§ 4. Струйная печать

Вторую большую группу устройств для распечатки электронных текстов представляют струйные принтеры.

В основе получения изображения при помощи данной категории печатающих устройств лежат принципы струйной печати, открытые еще в 1879 году английским физиком лордом Джоном Рэлеем:

«1) поток жидкости цилиндрической формы, вытекающий из маленького отверстия, представляет собой тонкую непрерывную струю, диаметр которой зависит от диаметра отверстия;

2) если к жидкости в отверстии приложить достаточное давление, можно разбить струю на капли случайного диаметра и частоты;

3) если струю жидкости в отверстии подвергать регулярному воздействию наряду с давлением, капли становятся одинаковыми по диаметру и частоте».^[60]

Датой реального воплощения струйной технологии печати является 1948 год, когда шведская компания Siemens Elema получила патент на гальванометр, снабженный не приборной стрелкой, а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений.

Поскольку струйные принтеры сочетают в себе целый ряд положительных качеств, таких как высокое разрешение, возможность цветной печати с реальной цветопередачей, бесшумность и высокая скорость печати при невысокой стоимости, в последнее время они все чаще используются преступниками для изготовления фальшивых денег, документов, оттисков печатей и штампов и др.

В данном разделе пособия мы предлагаем рассмотреть принципы получения изображений, реализуемые в современных струйных принтерах.

В струйной печати знаки образуются из микрокапелек. Получение изображений высокого качества зависит от целого ряда факторов, влияющих на погрешности процесса печати. К ним относятся структура бумаги, взаимодействие зарядов капель, а также аэродинамические силы, действующие на капли в полете - они могут привести к слиянию или рассеиванию капель, к отклонению от траектории, образованию капель-сателлитов.

Можно выделить два типа технологий, используемых в струйной печати: пузырьково-струйная (Bubble-Jet), и пьезоэлектрическая.

Основным печатающим элементом данного типа принтеров, как и матричных, является печатающая головка, которая и производит «выстреливание» чернил по одной из вышеназванных технологий.

«Печатающие головки современных струйных принтеров - это маленькие чудеса техники: мельчайшие дозы тщательно приготовленных чернил за несколько миллисекунд разогреваются до 300° С или разгоняются пьезоэлементом. Вследствие этого образуется капля, которая выбрасывается на бумагу со скоростью около 100 км/ч».^[61]

Печатающая (пишущая) головка струйного принтера состоит из эластичного резервуара с чернилами и рабочей камеры с пишущими элементами. Благодаря капиллярному эффекту, рабочая камера всегда заполнена чернилами. Головка снабжена микроклапаном, который позволяет чернилам протекать в рабочую камеру и препятствует обратному движению. Пишущие элементы головки расположены вертикально и выполняют функцию, аналогичную функции иголок матричного принтера.

Рис. 47. Принципиальная схема головки струйного принтера.

В момент, когда необходимо нанести на бумагу точку, в соответствующем пишущем элементе создается импульс из-

быточного давления, под действием которого капля через сопло вылетает и наносится на бумагу или пленку.

Разрешение, а соответственно и качество печати напрямую зависит от размеров и количества сопел. Например, пишущая головка принтера Lexmark имеет 400 микросопел, благодаря чему достигнуто разрешение печати 1200х1200 точек на дюйм, т.е.

Для создания избыточного давления в камерах головки используются термо- или пьезоэлементы.

Принцип действия пузырьково-струйной головки следующий (см. рис. 48 - А): при поступлении электрического сигнала температура нагревательного элемента, встроенного в стенку сопла, импульсно возрастает, расширение образующегося при этом пара вызывает избыточное давление, которое и выталкивает каплю из сопла. После прекращения сигнала и вылета очередной порции чернил температура снижается, давление падает и следующая порция чернил втягивается в нее сама собой за счет разрежения давления, после чего устройство снова готово к печати.

Так как пузырьково-струйная технология предполагает выстреливание «горячих» чернил, соответственно и степень их проникновения в бумагу выше. Кроме того, рядом с очертаниями знаков зачастую наблюдаются чернильные микровкрапления.

Альтернативой пузырьково-струйной технологии является пьезоэлектрический метод (см. рис. 48-Б). В пьезоэлектрических головках избыточное давление в камере с чернилами создается за счет изменения формы (увеличе-ния) пьезоэлектрического диска при поступлении электрического сигнала.

Так как диск технологически представляет одну из стенок камеры, то такое действие соответственно уменьшает ее объем. Чернила под воздействием избыточного давления выталкиваются из камеры и вылетают через сопло в виде капли. При прекращении сигнала элемент приобретает изначальную форму, и за счет разрежения давления в камеру втягивается очередная порция чернил.

Рис. 48. Принципиальная схема работы: пузырьково-струйной (А) и пьезоэлектрической (Б) головок; 1 - состояние подготовки; 2 - состояние «выстрела» чернил; 3 - нагревательный элемент; 4 - пьезоэлемент.

Пьезотехника непосредственно преобразовывает электрическое напряжение в механическое движение и, следовательно, вырабатывает еще более короткие импульсы, чем пузырьково-струйная техника.

Пьезоэлектрические головки используются в принтерах Epson. Патент на данную технологию принадлежит компании Seiko Epson. Патентом на пузырьковую технологию (Bubble- Jet) обладают Canon и Hewlett-Packard. Такие головки устанавливаются в принтерах Canon, Hewlett-Packard, Lexmark.

По сменяемости головки струйных принтеров также бывают двух видов - сменные и постоянные. В первых головка встроена в чернильный картридж и при использовании чернил сменяется на новую вместе с картриджем. Постоянные головки изготовлены отдельно от чернильного картриджа, а соответственно остаются на принтере независимо от смены чернил. Этот фактор обязательно следует учитывать при исследовании текстов, выполненных на струйных принтерах, т. к. идентификационные признаки присущи только конкретной головке и носят ситуационный характер.

В связи с тем, что струйные принтеры являются бесконтактными (т.е. при печати не происходит непосредственного контакта печатающей головки с поверхностью бумаги), идентифицировать конкретный струйный принтер сложно. Особое значение при идентификации следует обращать на различные дефекты печати, возникающие из-за засорения сопел (жиклеров) головки, что отражается в текстах в виде неоправданно неокрашенных участков, белых линий, а также отклонений капель от основных линий.

На качество печати, воспроизводимое струйными принтерами, большое влияние оказывает вид используемых бумаги и чернил. Поскольку печать производится путем нанесения капель жидких чернил, то на бумаге невысокого качества проявляется «эффект промокашки» - чернильные точки растекаются, сливаются, края знаков получаются неровными, размытыми. Исключение составляют только принтеры Lexmark, в которых для повышения качества печати на обыкновенной бумаге используются концентрированные чернила. Уникальная технология позволила даже при высоком разрешении использовать вместо жидкого красителя в черных чернилах твердые частицы, которые прилипают к поверхности бумаги.

Тексты, отпечатанные таким красителем, не расплываются даже при случайном попадании воды. Твердые красители обеспечивают им долговечность и достаточную яркость.

Как уже ранее отмечалось, струйные принтеры в настоящее время наиболее оптимальны для цветной печати.

Цветная печать может осуществляться как обычным способом, так и фотопечатью. Различия между ними заключаются в количестве используемых цветов. Если в обычной цветной печати используются четыре (Cyan, Magenta, Yellow и Black - CMYK - технология), а в некоторых принтерах три цвета (без черного, он образуется путем смешения цветов - CMY- технология), то при фотопечати используется шесть или семь цветов. Добавляются дополнительные светлые цвета (Light- cyan, Light-magenta, Light-yellow). НИ

Различные технологии печати, реализуемые в современных принтерах, позволяют улучшить качество изображения разными путями и соответственно имеют свои признаки, отражающиеся на бумаге. Например, технология «P-PoP», разработанная Canon, состоит в применении специального оптимизатора обычной бумаги, что позволяет ее использовать для качественной струйной печати. Оптимизатор - это жидкость, которая автоматически наносится на бумагу в процессе печати перед нанесением чернил.

HP C-Ret - технология повышения цветного разрешения, используемая в принтерах компании Hewlett Packard. Она основана на нанесении нескольких слоев чернил в одну точку, что улучшает интенсивность цвета.

Технология HP PhotoRet II основана на уменьшении размера капель на 70 процентов по сравнению с предыдущими сериями картриджей и нанесении нескольких слоев чернил (до 16 капель в одну точку).

Основываясь на кратком обзоре некоторых технологий струйной печати, используемых в современных принтерах, можно обоснованно сказать, что так как технологии нанесения информации на твердый носитель различны, следовательно, и признаки, отображающиеся в распечатанных текстах, также будут различными, что позволит определить модель применяемого для печати принтера.

Кроме использования специальных технологий для нанесения красителя, в струйной печати применяются специальные сорта бумаги, поверхность которой обработана так, что набрызгиваемые чернила не расплываются, поэтому соседние цвета не проникают друг в друга, а следовательно, и изображения получаются значительно четче, чем на обычной бумаге.

Рис. 49. Схематическое изображение растекания чернил при печати на обычной (А) и оптимизированной бумаге (Б).

Как правило, в специальной бумаге оптимизируется одна сторона, отличить ее от неоптимизированной не представляет большой сложности даже при обычном визуальном наблюдении - оптимизированная сторона имеет более яркий оттенок. Кроме того, существуют специальные сорта бумаги для фотопечати (глянцевые и обычные), а также прозрачные пленки

для печати слайдов. Пленки для струйной печати имеют многослойную структуру. Подложка такой пленки изготавливается из полиэфира, который для фиксации чернил покрывается специальным слоем (для этого зачастую используется желатин), который воспринимает чернила и ограничивает их растекание, сверху пленка покрывается слоем вещества, придающего глянец и ускоряющего высыхание.

Твердочернильная технология печати. В последнее время появились принтеры, в которых используется термопластичный способ формирования изображений. В сущности, это новая технология. В рамках данного пособия мы предлагаем лишь краткое описание принципа печати.

Твердочернильная (или твердокрасочная) технология в ряду других технологий печати занимает особое место. Она позволяет получать цветные изображения с качеством, близким к фотографическому, благодаря четырехцветной CMYK - технологии. Чернила в обычном состоянии представляют собой твердые бруски. Бруски чернил, находящиеся в специальных отсеках (бункерах), передним краем упираются в специальные термопанели. При включении принтера край упирающегося в термопанель бруска плавится. Расплавленные чернила попадают в соответствующие по цвету чернильницы, из которых при печати через специальные сопла наносятся или непосредственно на бумагу, или на промежуточный алюминиевый барабан, а после - на твердый носитель (бумагу, пленку и т.д.). При переносе чернил на бумагу или барабан используется пьезоэлектрический способ, аналогичный применяемому при струйной печати.

После нанесения чернил не требуется их дополнительного запекания, как при электрофотографическом способе. Они застывают сами, образуя прочную водонераствори-мую пленку.

При исследовании надо иметь в виду, что если в обычном диапазоне температур до 50^о С «твердые» чернила сохраняют свои свойства, то при повышении температуры они размягчаются и их можно растереть.