Струйная печать

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  «Струйная печать»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( август 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Epson струйный принтер

Современный струйный принтер HP Deskjet All in One

Часть серии о
История печати
Печать на ксилографии 200 Подвижный тип 1040 Интаглио (эстамп) 1430 Печатный станок c.  1440 Травление c.  1515 Меццо-тинто 1642 Рельефная печать 1690 Акватинта 1772 г. Литография 1796 г. Хромолитография 1837 г. Ротационный пресс 1843 г. Гектограф 1860 г. Офсетная печать 1875 г. Вёрстка чугуна 1884 г. Мимеограф 1885 г. Печать ромашек 1889 г. Фотостат и ректиграф 1907 г. Снимок экрана 1911 г. Дубликатор духа 1923 г. Матричная печать 1925 г. Ксерография 1938 г. Искровая печать 1940 г. Фотонабор 1949 г. Струйная печать 1950 Сублимация красителя 1957 г. Лазерная печать 1969 г. Термопечать c.  1972 г. Печать твердыми чернилами 1972 г. Термотрансферная печать 1981 г. 3D печать 1986 г. Цифровая печать 1991 г.
v т е

Струйная печать - это тип компьютерной печати , при которой цифровое изображение воссоздается путем нанесения капель чернил на бумагу и пластмассовые основы. ^[1] Струйные принтеры являются наиболее часто используемым типом принтеров ^[2] и варьируются от небольших недорогих потребительских моделей до дорогих профессиональных машин.

Концепция струйной печати зародилась в 20 веке, а технология впервые получила широкое развитие в начале 1950-х годов. Во время работы в Canon в Японии Ичиро Эндо придумал идею струйного принтера с пузырьками, в то время как примерно в то же время Джон Вотут из HP разрабатывал аналогичную идею. ^[3] В конце 1970-х годов были разработаны струйные принтеры, которые могли воспроизводить цифровые изображения, созданные компьютерами, в основном Epson , Hewlett-Packard (HP) и Canon . На мировом потребительском рынке большую часть продаж струйных принтеров обеспечивают четыре производителя: Canon, HP, Epson и Brother .

В 1982 году Роберту Ховарду пришла в голову идея создать небольшую систему цветной печати, в которой для разбрызгивания капель чернил использовались пьезоэлектрические преобразователи. Он основал компанию RH (Robert Howard) Research (названную Howtek, Inc. в феврале 1984 г.) и разработал революционную технологию, которая привела к созданию цветного принтера Pixelmaster с твердыми чернилами ^[4] с использованием технологии Thermojet. Эта технология состоит из трубчатого генератора акустических волн с одним соплом, изобретенного Стивеном Золтаном в 1972 году, со стеклянным соплом и усовершенствованного инженером по струйной печати Howtek в 1984 году с формованным соплом Tefzel для удаления нежелательных частот жидкости. Эта технология требует, чтобы струйный принтер Drop-On-Demand (DOD) работал при температуре выше пьезо- Кюри.для предварительного натяга в камере с жидкостью. Пьезо должен быть смещен вперед, чтобы поддерживать выравнивание молекул и надлежащее физическое состояние. Существует шесть физических состояний пьезоэлементов: без полярности (прямое и обратное смещение), положительный опрос (прямое и обратное смещение) и отрицательный опрос (прямое и обратное смещение). Howtek Thermojet использует положительный опрос со смещенным в прямом направлении напряжением, которое снимается и применяется для «заполнения» жидкостью перед «запуском» капли. Каждая капля требует только одного импульса заполнения / зажигания, и никакие дополнительные капли не должны выбрасываться, если они спроектированы правильно.

На развивающемся рынке нанесения материалов для струйной печати также используются струйные технологии, обычно печатающие головки, использующие пьезоэлектрические кристаллы, для нанесения материалов непосредственно на подложки.

Технология была расширена, и теперь «чернила» могут также включать паяльную пасту в сборке печатных плат или живых клеток ^[5] для создания биосенсоров и тканевой инженерии . ^[6]

Изображения, полученные на струйных принтерах, иногда продаются под торговыми марками, такими как Digigraph , Iris prints , giclée и Cromalin . ^[7] Репродукции изобразительного искусства, отпечатанные струйной печатью, обычно продаются под такими торговыми марками, чтобы подразумевать более высокое качество продукции и избегать ассоциации с повседневной печатью.

Методы [ править ]

Поверхностное натяжение жидкости естественным образом превращает струю в капли. Оптимальный размер капель в 0,004 дюйма требует размера сопла для струйной печати примерно 0,003 дюйма. Жидкости с поверхностным натяжением могут быть на водной основе, на восковой или масляной основе и даже на расплавленных металлических сплавах. Большинство капель могут быть электрически заряженными. В современных струйных принтерах используются две основные технологии: непрерывная (CIJ) и капельная (DOD). Непрерывная струйная печать означает, что поток находится под давлением и находится в непрерывном потоке. Капля по требованию означает, что жидкость выталкивается из струйного сопла по одной капле за раз. Это можно сделать механическими средствами с помощью толчка или каким-либо электрическим способом. Большой электрический заряд может вытягивать капли из сопла, звуковые волны могут выталкивать жидкость из сопла или тепловое расширение медной печатающей головки, расширение металла, которое создает атомные дыры, через которые проходят чернила.Впервые непрерывная потоковая передача была исследована много лет назад. Понижение по требованию было обнаружено только в 1920-х годах.

Непрерывная струйная печать [ править ]

Метод непрерывной струйной печати (CIJ) коммерчески используется для маркировки и кодирования продуктов и упаковок. В 1867 году лорд Кельвин запатентовал сифонный самописец , который записывал телеграфные сигналы в виде непрерывного следа на бумаге с помощью струйного сопла, отклоняемого магнитной катушкой. Первые коммерческие устройства (медицинские ленточные самописцы ) были представлены компанией Siemens в 1951 году . ^[8] с использованием патента US2566443, изобретенного Элмквистом Руне, от 04.09.1951.

В технологии CIJ насос высокого давления направляет жидкие чернила из резервуара через корпус пистолета и микроскопическое сопло (обычно диаметром 0,003 дюйма), создавая непрерывный поток капель чернил через нестабильность Плато-Рэлея . Пьезоэлектрический кристалл может использоваться для создания акустической волны, когда он вибрирует внутри корпуса пистолета и заставляет поток жидкости разбиваться на капли через равные промежутки времени: можно получить от 64000 до 165000 капель чернил неправильного размера в секунду. ^[9]Капли чернил подвергаются воздействию электростатического поля, создаваемого зарядным электродом или полем магнитного потока, когда они образуются; поле меняется в зависимости от желаемой степени отклонения капли. Это приводит к контролируемому отклонению каждой капли электростатическим зарядом. Заряженные капли могут быть разделены одной или несколькими незаряженными «защитными каплями» для минимизации электростатического отталкивания между соседними каплями.

Капли проходят через другое электростатическое или магнитное поле и направляются (отклоняются) пластинами электростатического отклонения или магнитным полем для печати на материале приемника (подложке) или могут продолжать отклоняться в сборный желоб для повторного использования. Капли с более высоким зарядом отклоняются в большей степени. Лишь небольшая часть капель используется для печати, большая часть перерабатывается.

CIJ - одна из старейших (1951 г.) используемых струйных технологий, и она достаточно развита. Капля по требованию была изобретена позже. Основными преимуществами CIJ являются очень высокая скорость (≈20 м / с) капель чернил, что позволяет использовать относительно большое расстояние между печатающей головкой и подложкой, и очень высокая частота выброса капель, что обеспечивает очень высокую скорость печати. Другим преимуществом является отсутствие засорения сопла, поскольку струя используется постоянно, что позволяет использовать летучие растворители, такие как кетоны и спирты, что дает чернилам способность «вгрызаться» в основу и быстро высыхать. ^[9]Система чернил требует активного регулирования растворителя, чтобы противодействовать испарению растворителя во время полета (время между выбросом сопла и рециркуляцией желоба), а также в процессе вентиляции, когда воздух, втянутый в желоб вместе с неиспользованными каплями, удаляется из резервуара. Контролируют вязкость и добавляют растворитель (или смесь растворителей), чтобы предотвратить потерю растворителя.

В конце 1950-х годов горячие восковые чернила стали популярными благодаря технологиям CIJ. В 1971 году, в патенте US3596285A Йоханнеса Ф. Готвальда, в Liquid Metal Recorder использовались чернила из расплавленного металла с полем магнитного потока для изготовления сформированных символов для вывесок. Возможно, это был первый металлический 3D-объект, напечатанный с использованием памяти магнитного сердечника в качестве данных для создания каждого символа.

Выпадение по требованию [ править ]

Есть много способов производства струйной печати с каплей по требованию (DOD). Общие методы включают термический DOD и пьезоэлектрический DOD для увеличения частоты капель. DOD может использовать одну форсунку или тысячи форсунок. Один процесс DOD использует программное обеспечение, которое предписывает головкам наносить от нуля до восьми капель чернил на точку только там, где это необходимо. ^{[ необходима цитата ]} Материалы для струйной печати расширились и включают пасты, эпоксидные смолы, термоплавкие чернила, биологические жидкости и т. д. Министерство обороны США очень популярно и имеет интересную историю. Сначала появился механический DOD, затем последовали электрические методы, включая пьезоэлектрические устройства, а затем методы теплового или теплового расширения.

Струйный принтер Canon с картриджами CMYK

Термальный DOD печать

Большинство потребительских струйных принтеров, включая принтеры Canon (система картриджей FINE, см. Фото), Hewlett-Packard и Lexmark , используют струйный термопечать. ^[10] Идея использования теплового возбуждения для перемещения крошечных капель чернил была разработана независимо двумя группами примерно в одно и то же время: Джоном Воотом и командой Corvallis Division компании Hewlett-Packard и инженером Canon Ичиро Эндо. Первоначально, в 1977 году, команда Эндо пыталась использовать пьезоэлектрическийЭффект вытеснения чернил из сопла, но заметил, что чернила выскакивают из шприца, когда его случайно нагревают паяльником. Работа Воота началась в конце 1978 года с проекта по разработке быстрой и недорогой печати. Команда HP обнаружила, что тонкопленочные резисторы могут выделять достаточно тепла, чтобы поджечь каплю чернил. Два года спустя команды HP и Canon узнали о работе друг друга. ^{[11] [12]}

В процессе термоструйной печати картриджи для печати состоят из серии крошечных камер, каждая из которых содержит нагреватель, и все они построены с помощью фотолитографии . Чтобы выбросить каплю из каждой камеры, через нагревательный элемент пропускается импульс тока, вызывающий быстрое испарение чернил в камере и формирование пузыря ^[13], который вызывает большое повышение давления, выталкивая каплю чернил на бумага (следовательно , Canon, торговая марка из Bubble Jet ). Ранние термоголовки работали с разрешением всего 600-700 dpi ^[10]но усовершенствования HP увеличили диапазон срабатывания с 8 до 12 кГц на камеру и до 18 кГц с объемом капли 5 пиколитров к 2000 году. Термопечатающие головки не обладают мощностью пьезоэлемента DOD или непрерывной струйной печати, поэтому разрыв между лицо головы и бумаги критично. Поверхностное натяжение чернил , а также конденсация и результирующее сжатие пузырька пара втягивают дополнительный заряд чернил в камеру через узкий канал, прикрепленный к резервуару для чернил. Используемые чернила обычно на водной основе и содержат пигменты или красители.как краситель. Чернила должны содержать летучий компонент для образования парового пузыря; в противном случае выброса капель не произойдет. Поскольку не требуются специальные материалы, печатающая головка обычно обходится дешевле, чем при использовании других струйных технологий.

Пьезоэлектрическое печатное сопло принтера EPSON C20.

Пьезоэлектрическая печать DOD

Пьезо - это электрически поляризованные керамические устройства, так же как магнит поляризован. Большинство коммерческих и промышленных струйных принтеров и некоторые потребительские принтеры (произведенные Epson (см. Фото) и Brother Industries ) используют пьезоэлектрический материал.в камере, заполненной чернилами, за каждым соплом вместо нагревательного элемента. При приложении напряжения пьезоэлектрический материал меняет форму, создавая импульс давления в жидкости, который выталкивает каплю чернил из сопла. Трубчатые струйные принтеры с одним соплом на самом деле представляют собой камеры с жидкостным резонатором, и капли выбрасываются звуковыми волнами в чернильную камеру. Патент 1972 года назвал их струйными струйными принтерами с вытяжной трубкой, но позже было обнаружено, что это струйные акустические системы. Пьезоэлектрическая (также называемая пьезо) струйная печать позволяет использовать более широкий выбор чернил, чем струйная термопечать, поскольку нет необходимости в летучих компонентах и ​​нет проблем с когатиями (накоплением остатков чернил), но печатающие головки более дороги в производстве из-за использование пьезоэлектрического материала (обычно PZT, титанат циркония свинца). Однако картриджи с чернилами можно отделять от самой головки и при необходимости заменять по отдельности. Таким образом, пьезо может снизить эксплуатационные расходы. Говорят, что пьезоголовки обеспечивают более высокую скорость стрельбы, чем термоголовки, при сопоставимых объемах падения. ^[10]

Пьезоструйная технология часто используется на производственных линиях для маркировки продукции. Например, к продуктам с этой техникой часто применяется срок годности; в этом приложении головка неподвижна, а продукт движется мимо. Это приложение требует относительно большого зазора между печатающей головкой и подложкой, но также обеспечивает высокую скорость, длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы .

Термопласт / 3D-печать

Сопло для струйной печати в стиле Howtek. (Трубчатый пьезоэлектрический датчик не показан)

В 1970-х годах первые чернила DOD были на водной основе, и использование более высоких температур не рекомендовалось. В конце 1970-х годов чернила на основе воска и масла использовались в Silonics в 1975 году, Siemens PT-80i в 1977 году и Epson и Exxon в струйных принтерах DOD 1980-х годов. ^[10] В 1984 г. небольшая компания Howtek, Inc. ^[4] обнаружила, что материалы с твердыми чернилами ^[10] (термопласты) можно распылять при 125 ° C, поддерживая пьезополизирующий заряд во время печати. В 1986 году компания Howtek выпустила твердый струйный принтер Pixelmaster, который открыл двери для трехмерной печати пластиковыми чернилами и привел к получению в 1992 году 3D-патента US5136515A. Этот патент был лицензирован первыми тремя крупными компаниями по производству 3D-принтеров (Sanders Prototype, Inc, Stratasys и 3D Systems).

В конце 1980-х годов Howtek представила Braillemaster, принтер, который использовал четыре слоя твердых чернил на символ для создания документов на шрифте Брайля, которые могли быть прочитаны слепыми людьми.

Solidscape, Inc. в настоящее время очень успешно использует термопластические материалы в стиле Howtek и струйные принтеры с одним соплом в стиле Howtek (см. Иллюстрацию). Производство баллистических частиц также использовало материалы в стиле Howtek и струйные принтеры. ^[14] Эти струйные принтеры могут производить до 16 000 капель в секунду и выпускать капли со скоростью 9 футов в секунду. Первоначально разработанные для печати только на стандартных листах бумаги формата Letter, теперь они могут печатать 3D-модели, требующие сотен слоев.

Термопластические чернила в пьезоэлектрических струйных принтерах (называемые компанией Howtek технологией Thermojet) иногда путают с технологией пузырьковой струйной печати (термическое расширение), но это совершенно разные вещи. Чернила для струйной печати не затвердевают при комнатной температуре и не нагреваются. Чернила Thermojet требуют 125 ° C для снижения вязкости жидкости в диапазоне струйной печати. Howtek был первым, кто представил цветной струйный принтер с использованием термопластичных чернил ^[10] в 1984 году на выставке Comdex, Лас-Вегас.

Составы чернил [ править ]

Самая ранняя ссылка на непрерывные струйные чернила (CIJ) в патенте US3596285A 1971 года гласит: «Предпочтительные чернила характеризуются характеристиками вязкости и поверхностного натяжения, так что жидкость будет удерживаться в течение всего диапазона под действием силы, с которой она движется в мостике или потоке. В таком требовании подразумевается, что давление, прикладываемое к чернилам при образовании указанного потока, является достаточным для образования струи и передачи энергии, достаточной для переноса струи в виде сплошной жидкой массы, несмотря на действующие или могут быть приложены дефектные силы. , цвет чернил и цвет носителя должны быть такими, чтобы между последующей печатью создавался хороший оптический контраст. Предпочтительными чернилами являются « термоклеевые чернила.". То есть он будет принимать твердую фазу при температуре носителя и жидкую фазу при некоторой более высокой температуре. Диапазон коммерчески доступных составов чернил, которые могли бы удовлетворить требования изобретения, в настоящее время неизвестен. Однако удовлетворительная печать в соответствии с изобретением была достигнута с использованием в качестве краски проводящего металлического сплава, который чрезвычайно тверд при комнатной температуре и хорошо прилипает к поверхности носителя.

Основная проблема чернил для струйных принтеров заключается в противоречивых требованиях к красителю, который будет оставаться на поверхности, по сравнению с быстрым вытеканием через жидкость-носитель. ^[9]

Настольные струйные принтеры, используемые в офисах и домах, обычно используют водные чернила ^[9] на основе смеси воды, гликоля и красителей или пигментов . Эти чернила недороги в производстве, но их трудно контролировать на поверхности носителя, часто требуются носители со специальным покрытием. Чернила HP содержат сульфированный полиазовый черный краситель (обычно используемый для окрашивания кожи ), нитраты и другие соединения. ^[9] Водные чернила в основном используются в принтерах с термоструйными головками, так как этим головкам требуется вода для выполнения функции удаления чернил.

Хотя водные чернила часто обеспечивают самую широкую цветовую гамму и наиболее яркие цвета, большинство из них не являются водонепроницаемыми без специального покрытия или ламинирования после печати. Большинство красок на основе красителей, хотя и являются наименее дорогими, быстро выцветают под воздействием света или озона. Чернила на основе пигментов на водной основе обычно более дороги, но обеспечивают гораздо лучшую долговечность и стойкость к ультрафиолету . Чернила, которые продаются как « архивные », обычно имеют пигментную основу.

Некоторые профессиональные широкоформатные принтеры используют водосодержащие чернила, но в большинстве профессионалов сегодня используется гораздо более широкий спектр чернил, для большинства из которых требуются пьезоструйные головки и обширное обслуживание.

Сольвентные чернила

Основным ингредиентом этих чернил являются летучие органические соединения (ЛОС) , органические химические соединения, которые имеют высокое давление пара . Цвет достигается с помощью пигментов, а не красителей, что обеспечивает превосходную стойкость к выцветанию. Основное преимущество сольвентных чернил заключается в том, что они сравнительно недороги и позволяют печатать на гибких виниловых подложках без покрытия , которые используются для производства автомобильной графики, рекламных щитов, баннеров и наклеек. К недостаткам можно отнести пар, выделяемый растворителем, и необходимость утилизировать использованный растворитель. В отличие от большинства чернил на водной основе, отпечатки, сделанные с использованием чернил на основе растворителей, обычно водонепроницаемы и устойчивы к ультрафиолету ( для использования вне помещений ) без специальных покрытий. ^[9]Высокая скорость печати многих сольвентных принтеров требует специального сушильного оборудования, обычно комбинации нагревателей и воздуходувок. Подложка обычно нагревается непосредственно до и после нанесения чернил на печатающие головки. Сольвентные чернила делятся на две подкатегории: твердые сольвентные чернила обеспечивают максимальную долговечность без специальных покрытий, но требуют специальной вентиляции области печати, чтобы избежать воздействия опасных паров, в то время как мягкие или «экологические» сольвентные чернила, хотя безопасны, как чернила на водной основе, предназначены для использования в закрытых помещениях без специальной вентиляции зоны печати. Мягкие сольвентные чернила быстро завоевали популярность в последние годы, поскольку их качество цвета и долговечность повысились, а стоимость чернил значительно снизилась.

УФ-отверждаемые чернила

Эти чернила состоят в основном из акриловых мономеров с пакетом инициатора. После печати чернила затвердевают.под воздействием сильного УФ-излучения. Чернила подвергаются воздействию УФ-излучения, где происходит химическая реакция, когда фотоинициаторы заставляют компоненты чернил сшиваться в твердое тело. Обычно для процесса отверждения используются ртутные лампы с закрытыми ставнями или УФ-светодиоды. Процессы отверждения с высокой мощностью в течение коротких периодов времени (микросекунды) позволяют отверждать чернила на термочувствительных подложках. УФ-чернила не испаряются, а затвердевают или затвердевают в результате этой химической реакции. Никакой материал не испаряется и не удаляется, что означает, что около 100% доставленного объема используется для окрашивания. Эта реакция происходит очень быстро, что приводит к мгновенному высыханию, в результате чего изображение полностью высыхает за считанные секунды. Это также обеспечивает очень быстрый процесс печати.В результате этой мгновенной химической реакции растворители не проникают в субстрат после того, как он снимается с принтера, что позволяет получать высококачественные отпечатки.^{[15] [16]} Преимущество УФ-отверждаемых чернил заключается в том, что они «высыхают», как только они затвердевают, их можно наносить на широкий спектр непокрытых материалов и они создают очень четкое изображение. Недостатки в том, что они дороги, требуют дорогих модулей закрепления в принтере, а затвердевшие чернила имеют значительный объем и поэтому дают небольшой рельеф на поверхности. Хотя в технологию вносятся улучшения, УФ-отверждаемые чернила из-за своего объема в некоторой степени подвержены растрескиванию при нанесении на гибкую основу. Таким образом, они часто используются в больших «планшетных» принтерах, которые печатают непосредственно на жестких носителях, таких как пластик, дерево или алюминий, где гибкость не имеет значения.

Краски для сублимации красителей

These inks contain special sublimation dyes and are used to print directly or indirectly on to fabrics which consist of a high percentage of polyester fibers. A heating step causes the dyes to sublimate into the fibers and create an image with strong color and good durability.

Solid ink

These inks consist mainly of waxy compounds which are heated past their melting point to enable printing, and which harden upon hitting the cooled substrate. Hot-melt inks^[9] are typically used for masking processes and are found in graphic printing.^[4][17] The earliest hot-melt ink was patented in 1971 by Johannes F Gottwald, US3596285A, Liquid Metal Recorder was intended for printing. The patent states "As used herein the term "printing" is not intended in a limited sense but includes writing or other symbol or pattern formulation with an ink. The term ink as used is intended to include not only dye or pigment-containing materials, but any flowable substance or composition suited for application to surface for forming symbols, characters or patterns of intelligence by marking. The materials employed in such process can be salvaged for reuse. Another object of the invention is to increase the size of characters.....in terms of material requirements for such large and continuous displays".

Printing heads[edit]

There are two main design philosophies in inkjet head design: fixed-head and disposable head. Each has its own strengths and weaknesses.

Fixed head[edit]

The fixed-head philosophy provides an inbuilt print head (often referred to as a gaiter-head) that is designed to last for the life of the printer. The idea is that because the head need not be replaced every time the ink runs out, consumable costs can be made lower and the head itself can be more precise than a cheap disposable one, typically requiring no calibration. On the other hand, if a fixed head is damaged, obtaining a replacement head can become expensive, if removing and replacing the head is even possible. If the printer's head cannot be removed, the printer itself will then need to be replaced.

Fixed head designs are available in consumer products, but are more likely to be found on industrial high-end printers and large format plotters. In the consumer space, fixed-head printers are manufactured primarily by Epson and Canon; however, many more recent Hewlett-Packard models use a fixed-head, such as the Officejet Pro 8620 and HP's Pagewide series^[18]

Disposable head[edit]

The disposable head philosophy uses a print head which is supplied as a part of a replaceable ink cartridge. Every time a cartridge is exhausted, the entire cartridge and print head are replaced with a new one. This adds to the cost of consumables and makes it more difficult to manufacture a high-precision head at a reasonable cost, but also means that a damaged or clogged print head is only a minor problem: the user can simply buy a new cartridge. Hewlett-Packard has traditionally favoured the disposable print head, as did Canon in its early models. This type of construction can also be seen as an effort by printer manufacturers to stem third party ink cartridge assembly replacements, as these would-be suppliers don't have the ability to manufacture specialized print heads.

An intermediate method does exist: a disposable ink tank connected to a disposable head, which is replaced infrequently (perhaps every tenth ink tank or so). Most high-volume Hewlett-Packard inkjet printers use this setup, with the disposable print heads used on lower volume models. A similar approach is used by Kodak, where the printhead intended for permanent use is nevertheless inexpensive and can be replaced by the user. Canon now uses (in most models) replaceable print heads which are designed to last the life of the printer, but can be replaced by the user should they become clogged.

Additive manufacturing 3D printheads have very long operating "print times" and failures will occur from internal clogs, orifice damage from bumping obstacles on the print table, calibration failures from overstressed piezoelectric bond life failures and other unexpected causes. Replacement printheads are on spare parts lists for most long use-life 3D printers.

Cleaning mechanisms[edit]

The primary cause of inkjet printing problems is ink drying on the printhead's nozzles, causing the pigments and dyes to dry out and form a solid block of hardened mass that plugs the microscopic ink passageways. Most printers attempt to prevent this drying from occurring by covering the printhead nozzles with a rubber cap when the printer is not in use. Abrupt power losses, or unplugging the printer before it has capped the printhead, can cause the printhead to be left in an uncapped state. Even when the head is capped, this seal is not perfect, and over a period of several weeks the moisture (or other solvent) can still seep out, causing the ink to dry and harden. Once ink begins to collect and harden, the drop volume can be affected, drop trajectory can change, or the nozzle can completely fail to jet ink.

To combat this drying, nearly all inkjet printers include a mechanism to reapply moisture to the printhead. Typically there is no separate supply of pure ink-free solvent available to do this job, and so instead the ink itself is used to remoisten the printhead. The printer attempts to fire all nozzles at once, and as the ink sprays out, some of it wicks across the printhead to the dry channels and partially softens the hardened ink. After spraying, a rubber wiper blade is swept across the printhead to spread the moisture evenly across the printhead, and the jets are again all fired to dislodge any ink clumps blocking the channels.

Some printers use a supplemental air-suction pump, using the rubber capping station to suck ink through a severely clogged cartridge. The suction pump mechanism is frequently driven by the page feed stepper motor: it is connected to the end of the shaft. The pump only engages when the shaft turns backwards, hence the rollers reversing while head cleaning. Due to the built-in head design, the suction pump is also needed to prime the ink channels inside a new printer, and to reprime the channels between ink tank changes.

Professional solvent- and UV-curable ink wide-format inkjet printers generally include a "manual clean" mode that allows the operator to manually clean the print heads and capping mechanism and to replace the wiper blades and other parts used in the automated cleaning processes. The volume of ink used in these printers often leads to "overspray" and therefore buildup of dried ink in many places that automated processes are not capable of cleaning.

The ink consumed in the cleaning process needs to be collected to prevent ink from leaking in the printer. The collection area is called the spittoon, and in Hewlett Packard printers this is an open plastic tray underneath the cleaning/wiping station. In Epson printers, there is typically a large absorption pad in a pan underneath the paper feed platen. For printers several years old, it is common for the dried ink in the spittoon to form a pile that can stack up and touch the printheads, jamming the printer. Some larger professional printers using solvent inks may employ a replaceable plastic receptacle to contain waste ink and solvent which must be emptied or replaced when full.

There is a second type of ink drying that most printers are unable to prevent. For ink to spray from the cartridge, air must enter to displace the removed ink. The air enters via an extremely long, thin labyrinth tube, up to 10 cm long, wrapping back and forth across the ink tank. The channel is long and narrow to reduce moisture evaporation through the vent tube, but some evaporation still occurs and eventually the ink cartridge dries up from the inside out. To combat this problem, which is especially acute with professional fast-drying solvent inks, many wide-format printer cartridge designs contain the ink in an airtight, collapsible bag that requires no vent. The bag merely shrinks until the cartridge is empty.

The frequent cleaning conducted by some printers can consume quite a bit of ink and has a great impact on cost-per-page determinations.

Clogged nozzles can be detected by printing a standard test pattern on the page. Some software workaround methods are known for re-routing printing information from a clogged nozzle to a working nozzle.^{[citation needed]}

Ink delivery developments[edit]

Ink cartridges have been the traditional method for delivering ink to the printhead. Continuous ink system (CISS) inkjet printers connect the printhead either to high-capacity ink tanks or packs, or replenish the built-in cartridges via external tanks connected via tubes, typically a retrofit configuration. Supertank printers–a subset of CISS printers–have high-capacity integrated ink tanks or ink packs, and are manually refilled via ink bottles. When supertank ink systems are paired with disposable printhead technology, replaceable cartridges are used to replace the exhausted print heads.

Advantages[edit]

Compared to earlier consumer-oriented color printers, inkjet printers have a number of advantages. They are quieter in operation than impact dot matrix or daisywheel printers. They can print finer, smoother details through higher resolution. Consumer inkjet printers with photographic-quality printing are widely available.

In comparison to technologies like thermal wax, dye sublimation, and laser printing, inkjets have the advantage of practically no warm up time, and often lower cost per page. However, low-cost laser printers can have lower per-page costs, at least for black-and-white printing, and possibly for color.

For some inkjet printers, monochrome ink sets are available either from the printer manufacturer or from third-party suppliers. These allow the inkjet printer to compete with the silver-based photographic papers traditionally used in black-and-white photography, and provide the same range of tones: neutral, "warm" or "cold". When switching between full-color and monochrome ink sets, it is necessary to flush out the old ink from the print head with a cleaning cartridge. Special software or at least a modified device driver are usually required, to deal with the different color mapping.

Some types of industrial inkjet printers are now capable of printing at very high speeds, in wide formats, or for a variety of industrial applications ranging from signage, textiles, ceramics and 3-D printing into biomedical applications and conductive circuitry. Leading companies and innovators in hardware include HP, Epson, Canon, Konica Minolta, FujiFilm, EFi, Durst, Brother, Roland, Mimaki, Mutoh and many others worldwide.

Disadvantages[edit]

This article's Criticism or Controversy section may compromise the article's neutral point of view of the subject. Please integrate the section's contents into the article as a whole, or rewrite the material. (August 2012)

Many "intelligent" ink cartridges contain a microchip that communicates the estimated ink level to the printer; this may cause the printer to display an error message, or incorrectly inform the user that the ink cartridge is empty. In some cases, these messages can be ignored, but some inkjet printers will refuse to print with a cartridge that declares itself empty, to prevent consumers from refilling cartridges. For example, Epson embeds a chip which prevents printing when the chip claims the cartridge is empty, although a researcher who over-rode the system found that in one case he could print up to 38% more good quality pages, even though the chip stated that the cartridge was empty.^[19] Third-party ink suppliers sell ink cartridges at significant discounts (at least 10–30% off OEM cartridge prices, sometimes up to 95%, typically averaging around 50%)^{[citation needed]}, and also bulk ink and cartridge self-refill kits at even lower prices. Many vendors' "intelligent" ink cartridges have been reverse-engineered. It is now possible to buy inexpensive devices to reliably reset such cartridges to report themselves as full, so that they may be refilled many times.

The very narrow inkjet nozzles are prone to clogging. The ink consumed cleaning them—either during cleaning invoked by the user, or in many cases, performed automatically by the printer on a routine schedule—can account for a significant proportion of the ink used in the machine. Inkjet printing head nozzles can be cleaned using specialized solvents; or by soaking in warm distilled water for short periods of time, for water-soluble inks.

The high cost of OEM ink cartridges and the intentional obstacles to refilling them have been addressed by the growth of third-party ink suppliers. Many printer manufacturers discourage customers from using third-party inks, stating that they can damage the print heads due to not being the same formulation as the OEM inks, cause leaks, and produce inferior-quality output (e.g. of incorrect color gamut). Consumer Reports has noted that some third-party cartridges may contain less ink than OEM cartridges, and thus yield no cost savings,^[20] while Wilhelm Imaging Research claims that with third-party inks the lifetime of prints may be considerably reduced.^[21] However, an April 2007 review showed that, in a double-blind test, reviewers generally preferred the output produced using third-party ink over OEM ink.^{[citation needed]} In general, OEM inks have undergone significant system reliability testing with the cartridge and print-head materials, whereas R&D efforts on third-party ink material compatibility are likely to be significantly less. Some inkjet manufacturers have tried to prevent cartridges being refilled using various schemes including fitting chips to the cartridges that log how much the cartridge has printed and prevent the operation of a refilled cartridge.

The warranty on a printer may not apply if the printer is damaged by the use of non-approved supplies. In the US the Magnuson–Moss Warranty Act is a federal law which states that warrantors cannot require that only brand name parts and supplies be used with their products, as some printer manufacturers imply. However, this would not apply if non-approved items cause damage. In the UK, a printer manufacturer cannot lawfully impose such conditions as part of its warranty (Regina Vs Ford Motor Company refers) although many attempt to do so illegally. As long as the product used was sold as being for the printer it was used in, then the sale of goods act applies, and anything so sold must be "of merchandisable quality and fit for purpose". Moreover, under UK law, it is the retailer and not the manufacturer that is legally liable, for 2 years on electrically operated items specifically, and as such the retailer is where one would seek redress.^[22]

Durability[edit]

Inkjet documents can have poor to excellent archival durability, depending on the quality of the inks and paper used. If low-quality paper is used, it can yellow and degrade due to residual acid in the untreated pulp; in the worst case, old prints can literally crumble into small particles when handled. High-quality inkjet prints on acid-free paper can last as long as typewritten or handwritten documents on the same paper.

Because the ink used in many low-cost consumer inkjets is water-soluble, care must be taken with inkjet-printed documents to avoid even the smallest drop of moisture, which can cause severe "blurring" or "running". In extreme cases, even sweaty fingertips during hot humid weather could cause low-quality inks to smear. Similarly, water-based highlighter markers can blur inkjet-printed documents and discolor the highlighter's tip. The lifetime of inkjet prints produced using aqueous inks is generally shorter (although UV-resistant inks are available) than those produced with solvent-based inkjets; however, so-called "archival inks" have been produced for use in aqueous-based machines which offer extended life.

In addition to smearing, gradual fading of many inks can be a problem over time. Print lifetime is highly dependent on the quality and formulation of the ink. The earliest inkjet printers, intended for home and small office applications, used dye-based inks. Even the best dye-based inks are not as durable as pigment-based inks, which are now available for many inkjet printers. Many inkjet printers now utilize pigment based inks which are highly water resistant: at least the black ink is often pigment-based. Resin or silicone protected photopaper is widely available at low cost, introducing complete water and mechanical rub resistance for dye and pigment inks. The photopaper itself must be designed for pigment or for dye inks, as pigment particles are too large to be able to penetrate through dye-only photopaper protection layer.

The highest-quality inkjet prints are often called "giclée" prints, to distinguish them from less-durable and lower-cost prints. However, the use of the term is no guarantee of quality, and the inks and paper used must be carefully investigated before an archivist can rely on their long-term durability.

To increase the durability of inkjet printer prints, more attention is needed for the inkjet ink cartridge. One way to treat ink cartridges on an inkjet printer is to maintain the temperature of the printer itself. Excessive variation in space temperature is very bad for printer ink cartridges. The user should prevent the printer becoming too hot or too chilly as the cartridges can dry up. For lasting printer efficiency, the user should ensure the area has a regular and steady temperature level.^{[citation needed]}

Operating cost tradeoffs[edit]

Inkjets use solvent-based inks which have much shorter expiration dates compared to laser toner, which has an indefinite shelf life.^{[citation needed]} Inkjet printers tend to clog if not used regularly, whereas laser printers are much more tolerant of intermittent use.^{[citation needed]} Inkjet printers require periodical head cleaning, which consumes a considerable amount of ink, and will drive printing costs higher especially if the printer is unused for long periods.

If an inkjet head becomes clogged, third-party ink solvents/head cleaners and replacement heads are available in some cases. The cost of such items may be less expensive compared to a transfer unit for a laser printer, but the laser printer unit has a much longer lifetime between required maintenance. Many inkjet printer models now have permanently installed heads, which cannot be economically replaced if they become irreversibly clogged, resulting in scrapping of the entire printer. On the other hand, inkjet printer designs which use a disposable printhead usually cost significantly more per page than printers using permanent heads.^{[citation needed]} By contrast, laser printers do not have printheads to clog or replace frequently, and usually can produce many more pages between maintenance intervals.

Inkjet printers have traditionally produced better quality output than color laser printers when printing photographic material. Both technologies have improved dramatically over time, although the best quality giclee prints favored by artists use what is essentially a high-quality specialized type of inkjet printer.

Business model[edit]

A common business model for inkjet printers involves selling the actual printer at or below production cost, while dramatically marking up the price of the (proprietary) ink cartridges (a profit model called "Freebie marketing"). Most current inkjet printers attempt to enforce this product tying by anticompetitive measures such as microchips in the cartridges to hinder the use of third-party or refilled ink cartridges. The microchips monitor usage and report the ink remaining to the printer. Some manufacturers also impose "expiration dates". When the chip reports that the cartridge is empty (or out of date) the printer stops printing. Even if the cartridge is refilled, the microchip will indicate to the printer that the cartridge is depleted. For many models (especially from Canon), the 'empty' status can be overridden by entering a 'service code' (or sometimes simply by pressing the 'start' button again). For some printers, special circuit "flashers" are available that reset the quantity of remaining ink to the maximum.^[23][24]

Some manufacturers, most notably Epson and Hewlett Packard, have been accused of indicating that a cartridge is depleted while a substantial amount of ink remains.^[25][26] A 2007 study found that most printers waste a significant quantity of ink when they declare a cartridge to be empty. Single-ink cartridges were found to have on average 20% of their ink remaining, though actual figures range from 9% to 64% of the cartridge's total ink capacity, depending on the brand and model of printer.^[27] This problem is further compounded with the use of one-piece multi-ink cartridges, which are declared empty as soon as one color runs low. Of great annoyance to many users are those printers that will refuse to print documents requiring only black ink, just because one or more of the color ink cartridges is depleted.

In recent years, many consumers have begun to challenge the business practices of printer manufacturers, such as charging up to US$8,000 per gallon (US$2,100 per liter) for printer ink. Alternatives for consumers are cheaper copies of cartridges, produced by third parties, and the refilling of cartridges, using refill kits. Due to the large differences in price caused by OEM markups, there are many companies selling third-party ink cartridges. Most printer manufacturers discourage refilling disposable cartridges or using aftermarket copy cartridges, and say that use of incorrect inks may cause poor image quality due to differences in viscosity, which can affect the amount of ink ejected in a drop, and color consistency, and can damage the printhead. Nonetheless, the use of alternative cartridges and inks has been gaining in popularity, threatening the business model of printer manufacturers. Printer companies such as HP, Lexmark, and Epson have used patents and the DMCA to launch lawsuits against third-party vendors.^[28][29] An anti-trust class-action lawsuit was launched in the US against HP and office supply chain Staples, alleging that HP paid Staples $100 million to keep inexpensive third-party ink cartridges off the shelves.^[30]

In Lexmark Int'l v. Static Control Components, the United States Court of Appeals for the Sixth Circuit ruled that circumvention of this technique does not violate the Digital Millennium Copyright Act.^[31] The European Commission^{[citation needed]} also ruled this practice anticompetitive: it will disappear in newer models sold in the European Union.^[32] While the DMCA case dealt with copyright protection, companies also rely on patent protection to prevent copying and refilling of cartridges. For example, if a company devises all of the ways in which their microchips can be manipulated and cartridges can be refilled and patents these methods, they can prevent anyone else from refilling their cartridges^{[citation needed]}. Patents protecting the structure of their cartridges prevent the sale of cheaper copies of the cartridges. For some printer models (notably those from Canon) the manufacturer's own microchip can be removed and fitted to a compatible cartridge thereby avoiding the need to replicate the microchip (and risk prosecution). Other manufacturers embed their microchips deep within the cartridge in an effort to prevent this approach.

In 2007 Eastman Kodak entered the inkjet market with its own line of All-In-One printers based on a marketing model that differed from the prevailing practice of selling the printer at a loss while making large profits on replacement ink cartridges. Kodak claimed that consumers could save up to 50 percent on printing by using its lower cost cartridges filled with the company's proprietary pigmented colorants while avoiding the potential problems associated with off-brand inks.^[33] This strategy proved unsuccessful and Kodak exited the consumer inkjet printer business in 2012.

Printer types[edit]

Professional models[edit]

In addition to the widely used small inkjet printers for home and office, there are professional inkjet printers, some for "page-width" format printing and many for wide format printing. Page-width format means that the print width ranges from about 8.5–37 in (22–94 cm). "Wide format" means print width ranging from 24" up to 15' (about 60 cm to 5 m). The most common application of page-width printers is in printing high-volume business communications that do not need high-quality layout and color. Particularly with the addition of variable data technologies, the page-width printers are important in billing, tagging, and individualized catalogs and newspapers. The application of most wide format printers is in printing advertising graphics; a lower-volume application is printing of design documents by architects or engineers. But nowadays, there are inkjet printers for digital textile printing up to 64" wide with good high definition image of 1440×720 dpi.^[34]

Another specialty application for inkjets is producing prepress color proofs for printing jobs created digitally. Such printers are designed to give accurate color rendition of how the final image will look (a "proof") when the job is finally produced on a large volume press such as a four-colour offset lithography press. An example is an Iris printer, whose output is what the French term giclée was coined for.

The largest-volume supplier is Hewlett-Packard, which supplis over 90 percent of the market for printers for printing technical drawings. The major products in their Designjet series are the Designjet 500/800, the Designjet T Printer series (including the T1100 and T610), the Designjet 1050 and the Designjet 4000/4500. They also have the HP Designjet 5500, a six-color printer that is used especially for printing graphics as well as the new Designjet Z6100 which sits at the top of the HP Designjet range and features an eight colour pigment ink system.

Epson, Kodak, and Canon also manufacture wide-format printers, sold in much smaller numbers than standard printers. Epson has a group of three Japanese companies around it that predominantly use Epson piezo printheads and inks: Mimaki, Roland, and Mutoh.

Scitex Digital Printing developed high-speed, variable-data, inkjet printers for production printing, but sold its profitable assets associated with the technology to Kodak in 2005 who now market the printers as Kodak Versamark VJ1000, VT3000, and VX5000 printing systems. These roll-fed printers can print at up to 1000 feet per minute.

Professional high-volume inkjet printers are made by a range of companies. These printers can range in price from US$35,000 to $2 million. Carriage widths on these units can range from 54" to 192" (about 1.4 to 5 m), and ink technologies have tended toward solvent, eco-solvent, and UV-curing with a more recent focus toward water-based (aqueous) ink sets. Major applications where these printers are used are for outdoor settings for billboards, truck sides and truck curtains, building graphics and banners, while indoor displays include point-of-sales displays, backlit displays, exhibition graphics, and museum graphics.

The major suppliers for professional high-volume, wide- and grand-format printers include: EFI,^[35] LexJet, Grapo, Inca, Durst, Océ, NUR (now part of Hewlett-Packard), Lüscher, VUTEk, Scitex Vision (now part of Hewlett-Packard), Mutoh, Mimaki, Roland DG, Seiko I Infotech, IQDEMY, Leggett and Platt, Agfa, Raster Printers, DGI and MacDermid ColorSpan (now part of Hewlett-Packard), swissqprint, SPGPrints (formerly Stork Prints), MS Printing Systems and Digital Media Warehouse.^[36]

SOHO multifunction inkjet photo printers[edit]

SOHO multifunction inkjet printers for photo printing use up to 6 different inks:

• Canon: cyan, yellow, magenta, black, pigment black, gray. 1 pl thermal.^[37]
• Epson: cyan, yellow, magenta, light cyan, light magenta, black. 1.5 pl piezo variable. Also with A3 paper printing,^[38] or FAX and duplex ADF.^[39]

Professional inkjet photo printers[edit]

Inkjet printers for professional photo printing use up to twelve different inks:

• Canon: photo magenta, photo cyan, yellow, magenta, cyan, red, photo black, matte black, grey, plus either blue, photo gray, and one chroma optimiser for black density and uniform glossiness,^[40] or light gray, dark gray and one chroma optimiser,^[41] or green, blue, and photo gray.^[42] 4 pl thermal.
• Epson (10 colors from 12): vivid magenta, yellow, cyan, orange, green, vivid light magenta, light cyan, light black, matte black or photo black, plus an irreversible choice of either light light gray or violet (V not for photo).^[43] 3.5 pl piezo variable.
• HP: magenta, yellow, red, green, blue, light magenta, light cyan, gray, light gray, matte black, photo black, and one gloss enhancer.^{[citation needed]} 4 pl thermal.

They can print an image of 36 megapixels on A3 borderless photo paper with 444 ppi.^[44]

Other uses[edit]

U.S. Patent 6,319,530 describes a "Method of photocopying an image onto an edible web for decorating iced baked goods". In other words, this invention enables one to inkjet print a food-grade color photograph on a birthday cake's surface. Many bakeries now carry these types of decorations, which are printable using edible inks and dedicated inkjet printers.^{[citation needed]} Edible ink printing can be done using normal home use inkjet printers like Canon Bubble Jet printers with edible ink cartridges installed, and using rice paper or frosting sheets.^{[citation needed]}

Inkjet printers and similar technologies are used in the production of many microscopic items. See Microelectromechanical systems.

Inkjet printers are used to form conductive traces for circuits, and color filters in LCD and plasma displays.

Inkjet printers, especially models produced by Dimatix (now part of Fujifilm), Xennia Technology and Pixdro, are in fairly common use in many labs around the world for developing alternative deposition methods that reduce consumption of expensive, rare, or problematic materials. These printers have been used in the printing of polymer, macromolecular, quantum dot, metallic nanoparticles, and carbon nanotubes. The applications of such printing methods include organic thin-film transistors, organic light emitting diodes, organic solar cells, and sensors.^[45][46]

Inkjet technology is used in the emerging field of bioprinting. They are also used for the production of OLED displays.^[47]

See also[edit]

• Edgeline printing
• Inkjet solar cells
• Inkjet technology
• Inkjet transfer
• Intelligent Interweaving technology
• ISO Standards for colour ink jet printers
• Memjet
• Microfluidics
• Society for Imaging Science and Technology
• Tonejet
• UV pinning
• Water-jet printer

References[edit]

Further reading[edit]

• Hutchings, Ian M.; Martin, Graham D., eds. (December 2012). Inkjet Technology for Digital Fabrication. Cambridge: Wiley. ISBN 978-0-470-68198-5.

External links[edit]

Wikimedia Commons has media related to Inkjet printing and Inkjet printers.

• Inkjet printing, information video from the University of Sheffield
• ScanSnap iX500 Driver, information article from the Printer Scanner
• Konica Minolta Bizhub c258 Driver, information article from the Konica Minolta Driver
• Kyocera TASKalfa 3051ci, information article from the Kyocera Driver