История разработки и развития струйных принтеров

Articles, inkjet printers



Развитие техники, упорные намерения и немного интуиции сделали непритязательное струйное устройство, формирующее изображение королем компьютерных принтеров.

В истории развития компьютерной техники, ничто не вызывало так много разочарования, как перенос идей на бумагу. Десятилетия, печать с компьютеров была неблагодарной задачей для пользователей, которые стремились точно воспроизвести то, что они видят. Наконец появился струйный принтер, который распылял крошечные точки чернил на бумагу и начал революцию в печати высококачественных изображений, что было самым важным достижением, начиная с фотогравюры.

Тепловая печать, впервые коммерциализированная Hewlett-Packard и Canon в 1980-ых, начиналась как медленные, грязные машины, которые не шли ни в какое сравнение с более дорогостоящими лазерными принтерами, которые только что были введены на рынок. Но, в конечном счете, неуклюжие небольшие струйные принтеры становились лучше и лучше. Сегодня, струйный принтер, стоящий меньше чем $50 выдает четкие цветные изображения, тексты и блестящую графику столь же хорошо как любое лазерное печатающее устройство, стоящее20-30 раз больше. Неудивительно , что струйных принтеров продается в 12 раз больше, чем лазерных. Только струйные картриджи продаются на $19 миллиардов долларов ежегодно, согласно Исследованию Lyra Research, консультационной фирмы из Нетонвиля, в Штате Массачусетс.

При всей ее новизне, идея лежащая в основе струйной печати далека от новизны. Уже 1867, Уильям Томсон получил патент на Принимающие или самопишущие приборы для электрических телеграфов", который использовал электростатические силы, чтобы управлять выпуском капель краски на к бумагу. В 1951, Сименс произвел первый непрерывный струйный принтер. И в течение 1960-ых, другие изготовители обнародовали уточнения той же самой идеи все с небольшим успехом. Струйный принтер получил репутацию дорогого, грязного и ненадежного устройства, с насосами, баллонами и другими движущимися частями, которые просто не могли представлять надежную машину, способную к созданию высококачественной печати.

Современный струйный принтер решил эти проблемы с отдельной печатающей головкой, чернильницей, распыляющим механизмом и дюзами, которые могли точно управляться. В течение 1970-ых, исследования сфокусировались на пьезоэлектрических методах. Они используют специальные кристаллы, которые вибрируют когда получают заряд, чтобы выдавить управляемые количества чернил. Наиболее выдающимся новшеством, однако, было переключение внимания с вибрации на нагрев.

Тепловой струйный принтер был изобретен не однажды, а дважды. Идея вынашивалась одновременно, двумя конкурирующими командами с обеих сторон Тихого океана. В Японии, Ichiro Endo, инженер Canon заметил разбрызгивание чернил от горловины шприца, когда его случайно коснулся горячий паяльник. За тысячи миль от него в лабораториях Hewlett-Packard в Силиконовой долине, исследователь по имени Джон Вог придумывал свою версию струйного принтера, заимствуя принцип механизма кофеварки.

Усилия Hewlett-Packard начались в Рождество 1978 года. Вместе с Дэвидом Дональдом и группой других инженеров, Г. Вог начал обсуждать концепции для идеального принтера. Команда только что поставила моторчик для первого лазерного принтера Hewlett-Packard и работала над машиной для печати гравюр для издательского мира. Несмотря на это, команда хотела большего цвета, скорости и, наиболее важного, низкой цены.

Это была жесткая комбинация. В то время, принтеры делились на две категории: контактные и бесконтактные. Наиболее распространенными принтерами контактного действия были матричные устройства, которые использовали матрицу штырьков, чтобы нажимать на красящую ленту. Устройства бесконтактной печати, дали больше надежды. Не затрагивая бумагу при создании изображения, они обещали быть более точными и эффективными.

Далекие от завершения, не менее чем пять бесконтактных технологий стремились достичь успеха. Были струйные принтеры, которые распыляли микроскопические точки чернил через сотни крошечных наконечников на бумагу; лазерные принтеры, которые использовали лазерный луч и процесс ксерографии, чтобы присоединить порошковый проявитель к бумаге; струйные принтеры с густыми чернилами, которые использовали подобную методику, чтобы заставить растаивать стержни цветных воскообразных чернил на бумагу; сублимационные принтеры, которые основывались на рулонах пленки, нагретой, чтобы внедрить красители в бумагу специального назначения; и тепловые автохромные принтеры, которые подводили тепло к специальному типу бумаги, уже с нанесенными красителями, чтобы произвести цветную печать.

В 1978, струйная концепция захватила воображение Г. Вога, потому что она обещала дать простой, дешевый и высокоэффективный принтер. Несмотря на ее недостатки, технология, как полагалось, имела гораздо больший потенциал для уточнения, чем ее конкуренты. В тот полдень, перед отъездом в течение Рождества, Г. Вог и его коллеги решили, что идеальным принтером была бы струйная машина, которая могла поставлять 200 точек на дюйм и быть способной к печати в полном цвете. После праздников, Г. Вог устанавливает основные правила: новый тип принтера должен иметь матрицу дюз чернил, расположенных по двести на дюйм способным подавать чернила достаточно быстро, чтобы печатать одну страницу в секунду.

Возвращаясь в лабораторию после Рождества, Г. Вог сфокусировался на создании твердотельной печатающей головки, которая испытывает меньше износа и не будет засорятся, но приэтом будет способной выдавать чернила достаточно быстро для работы. Он наблюдал кофеварку и понял, что ответ был в использовании чернил непосредственно, чтобы выстреливать точки на бумаге.

Гонка, чтобы первыми разработать струйный принтер имела глубокое культурное влияние на обе компании.

Чтобы делать так, он пробовал использовать пару электродов с чернилами между ними, действующими как резистор. Идея состояла в том, чтобы заставить теплоту выпаривать маленькую часть чернил около наконечника, заставляя выплевывать капельки. К сожалению, чернила не имели достаточно высоко удельного сопротивления, чтобы создать необходимую теплоту. Хуже, процесс элекролизовывал воду в чернилах в водород и кислород, что мешало процессу.

Г. Вог тогда пробовал использовать водород и кислород, чтобы произвести микровзрыв, способный выстреливать чернила из головки. Маленькая искра могла быть вызвана поперек электродов чтобы зажечь водородные пузыри и выплюнуть каплю чернил, но процесс не проходил достаточно быстро. В третьей попытке, инженеры Hewlett-Packard решили помещать всю энергию в искру зажигания непосредственно, чтобы кипятить пузырь чернил. Это получилось, но электроды, быстро выходили из строя.

Прорыв пришел, когда Г. Вог и его коллеги ухватились за тонкопленочные резисторы. Они были найдены, чтобы быть способными произвести достаточно теплоты, чтобы кипятить пузырь чернил и выплевывать точку быстро с высокой степенью управления. Резисторы были установлены внутри маленьких трубок, которые были с углублениями, чтобы создать наконечники, и быстро включались и выключались, чтобы выплевывать микроскопические точки чернил. В пределах трех месяцев, команда Hewlett-Packard придумала осуществимую версию теплового струйного механизма.

Удивительно, но при всех их техническом видении, команда не могла объяснять точно, почему их принтер работал. И хотя он работал хорошо, и был патентоспособен без лежащей в основе теории, менеджеры среднего уровня Hewlett-Packard отказывались инвестировать в идею. Некоторые высшие менеджеры HEWLETT-PACKARD отклонили изобретение в целом. Как оказалось физика изобретенного процесса не будет понята полностью в течение следующего года.

Но Г. Вог упорно преследовал свой интерес в струйном принтере. Он демонстрировал его работу любому, кто интересовался. Лэрри Ла Барр ветеран HEWLETT-PACKARD который смог убедить менеджмент компании воспринять технологию более серьезно. После этого, Hewlett-Packard одобри ивестриции в технологию струйной печати, и программа стала критической частью ее будущего.


"Шарик Canon"

Тем временем, Г.Ендо уже запустил работу над подобным устройством. Целью Canon было создание лучшей ксерографической технологии, струйная печать являлась только что одним из нескольких параметров. В прошлом в 1977 году, Г. Ендо и его команда фокусировалась на изготовлении пьезоэлектрического устройства, которое могло посылать электронные импульсы через дюзу, создавая достаточную силу для выстрела чернил. Но когда исследователь случайно коснулся кончика заполненного чернилами шприца паяльником, шприц с чернилами изменил курс исследований и последствий для Canon.

В пределах нескольких дней, Г. Ендо и его команда использовали открытие, чтобы сделать простой струйный принтер, который появится, чтобы стать известным как Bubblejet. Главное отличие между ним и изобретением Hewlett-Packard лежит в процессе зажигания чернил: головки Canon выстреливали чернила сбоку, в то время как печатающие головки Hewlett-Packard выпускали их чернила сверху.

Двумя годами позже, Hewlett-Packard узнал о работе Canon. Патенты многих из ключевых изобретений обеих компаний были зарегистрированы в пределах месяцев друг от друга. Результатом были отношения между Canon и HEWLETT-PACKARD, которые продолжаются по сей день. Hewlett-Packard заимствовал некоторые из конструкций Canon для продления ресурса печатающей головки, в то время как Canon заимствовал от идей Hewlett-Packard конфигурацию печатающей головки. Несмотря на краткие разногласия по вопросу о правах на технологию, Hewlett-Packard упорно утверждает, что сотрудничество развилось в здоровые конкурентные отношения между этими двумя компаниями, и продвинуло состояние дел далее, чем это иначе ушло бы.

После двух начальных изобретений, развитие струйной технологии стало мультидисциплинарными усилиями. Должны были быть разработаны новые быстросохнущие и светостойкие чернила были. Улучшения струйных принтеров шли быстро. Добавлялись лучшие механизмы для подачи бумаги и новое программное обеспечение, чтобы улучшить качество изображения. Чтобы увеличить скорость печати струйных принтеров, инженеры с обеих сторон разработали более быстрые силовые механизмы и увеличивали количество дюз на головках. Больше особенностей было добавлено к струйным принтерам, и скоро появилась гибридная технология, которая превратила принтеры в факсимильные машины, и копировальные устройства. Сегодня, многофункциональные машины - самый быстро возрастающий сегмент рынка принтеров.

Состязание при разработке струйных принтеров имело глубокое культурное влияние на обе компании. Например, одноразовые печатающие головки, разработанные в 1984, как считают, не вызвала восторга в Hewlett-Packard. Сама мысль о удалении небольших пластмассовых модулей, которые содержали интеллектуальную собственность принтеров, была анафемой для некоторых директоров Hewlett-Packard.

Другие конкуренты вышли на рынок с собственными конструкциями. Epson вывел линейку струйных принтеров основанную на технологии пьезоэлектрики, впервые исследованной в 1970-ых. Lexmark и Agfa также успели заскочить на подножку уходящего поезда фокусируясь на специальных приложениях типа цифровой фотографии и графики. Но при всем интересе, рост рынка струйных принтеров начинался со слабого старта. По сравнению с Laserjets, в которых видели, здоровый коммерческий рост, струйный рынок, казалось, томился после того, как компания создала ее первую линейку Deskjet в конце 1980-ых. Один раз в середине 1990-ых, HEWLETT-PACKARD даже обдумывал уход с рынка струйных принтеров.


"Цвет во спасение"

Широко распространившееся применение цвета в компьютерной индустрии в течение середины 1990-ых, изменило все. Как и предполагал Г. Вог, добавление цветовых возможностей струйным принтерам было следующим логическим шагом. Печатающие головки с дополнительными цветами маджента, синий и желтый были добавлены к черной краске, позволяя принтерам создавать полный диапазон цветов. Более специализированные фото принтеры также прибавили различные оттенки основных красителей, чтобы произвести еще большее количество точных копий. Мы по существу взяли всю работу создателя в магазине печати и поместили это в алгоритмы, " говорит Джон Мейер, директор лабораторий Hewlett-Packard. Поскольку компьютеры стали еще быстрее, алгоритмы, стали еще более точными, что позволило печатать еще качественней.

Сегодня, струйный принтер больше не дешевая замена лазерного принтера. Средняя печатающая головка теперь содержит больше чем 300 дюз к созданию изображений с разрешением по крайней мере 1,200 на 1,200 точек на дюйм больше, чем глаз позволяет различить. Средняя машина может теперь выдавать 14,000 точек в секунду, нанося больше чем 1 миллион точек чернил на квадратный дюйм бумаги. Основная работа теперь сосредоточена на создании длительных, светостойких чернил, чтобы предотвратить изображения от постепенного изменения. Тем временем, новое программное обеспечение помогает производить более чистые изображения при печати каждым пикселем.


В конечном счете, развитие струйного принтера подчеркивает, как непрямолинейный подход может выдавать замечательно простые решения сложным проблемам. И Г. Ендо и Г. Вог, которые разделили многочисленные промышленные награды с учетом достоинств каждого, продемонстрировали упорное стремление и веру в их изобретения, несмотря на большое внутреннее сопротивление. Но при этом, они изменили компьютерный бизнес и принесли цвет в жизнь людей.



Поделитесь с друзьями этой страницей: