги до його якості незначні. Головна їхня перевага — простота, дешевизна і надійність.

Лазерні принтери

Лазерні принтери широко розповсюджені на сучасному ринку, вони мають високу якість та швидкість і невисоку ціну друку.

Історія розвитку лазерних принтерів починається з 1969 року, коли Гаррі Старквезер (Gary Starkweather), співробітник фірми «Xerox», продемонстрував можливість перенесення зображення на папір за допомогою лазерного променя. У прототипі першого принтера, розробленого «Xerox» (1972 p.), був використаний гелій-неоновий газовий лазер у поєднанні з модифікованим копіювальним апаратом «Xerox 7000». Система друкувала з роздільною здатністю 500 точок на дюйм і швидкістю 1 сторінка за секунду. У 1977 році випущений перший комерційний лазерний принтер «Xerox 9700». Він мав унікальну швидкість друку — 120 сторінок за хвилину і немалу вартість — 350 тисяч доларів.

Основним елементом лазерного принтера є барабан з нанесеним на нього фоточутливим матеріалом (рис. 4).

Лазерна установка генерує тонкий світловий промінь, який відбиваючись від дзеркальної призми, що обертається, потрапляє на барабан і змінює його електричний заряд у точці падіння. Інтенсивність лазерного променя для кожної точки змінюється, що впливає на величину електричного заряду. Далі на барабан наноситься тонер — спеціальна фарба в порошковому вигляді. Кількість порошку, що прилипає до поверхні, залежить від величини заряду в певній точці. Під час подальшого обертання барабан притискається до листка паперу, поверхня якого попередньо

електризується. Тонер прилипає до поверхні паперу і створює на ньому потрібне зображення. Однак, процес друку ще не завершений. Для фіксації порошку на папері лист пропускається між роликами, які розігріті до температури близько 180°С (так звана «пічка» або «ф'юзер»). Тонер «запікається» на папері і тепер йому ні волога, ні пряме сонячне проміння не завдає шкоди.

Дуже близький за принципом дії світлодіодний принтер (випускається фірмою OKI). Єдиною принциповою відмінністю є те, що електризація фотоциліндра відбувається не рухомим променем лазера, а світлодіодами, розміщеними в один ряд уздовж циліндра. Кількість світлодіодів у лінійці визначає горизонтальну роздільну здатність принтерів такого типу.

Лазерні та світлодіодні принтери бувають монохромні та кольорові. Кольорові принтери вимагають використання тонера різних кольорів. Як правило, використовуються блакитний, малиновий та жовтий. Для друку монохромних зображень використовується ще і стандартний чорний тонер (так звана кольорова схема CMYK — від Cyan (синій), Magenta (малиновий), Yellow (жовтий), blасК (чорний)). Відповідно потрібні і чотири окремі системи нанесення тонера на папір. У цьому випадку загальний принцип дії залишається таким же.

У більшості випадків у кольорових лазерних принтерах використовуються системи, які наносять кожен вид тонера за окремий прохід паперу. Це вимагає покращеної системи переміщення паперу і збільшує загальний час друку.

Для покращення зображення окремими фірмами-виробниками запатентовані і використовуються оригінальні технолога. До основних з них відносяться такі.

Технологія змінного розміру точки і збільшення кількості відтінків. За рахунок зміни діаметра світлового (лазерного) променя і його інтенсивності є можливість варіювати величину окремого пікселя і насиченість фарби певного кольору в кожній точці. Першовідкривачем цієї технології, названою Ret, є Hewlett Packard. Аналогічні технології були розроблені й іншими виробниками: Apple (PhotoGrade), Lexmark (ColorGrade), Xerox (Intelligent Colour 2.0) та ін.

Технологія Direct-to-Drum. Ще одна розробка фірми Hewlett Packard. Основна ідея її в нанесенні тонера різних кольорів на один світлочутливий барабан. Тонер по черзі наноситься на барабан і одночасно відбувається змішування кольорів. Потім зображення переноситься на папір і запікається.

Технологія однопрохідного друку. Розроблена фірмою OKI. За рахунок використання малих за розміром лінійок світлодіодів конструкторам удалося розмістити чотири елементи створення зображення в одну лінію. Це дозволяє нанести тонер чотирьох різних кольорів за один прохід паперу. Це значно збільшує швидкість друку.

Отже, відзначимо ще раз, що основними перевагами лазерного друку є: висока якість, порівняно низька вартість друкованої сторінки (особливо для монохромного друку), висока швидкість, низький рівень шуму, висока надійність усієї системи.

Однак, самі принтери коштують значно дорожче інших типів.

Струминні принтери

Технології струминного друку за останнє десятиліття розвивалися дуже динамічно. Характеристики друку покращились у декілька разів. За швидкістю та якістю друку струминні принтери не поступаються лазерним, а за вартістю кольорового друку перевищують останні.

Науковий фундамент технології струминного друку заклав у кінці XIX століття лауреат Нобелівської премії з фізики лорд Рейлі. В основі його роботи з розпаду струменів рідини і формування крапель лежала ідея про те, що струмінь сам намагається розпастись на окремі краплі. Перші струминні принтери (кінець 40-х — перша половина 70-х років XX століття) використовували технологію неперервного розпилювання фарби. Для створення зображення використовувались різні способи зміни кількості крапель (фарби), що долітала до поверхні носія в певній точці. Основним недоліком такого способу була величезна витрата чорнил.

У 1977 році фірма «Siemens» випустила на ринок принтер із п'єзоелектричною системою дозування розпиленням фарби. Краплі чорнила виштовхувались на поверхню носія не постійно, а лише за командою програми керування.

У 1984 році фірмою «Hewlett Packard» розроблено струминний принтер Think Jet з бульбашково-термічною технологією друку.

На сьогодні п'єзоелектрична (Ink Jet) та бульбашкова (Bubble Jet) технології струминного друку є домінуючими на ринку. Розглянемо ці технології детальніше.

П'єзоелектрична технологія. У друкуючому елементі, як видно з назви технології, основну роль зі створення краплі фарби відіграє п'єзоелемент. П'єзо від грецького piezo — тисну, давлю. У п'єзоелементах використовуються властивості певних кристалічних речовин (п'єзоелектриків), механічне стиснення або розтягування яких призводить до появи на гранях кристала різниці потенціалів (прямий п'єзоефект) або прикладання різниці потенціалів до граней викликає деформацію кристала (зворотний п'єзоефект). Зворотний п'єзоефект і використовується в струминних принтерах.

Електричний імпульс подається на п'єзоелемент, що вмонтований в канал подачі фарби. Елемент деформується, що призводить до зменшення ширини каналу, і крапля фарби виштовхується назовні

Широко відомим виробником струминних принтерів з використанням п'єзоелементів є фірма «Epson», її принтери серії Stylus — одні з найкращих за якістю друку.

Бульбашкова або термічна технологія. У канал подачі фарби вмонтовується нагрівальний елемент (терморезистор). У разі подачі електричного імпульсу відбувається швидке нагрівання термоелемента й утворення бульбашки пари чорнила біля нього. Загальний тиск у каналі збільшується. Надлишки фарби у вигляди краплі виштовхуються назовні (рис.6).

 

Як фарба використовується рідке чорнило, яке подається в друкуючу головку, оснащену великою кількістю тонких каналів — сопел. Для кольорового друку використовуються головки з набором сопел для кожного з базових кольорів. Чорнило розміщується в спеціальних резервуарах, які або суміщені з друкуючою головкою в один блок (картридж), або є окремим елементом. Спільні картриджі використовуються в принтерах з бульбашковою технологією, а окремі резервуари для чорнила — в п'єзоелектричних.

Використовуються різні конструкції друкуючих головок струминних принтерів, але принцип їх дії базується на двох представлених технологіях. П'єзоелектричну технологію використовує у своїх принтерах фірма «Epson». Більшість інших фірм — «Hewlett Packard», «Canon», «Lexmark» та ін. — використовують термічну або бульбашкову технологію. Слід зауважити, що за основними характеристиками друку — якістю передачі кольорового зображення, роздільною здатністю, швидкістю друку — представлені на сучасному комп'ютерному ринку струминні принтери з різними технологіями майже не відрізняються.

Узагальнимо переваги й недоліки принтерів із різними технологіями струминного друку.

П'єзоелектрична технологія

Переваги:

• висока швидкодія п'єзоелемента дозволяє підвищувати швидкість утворення крапель чорнила;

• доволі проста схема керування розмірами краплі;

• краплі чорнила отримуються овальної форми з дозованою кількістю чорнила (досягнуті величини найменших за об'ємом крапель у 2 піколітра);

• нез'ємна друкуюча головка дозволяє після закінчення фарби міняти тільки резервуари з чорнилом, а не весь картридж;

• друкуючі елементи не використовують нагрівання, і отвори головки не засмічуються залишками фарби. Недоліки:

• можливість висихання чорнила в отворах друкуючої головки після тривалої перерви в роботі, що потребує додаткового обслуговування (промивання);

• неправильна експлуатація головки принтера може призвести до її виходу з ладу. Заміна потребує значних фінансових витрат (до 50% і вище від вартості принтера).
 

Бульбашкова (термічна) технологія

Переваги:

• простота конструкції друкуючої головки, що дозволяє робити її замінюваною разом із блоком резервуарів для чорнила;

• простота в обслуговуванні;

• фарба в картриджах практично не висихає протягом значної перерви в роботі. Недоліки:

• отримувати краплі абсолютно однакового розміру важче, ніж у разі п'єзоелектричної технології;

• у зв'язку з нагрівом елементів головки до високих температур на стінках сопел можуть залишатися (накопичуватися) продукти випаровування чорнила, що впливає на якість друку із збільшенням терміну роботи друкуючої головки. Технології, що дозволяють підвищити якість друку струминних принтерів.

• Drop Modulation (Drop (англ.) — крапля, modulation (англ.) — модуляція, тобто керована зміна параметрів фізичного об'єкта) — ця методика дозволяє отримати краплі чорнила двох різних розмірів. У сопла друкуючої головки вмонтовуються не один, а два нагрівальних елемента. У разі використання одного з них отримується крапля меншого розміру, під час використання іншого

— більшого розміру. Використовується в принтерах фірми Canon.

• PhotoREt (REt — Resolution Enchantment technology (англ.) — дослівно — технологія магічної роздільної здатності) — технологія підвищення роздільної здатності та якості передачі кольорів за рахунок зменшення розміру краплі й можливості нанесення в одну точку зображення до 16 крапель чорнила різного кольору. Використовується в принтерах фірми Hewlett Packard.

• ColorSmart (Color (англ.) — колір, Smart (англ.) — вишуканий) — технологія додрукової підготовки зображення з метою оптимізації кольорової гами та підвищення якості растрування. Використовується в драйверах принтерів фірми Hewlett Packard. Фірма Canon використовує схожу технологію додрукової підготовки Image Optimizer.

• PhotoRealism — технологія покращення передачі світлих відтінків. У разі друку стандартними засобами ділянок з ненасиченими напівтонами (наприклад світло-блакитний колір) доводиться залишати значну кількість площі зображення незафарбованою, що погіршує якість зображення. Фірма Canon запропонувала доповнити стандартний набір із чотирьох кольорів (див. CMYK) чорнилами зі світлими відтінками блакитного, малинового та жовтого кольорів, що дозволило значно підвищити реалістичність передачі напівтонів. Близьку технологію використовує і фірма Epson у своїх шестикольорових принтерах із приставкою Photo.

• Р-РОР (Р-РОР — Plain Paper Optimized Printing (англ.) — оптимізація чіткості друку на папері)

— технологія створення якісного зображення незалежно від якості паперу шляхом нанесення на папір перед початком друку спеціального покриття — оптимізатора чорнила — прозорої речовини, що зберігається в окремому резервуарі чорного картриджа. Використовується в принтерах фірми Canon.

• Variable Dot Size — технологія керування розмірами краплі за допомогою подачі на п'єзоелемент електричних імпульсів двох різних амплітуд. Отримуються дві різни краплі об'ємом приблизно 6 і 10 піколітрів. У разі використання комбінації з обох імпульсів отримується крапля об'ємом 19 піколітрів. Однорідні, щільно зафарбовані ділянки отримуються з використанням крапель великого розміру, менш насичені — за допомогою середніх і малих крапель. Використовується в принтерах фірми Epson.

•Lateral Deflection Shot (Lateral Deflection Shot (англ.) — горизонтальний напрямок вприскування) — нова технологія фірми Sony використовує одну нерухому друкуючу головку, що перекриває всю ширину листа. Більше 20 тис. сопел дозволяє надрукувати фотографію формату А4 з роздільною здатністю 600 точок на дюйм усього за шість секунд.
На межі струминної і термографічної (термічної) технологій друку знаходиться технологія друку твердими фарбами. Так, у принтері Tektronix Phaser чорнило в початковому стані тверде на каучуковій основі. Брусок такого чорнила вкладається в спеціальний відсік принтера. Там воно розплавляється, і далі принтер працює як звичайний струминний. Однак краплі чорнила після того, як попали на поверхню паперу, миттєво застигають. Водночас вони не розпливаються і не проникають у структуру паперу. Якість друку отримується краща, ніж при лазерному кольоровому друці. Можливо, за цими принтерами майбутнє.
 

Термографічні (термічні) принтери

Серед термографічних принтерів можна виділити за принципами дії два основні типи. Одна з термографічних технологій, яка просто називається термічною, використовує властивість спеціальних сортів паперу (термопапір (прикладом термопаперу може служити папір для факсів)) змінювати свій колір під час нагрівання. Термопринтери даного типу — це монохромні принтери, що використовуються для друку етикеток, ярликів, чеків, штрих-кодів для складів або магазинів, білетів для транспортних компаній та ін. Перевагою цих принтерів є малі розміри, мобільність — можливість працювати від автономних джерел живлення, висока швидкість (10-20 см за секунду) і низька вартість друку, а серед недоліків — низька якість друку. Тому принтери даного типу використовуються для друку текстової інформації та елементарної графіки.

Інший вид термографічних принтерів — це так звані термосублімаційні (Термо — від грецького thermos — теплий, сублімація — від латинського sublimare — перехід речовини з твердого стану в газоподібний, минаючи рідкий стан) принтери. Вони використовують технологію перенесення фарби зі спеціальних носіїв на папір шляхом швидкого нагрівання. Під час нагрівання спеціальна фарба випаровується з поверхні фарбуючої стрічки без переходу в рідкий стан і конденсується на папері. Нагрівання здійснюється за допомогою мікронагравачів друкуючої головки.

Випускають монохромні та кольорові сублімаційні принтери. Кольорові більш розповсюджені, у них використовуються фарбуючі стрічки чотирьох базових кольорів CMYK. Однак зображення формується зовсім за іншим принципом, ніж у лазерних або струминних принтерах. Завдяки тому, що колір у певній точці зображення формується не за рахунок нанесення окремих крапель фарби різних кольорів, а шляхом змішування парів фарби з різних стрічок, відтінки кольорів отримуються реалістичними, а все зображення — чіткіше і точніше передає оригінал. Сублімаційні принтери відносяться до класу так званих повнокольорових (continuous tone (Continuous tone (англ.) — безперервний тон)) і можуть відтворювати більше 16,5 мільйонів кольорів, однак друкують вони з малою швидкістю і порівняно дорогі. Найбільш масово використовується сублімаційна технологія в фото та відеопринтерах, у додруковій підготовці фотографій для отримання пробних кольорових відбитків, тобто там, де потрібен високоякісний друк, а висока ціна не є вирішальним фактором.

На заключения відзначимо, що перспективними є термічні принтери, окремі екземпляри яких розроблені декількома фірмами. Призначені вони, в основному, для виготовлення тривимірних моделей різних технічних пристроїв. Технології створення моделей у чомусь схожі зі струминним друком. Тільки замість чорнила із сопел «друкуючої» головки виводиться спеціальний матеріал, що має властивість застигати через порівняно короткий проміжок часу або містить клей. За допомогою програмного забезпечення майбутня модель умовно «розрізається» на шари, а формування кожного шару відбувається переміщенням сопла і нанесенням відповідної кількості речовини в двох горизонтальних напрямках. Потім головка зміщується вертикально на один крок і відбувається формування наступного шару моделі.
 

Питання для самоперевірки

  1. Які типи друкуючих пристроїв використовуються в персональних комп’ютерах?
  2. Які основні характеристики мають принтери?
  3. Які типи принтерів?
  4. Який принцип дії матричного принтера? Струминного принтеру? Лазерного принтеру?
  5. Яка швидкодія кожного з типів принтерів?
  6. Які характеристики має лазерний принтер?
  7. Де використовуються плотери?