Как выглядит печатающая головка принтера
Устройство печатающей головки струйных принтеров
На примере струйного принтера EPSON давайте сегодня рассмотрим устройство печатающей головки. Для печати в принтере установлена пьезоэлектрическая головка и работает весь срок службы принтера, а вот пластмассовый картридж-чернильница как расходный материал меняется или заправляется в процессе эксплуатации.
Эта схема имеет свои плюсы и минусы
Плюсы
Минусы
Устройство печатающей головки
Ну что же — пока не поломаешь, не поймешь устройства. Давайте сейчас вместе разломаем одну печатающую головку (цветную от Epson Stylus Color 200) и разберемся, как она работает и почему выходит из строя (не думаю, что у кого-то из Вас есть желание сделать такое со своим принтером 😉
БЛОК ПЕЧАТАЮЩЕЙ ГОЛОВКИ
На фото, ниже показан блок печатающей головки, с него сняты печатающий узел с платой управления. В различных моделях принтеров конструкция этого блока может быть различной (у этого принтера блок съемный, у старших моделей его снять без отвертки не получится.) До этого этапа можно разбирать без применения деструктивных методов, дальше надо их применять.
1 — крышка;
2 — датчик наличия картриджа;
3— место для управляющей платы;
4 — место для печатающего узла.
ПЛАТА С ШЛЕЙФОМ
На фото, ниже показана плата с шлейфом, который подключается к пьезоэлементам.
1 — контакты, идущие у пьезоэлементам;
3 — управляющая микросхема;
4- контакты, которые замыкаются при установке картриджа;
5 — контакты для подключения блока печатающей головки к принтеру )
ПЕЧАТАЮЩИЙ УЗЕЛ
На следующем фото показан печатающий узел, в нем устанавливается печатающий элемент, по каналам 1 чернила из картриджа поступают в печатающий элемент, его устройство мы рассмотрим далее. На фотографии видно, что соединения проклеены специальным клеем (белый), так вот, этот клей очень хорошо растворяется спиртом, ацетоном и т.п., поэтому применять данную химию для чистки печатающего узла НЕЛЬЗЯ!
1 — чернильные каналы;
2 — трубки, через которые чернила забираются из картриджа;
4 — место для печатающего элемента;
5 — отверстия для крепления печатающего узла на блоке.
ПЕЧАТАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ
На фото, ниже показан печатающий элемент. Он представляет собой 3 склееные металлические пластины, к ним приклеены пьезоэлементы. Чернила, попав в каналы 1 из печатающего узла, попадают в пьезоэлементы, которые выплевывают их через сопла 3 на бумагу. Рассмотрим устройство печатающего элемента подробнее, для этого отогнем слой со стороны сопел и отклеим один пьезоэлемент.
1 — чернильные каналы;
2 — пьезоэлементы, к их контактам подключается шлейф;
3- сопла, от сюда чернила летят на бумагу.
На следующем фото показан печатающий элемент со снятым и перевернутым пьезоэлементом.
На фото, ниже — с отогнутой внешней пластиной. Стрелками условно показано направление движения чернил: красная — чернила попадают в печатающий элемент, синяя — попадают на вход пьезоэлемента, зеленая — попадают в пьезоэлемент, желтая — ускоряются в пьезоэлементе, белая — вылетают из элемента через сопла на бумагу.
Печатающая головка струйных принтеров EPSON является весьма сложным устройством, в ней есть много мест, где может произойти засорение, поэтому применять некачественные расходные материалы я крайне не рекомендую. При применении же качественных чернил никаких проблем возникать не должно, да и к тому же есть возможность промыть печатающую головку специальными средствами. Но это уже совсем другая история.
Печатающая головка
Печатающая головка струйного принтера — что такое, разновидности, особенности
Печатающая головка (ПГ) — один из наиболее технически сложных элементов струйного принтера или МФУ и, по сути, главная его действующая деталь. ПГ отвечает за распыление чернил на поверхность носителя, так что её характеристики и особенности напрямую влияют на качество печати.
Типы ПГ по технологии печати
На рынке представлены два доминирующих типа голов, отличающихся технологией формирования чернильной капли:
Типы ПГ по отношению к картриджам
Для эффективного процесса печати на печатающую голову должна подаваться краска из специальных ёмкостей. Таким образом можно разделить принтеры по взаимному расположению ПГ и чернильных отсеков.
ПГ встроена в картридж. Довольно хитрая, с точки зрения маркетинга, система. Сам принтер представляет собой по сути механический блок, который протягивает бумагу и двигает каретку, а чернила и печатающая голова совмещены в картридже. В результате, само устройство стоит очень дёшево, а расходники к нему — чуть ли не дороже самого принтера. Картриджей при этом, обычно, всего два: чёрный и цветной. В последнем на каждый цвет приходится по 1-3 мл чернил. Несложно предположить, что надолго такого не хватит.
Картриджи устанавливаются в ПГ. В устройствах подобного типа картриджей уже больше двух (основа из четырёх: чёрного, голубого, пурпурного и жёлтого, но возможны дополнительные цвета) и они представляют собой просто контейнер с чернилами. Устанавливаются совместно с головой на каретке и в процессе печати находятся в движении. Подобное расположение актуально в основном для сравнительно недорогих домашних и офисных струйников с картриджами малой вместительности (примерно до 20 мл). Вес картриджей больших объёмов приводил бы к быстрому износу механики принтера.
Картриджи отдельно от ПГ. Для производительных офисных принтеров, а также широкоформатных устройств, актуальна установка картриджей отдельно от ПГ, в специальный отсек. Чернила передаются в голову по системе шлейфов и та не испытывает нагрузки от веса контейнеров. Таким образом, объём картриджей по сути не ограничен и в некоторых профессиональных устройствах может доходить почти до литра.
Типы ПГ по подвижности
Деление стало актуально в последнее время. Раньше наиболее существенным различием лазерных и струйных принтеров была скорость работы. Если в струйниках ПГ приходилось бегать от одного края листа к другому для формирования картинки, лазерный картридж сразу пропечатывал изображение по всей ширине страницы, то есть сильно быстрее.
С недавних пор на рынке представлены струйные устройства с так называемой линейной (или неподвижной) печатающей головой. На такой работают модели из серий Epson WorkForce Enterprise и HP PageWide. Скорость работы при этом сопоставима с лазерными машинами: ПГ распыляет краску сразу по всей ширине листа, не затрачивая времени на лишние движения.
Обычные печатные головы при этом могут либо называться неподвижными, либо просто никак не называться (если внимание на этом не акцентируют, значит и ПГ стандартная).
Характеристики ПГ
Стоит обратить внимание и на отдельные характеристики печатающих голов, сказывающихся на качестве получаемых изображений:
Использование ПГ
Печатающие головы не только наиболее технически сложные, но и самые уязвимые элементы принтеров. Основными неисправностями можно считать две:
Виды печатающих головок
При выборе струйного принтера полезно знать производителей и базовые технологии печатающих головок. Понимание их классификации и принципа работы поможет вам подобрать то устройство, которое подойдет именно вам.
Статика или динамика
Печатающие головки бывают статическими и динамическими. Первые представляют собой один из элементов печатающего аппарата, вторые таковыми не являются. Как правило, динамические печатающие головки – это расходный материал, который время от времени нужно менять. Ярким примером может служить принтеры компании HP.
Классификация по технологии печати
Печатающие головки работают по принципу распыления капель чернил на носитель. Разделяются изделия на такие, которые работают с непрерывной подачей и на головки с пьезоэлектрической импульсной подачей. Эти два основных типа разделяются на подтипы.
Пьезоэлектрические печатающие головки. Это один из наиболее распространенных типов. Такие печатающие головки используют принтеры Epson и Brother. У данной продукции возможен широкий выбор модификаций, которые варьируются в зависимости от носителей и областей использования печатающего устройства. Меняется совместимость с жидкостями, рабочая температура, количество дюз, размер капли и другие показатели.
Принцип работы таких головок базируется на том, что при подаче напряжения меняется форма кристаллов, из-за этого происходит деформирование камеры и генерируется импульс. Применяются данные изделия в полиграфии, в маркировке текстиля, гравировании и т.д.
Термоструйные печатающие головки. При работе в данных изделиях капли чернил формируются благодаря быстрому нагреву резистора до нескольких сот градусов. В результате жидкость кипит, образовывается импульс, за счет которого чернила вытесняется из камеры.
Основные достоинства таких головок – небольшой объем капли и высокая скорость печати. К ключевому недостатку можно отнести ограниченный выбор типа чернил, которые совместимы с данными изделиями.
Bubble-jet. Такие печатающие головки работают по так называемой пузырьковой струйной технологии, используются в принтерах Canon. Принцип работы этой продукции таков. На стенку сопла подается электрический импульс, температура нагревательного элемента, встроенного в стенку, резко растет, и чернила испаряются буквально в пару мгновений. В результате, пар расширяется и резко выдавливает чернила из дюз. Благодаря конструкции этих головок может достигаться относительно высокое разрешение печатающего устройства.
Важным преимуществом этих изделий считается возможность высококачественной печати текста и графики. Это возможно благодаря небольшому размеру капли, которая формируется в очень тонких соплах головки.
Drop-on-demand. Буквальный перевод с английского языка – «капля по требованию». Принцип работы похож на пузырьковую технологию, но кроме нагревательного элемента в процессе подачи чернил участвует также дополнительный элемент, который построен на свойстве частиц краски расщепляться в результате снижения поверхностного натяжения. Такой вид печатающей головки используется в принтерах HP.
Устройство головок Epson
Для того, чтобы правильно выполнять чистку печатающих головок Epson, нужно знать их устройство. Устройство головок Epson очень сложно. Везде в литературе приводят только упрощенную модель принципа работы пъезоэлектрических головок. Согласно этим моделям головки не должны работать вообще. Потому что давление пъезокерамических толкателей должно выгонять чернила во всех направлениях. В том числе и назад, в картриджи.
На самом деле, в головках Epson есть сложная система клапанов. Она то и не дает чернилам двигаться в обратном направлении. Но нам важно знать строение головок Epson для правильной чистки.
Чернильная часть головки
Разберем устройство обычной печатающей головки. В двух каналах сняли штуцеры (в красном кружке). Чернила поступают в головку через маленькие отверстия в штуцерах. Затем фильтруются в фильтре тонкой очистки (в желтом кружке) из мелкой металлической сетки.
Именно фильтр тонкой очистки и является одной из компонент, которые, будучи подвержены окислению, перестают пропускать чернила в одном или обеих направлениях.
Снимаем фильтр тонкой очистки.
Штуцер головки Epson внутри выглядит так.
Под фильтрами тонкой очистки располагаются каналы, через которые чернила поступают к дюзам соответствующего цвета. Чем длиннее канал, тем больше вероятность, что он забьется, тем труднее его прочистить.
Чернила разных цветов разделяются герметиком. Именно поэтому в каналы нельзя подавать большое давление для прокачки. Самое важное — это не нарушить герметизацию, потому что она препятствует смешению чернил разного цвета.
Устройство головки Epson FA04000
Эта головка одна из самых популярных. Рассмотрим ее устройство, которое является типичным с точки зрения работы. Разбираем ее.
После штуцеров идут фильтры тонкой очистки чернил. Это тонкие сетки. Часто непроходимость происходит из-за засохших фильтров.
Фильтры соединяются с фильтрами через герметик. Дополнительная герметизация обеспечивается уплотнительной резиновой прокладкой.
Фильтры впаяны в пластиковую пластину с одной стороны. С другой стороны фильтры соединяются с каналами герметиком. Через эти каналы чернила попадают в дюзы. Если герметик повредить избыточным давлением, чернила попадут на плату, что вызовет короткое замыкание.
На выходе 4 чернильных канала, и один дополнительный канал рядом с синим цветом. На другой половине головки расположена электронная плата с разъемом управления. Плата защищается от попадания жидкости контуром герметика. Но не полностью. Есть и незащищенные части. Поэтому не стоит погружать головку в жидкость.
Посередине платы есть отверстие. В него проходят 2 шлейфа, которые соединяются с гребенкой из пъезоэлементов.
С другой стороны плата выглядит так. Видны SMD сопротивления, конденсаторы, а также транзистор или диод.
Внутри отверстия 2 пластины с пъезоэлементами и шлейфом.Внутри шлейфа расположена микросхема дешифратора.
Каждый пъез0-элемент соединен через шлейф с дорожкой от микросхемы (выходу дешифратора). Второй контакт у всех элементов общий — земля.
Пъезоэлементы хрупкие. Их легко сломать. Возможно, что отсутствие некоторых печатающих дюз объясняется повреждением пъезоэлементов.
Под элементами располагается прочная тонкая эластичная мембрана, которая отделяет электрическую часть от чернил.
Что же находится с другой стороны на выходе головки? За железной скобой находится подошва — железная пластина с мелкими отверстиями.
Под железной пластиной расположена кремниевая пластина с чернильными каналами. Черные точки на кремниевой пластине — это выходы каналов. Кстати, сами каналы расположены с другой стороны пластины. Эти каналы очень маленькие.
Как работает печатающая головка
Сверху фото располагается область черных чернил. Внизу области для цветных красок. Из этих областей чернила поступают во входные отверстия, проходят через каналы с другой стороны кремниевой пластины. Там происходит воздействие на них пъезоэлементов, которые под воздействием напряжения удлиняются и выталкивают чернила через выходное отверстие. Выталкиваются чернила в обе стороны, но входное отверстие меньше выходного. Поэтому сопротивление на выход меньше и результирующий поток направлен туда. Входные отверстия, которые располагаются в ряду ближе к середине, меньше выходных.
С другой стороны видны чернильные каналы. Но не напрямую, а через мембрану. Вдоль каналов располагаются торцы пъезоэлементов, которые упираются в мембрану. С другой стороны мембрана приклеивается к кремниевой пластине с чернильными каналами
Мембрана выполняет очень важную роль. Во-первых, она отделяет чернила от электрической части. Если ее повредить, сгорят, например, транзисторы или предохранитель. Следовательно, она должна быть прочной. Чтобы мембрана могла передавать высокочастотные колебания чернилам, она должна быть тонкая и эластичная. Мембрану приклеивают к кремниевому кристаллу специальным герметиком и она закрывает чернильные каналы. Если она отклеивается, то чернила перетекают между каналами, в том числе между разными цветами.
Головки с демпферными камерами
Для качественной фотопечати используют головки с демпферными картриджами. Кстати, электрическая часть не отличается от предыдущей. Сверху головки расположили часть с камерами.
Головка после разборки выглядит следующим образом.
Электрическая часть головки Epson
На выходе головки располагаются пьезокерамические сопла и выходные дюзы. Это еще одно тонкое место, поскольку именно в этом месте начинают сохнуть чернила. Дюзы, имеющие микроскопический размер, расположены рядами.
Сбоку головки располагаются разъемы для шлейфов. Поскольку напряжения в шлейфах гораздо выше, чем у головок HP и Canon с термической печатью, последствия попадания жидкости в эти разъемы значительно опаснее.
В чем главное отличие пъезоэлектрических печатающих головок Epson от термоэлектрических головок HP? Во-первых, это высокое напряжение на электродах пъезокерамики. Во вторых, для отделения электродов от чернил используется эластичная мембрана. Если бы ее не было, в головке сразу же произошло короткое замыкание.
В реальности именно при разрыве этой мембраны чернила попадают в электрическую часть. Это приводит к короткому замыканию, перегоранию предохранителей и транзисторов на главной плате принтеров Epson.
Повреждение мембраны может произойти под воздействием агрессивных чистящих жидкостей, избыточного давления при чистке головке, некачественных чернил.
Печатающая головка струйного картриджа
«Сердцем» любого струйного принтера является его печатающая головка, стоимость которой составляет примерно 80 % от стоимости принтера.
Печатающая головка по своей природе представляет собой совокупность множества микроскопических сопел и инжекционных камер, которые распыляют чернила на бумагу. Диаметры сопел колеблются от 3 микрон до нескольких десятков микрон. Среднестатистическое сопло струйного принтера значительно тоньше человеческого волоса. Увеличенное изображение сопла струйного принтера диаметром 20 микрон представлено на рисунке ниже.
Увеличенное изображение сопла струйного принтера диаметром 20 микрон
Многие производители для увеличения вертикальной плотности сопел печатающей головки располагают их в шахматном порядке. На одном квадратном сантиметре поверхности печатающей головки струйного принтера может располагаться несколько сотен сопел. Компания Lexmark, например, разместила на 1,27 см² поверхности печатающей головки струйного картриджа Lexmark Z735 208 сопел и получила за счёт этого разрешение печати в 1,44 миллион точек. Одна из последних печатающих головок, изготовленных компанией Canon, оснащена 3072 соплами, по 512 для каждого из шести цветов.
Удачным технологическим решением является сочетание на поверхности печатающей головки мелких и крупных сопел. Маленькие капельки, вылетающие из мелких сопел, используются для прорисовки тонких линий и мелких элементов изображения. Крупные капли, вылетающие из крупных сопел, применяются для заполнения пигментом больших участков изображения. Размер капли при этом автоматически регулируется в зависимости от используемого носителя и режима печати. Такую технологию при производстве картриджей успешно использует компания Lexmark.
Шахматное расположение мелких и крупных сопел струйного картриджа Lexmark Z735
 |  |
 |  |
Способы расположения сопел печатающей головки цветного струйного принтера
Сопла печатающих головок могут существенно различаться не только по диаметру, но и по форме, о чём свидетельствует нижний рисунок.
 |  |  |
 |  |
Многообразие форм сопел печатающих головок струйных принтеров
Как правило, в струйных принтерах используются два типа печатающих головок: совмещённые с картриджем и встроенные в принтер.
В первом случае печатающие головки попадают в мусорную корзину вместе с отработанными картриджами, так как являются их неотделимыми конструкционными частями. Использование таких печатающих головок увеличивает расходы пользователей на заправку, так как каждый раз при покупке картриджа им приходится оплачивать стоимость новой печатающей головки. С другой стороны, для восстановления качества печати пользователю достаточно только купить картридж со встроенной печатающей головкой и установить его в принтер.
Струйный картридж со встроенной печатающей головкой показан на следующем рисунке.
Струйный картридж со встроенной печатающей головкой
Во втором случае печатающая головка отделена от картриджа-чернильницы и является отдельным самостоятельным устройством принтера. Такая печатающая головка может быть съёмной или не съёмной. Использование съёмных печатающих головок практикуется в картриджах Canon, не съёмных – в картриджах Epson.
Принтер со встроенной печатающей головкой показан ниже.
Печатающая головка, в которую вставлены картриджи-чернильницы
Самой страшной бедой, которая может произойти с печатающей головкой, является засыхание её сопел, которое может быть связано либо с неудовлетворительным качеством чернил, либо с длительным простоем принтера.
На рисунке снизу показаны сопла печатающей головки с лёгким засором и чернильной пробкой.
 |  |
Сопла печатающей головки с лёгким засором и чернильной пробкой
Чтобы избежать засыхания сопел, нужно использовать качественные оригинальные или совместимые чернила и в периоды длительных простоев принтера один раз в 10-14 дней запускать утилиту прочистки сопел печатающей головки и распечатывать пробную страницу. Если у вас совершенно нет времени на прочистку печатающей головки и распечатку тестовой страницы, просто включите принтер в сеть и дождитесь пока он продавит порцию чернил через сопла печатающей головки. В этом случае печатающей головке также не грозит засыхание.
Ещё одним «врагом» печатающей головки струйного принтера является пыль. Налипая на поверхность печатающей головки, пыль забивает сопла и выводит их из строя. Поэтому в комнате, в которой расположен струйный принтер, рекомендуется как можно чаще производить влажную уборку, вытирать пыль, мыть полы.
Технология изготовления печатающих головок – это сложный процесс, требующий значительных на научно-исследовательские разработки и организацию производственного процесса. Поэтому производством печатающих головок для струйных принтеров занимается ограниченное число компаний.
Точность измерений при производстве печатающих головок измеряется микронами, а сам производственный процесс реализуется на микроскопическом уровне. Для производства печатающих головок для струйных принтеров используются материалы, аналогичные материалам, применяемым в полупроводниковой промышленности, где ультратонкие изолирующие и проводящие слои подвергаются прецизионной лазерной обработке.
Перспективы развития печатающих головок струйных принтеров связаны с увеличением вертикальной плотности сопел, уменьшением размеров точек и увеличением частоты выброса чернильных капель на бумагу.