【深圳越达】喷墨打印机工作原理

trendystore35 · 发表于 2009-8-29 13:11:38

一：喷墨打印机按工作原理可分为固体喷墨和液体喷墨两种（现在又以后者更为常见），而液体喷墨方式又可分为气泡式（canon和hp）与液体压电式（epson）。气泡技术（bubble jet）是通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上的。与此相似，hp采用的热感应式喷墨技术（thermal inkjet technology）是利用一个薄膜电阻器，在墨水喷出区中将小于0.5 %的墨水加热，形成一个汽泡。这个汽泡以极快的速度（小于10微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴喷出。汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。接着表面张力会产生吸力，拉引新的墨水去补充到墨水喷出区中。热感应式喷墨技术，便是由这样一个整合的循环技术程序所架构出来的。而在压电式喷墨技术中，墨水是由一个和热感应式喷墨技术类似的喷嘴所喷出，但是墨滴的形成方式是藉由缩小墨水喷出的区域来形成。而喷出区域的缩小，是藉由施加电压到喷出区内一个或多个压电板来控制的。由于墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度的影响了打印质量，这都是它的不足之处。微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。它有着对墨滴控制能力强的特点，容易实现1440dpi的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。目前，爱普生、惠普、佳能三家公司生产的液态喷墨打印机代表了市场的主流产品
　　目前市场上常见的打印机有三大类：针式、喷墨和激光打印机。针式打印机已经过了辉煌期，逐渐步入黄昏；而激光打印机虽然价格在不断下降但和主流的彩喷相比还是有一定差距，而且如果要用彩色的话价格就又会高出好多。如此来看，喷墨打印机最近红透半边天的情况也就不足为怪了。
　　喷墨打印机是在针式打印机之后发展起来的，采用非打击的工作方式。比较突出的优点有体积小、操作简单方便、打印噪音低、使用专用纸张时可以打出和照片相媲美的图片等等。经过若干年的磨练，喷墨打印机的技术已经取得了长足地发展。想当初95年时，4000元左右一台的彩色喷墨打印机，打印出来的美女可以皮肤粗糙得象王二麻子一般。到现在，一千多元的彩色喷墨打印机却已经足够应付一般家庭所有需求了，即使是象摄影爱好者这样对图片质量要求很高的用户，也能在两千至三千多元的彩色喷墨打印机中找到比较理想的产品。
　　目前喷墨打印机按打印头的工作方式可以分为压电喷墨技术和热喷墨技术两大类型。按照喷墨的材料性质又可以分为水质料、固态油墨和液态油墨等类型的打印机。下面我们就分别加以阐述。
　　压电喷墨技术是将许多小的压电陶瓷放置到喷墨打印机的打印头喷嘴附近，利用它在电压作用下会发生形变的原理，适时地把电压加到它的上面。压电陶瓷随之产生伸缩使喷嘴中的墨汁喷出，在输出介质表面形成图案。
　　用压电喷墨技术制作的喷墨打印头成本比较高，所以为了降低用户的使用成本，一般都将打印喷头和墨盒作成分离的结构，更换墨水时不必更换打印头。这种技术由爱普生独创，因为打印头的结构比较合理可通过控制电压来有效调节墨滴的大小和使用方式，从而获得较高的打印精度和打印效果。它对墨滴的控制能力强，容易实现高精度的打印,现在1440dpi的超高分辨率就是由爱普生保持的。当然它也有缺点，假设使用过程中喷头堵塞了，无论是疏通或更换费用都比较高而且不易操作，搞不好整台打印机可能就报废了。目前采用压电喷墨技术的产品主要是爱普生公司的喷墨打印机。
　　热喷墨技术是让墨水通过细喷嘴，在强电场的作用下，将喷头管道中的一部分墨汁气化，形成一个气泡，并将喷嘴处的墨水顶出喷到输出介质表面，形成图案或字符。所以这种喷墨打印机有时又被称为气泡打印机。用这种技术制作的喷头工艺比较成熟成本也很低廉，但由于喷头中的电极始终受电解和腐蚀的影响，对使用寿命会有不少影响。所以采用这种技术的打印喷头通常都与墨盒做在一起，更换墨盒时即同时更新打印头。这样一来用户就不必再对喷头堵塞的问题太担心了。同时为降低使用成本，我们常常能看见给墨盒打针的情形（加注墨水）。在打印头刚刚打完墨水后，立即加注专用的墨水，只要方法得当，可以节约不少的耗材费用。
　　热喷墨技术的缺点是在使用过程中会加热墨水，而高温下墨水很容易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小很不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度的影响了打印质量，所以多数产品的打印效果还不如压电技术产品。
　　采用热喷墨技术的产品比较多，主要为佳能(Canon)和惠普(HP)等公司所使用。
　　固态喷墨打印机是TEKTRONIX（泰克）公司的专利技术。它所使用的变相墨在室温下是固态的，工作时将腊质的颜料块先加温溶化成液体，然后再按前面所述的喷墨方法工作。这类打印机的优点是颜料的耐水性能比较好，并且不存在打印头因墨水干涸而造成的堵塞问题。但采用固态油墨的打印机目前因生产成本比较高，产品比较少。
　　喷墨打印机分为机械和电路两大部分，我们主要来看看机械部分，它通常包括墨盒和喷头、清洗部分、字车机械、输纸机构和传感器等几个部分。墨盒和喷头有两种类型，一种是二合一的一体化结构，另一类是分离式结构。两种方式各有好处。清洗系统是喷头的维护装置。字车机械用于实现打印位置定位。输字机构提供纸张输送功能，运动时它必须和字车机械很好的配合才能完成全页的打印。而传感器是为检查打印机各部件工作状况而特设的。
　　为了方便大家对喷墨打印机有个较为全面的认识，我们特别把体现性能差别的主要性能指标归纳在了下面，供大家在购买时参考。
　　l、分辨率
　　DPI是业界衡量打印质量的一个重要标准。它本身表现了在每英寸的范围内喷墨打印机可打印的点数。单色打印时dpi值越高打印效果越好。而彩色打印时情况比较复杂。通常打印质量的好坏要受dpi值和色彩调和能力的双重影响。由于一般彩色喷墨打印机的黑白打印分辨率与彩色打印分辨率可能会有所不同，所以选购时一定要注意看商家告诉你的分辨率是哪一种分辨率，是否是最高分辨率。一般至少应选择在360DPI以上的喷墨打印机。
　　2、色彩调和能力　　对于使用彩色喷墨打印机的用户而言，打印机的色彩调和能力是个非常重要的指标。传统的喷墨打印机，在打印彩色照片时，若遇到过渡色，就会在三种基本颜色的组合中选取一种接近的组合来打印，即使加上黑色，这种组合一般也不能超过16种，对色阶的表达能力是难以令人满意的。
　　为了解决这个问题，早期的喷墨打印机又采用了调整喷点疏密程度的方法来表达色阶。但对于当时彩色分辨率只有300dpi左右的产品，调整疏密程度的结果是在过渡色效果很差，看上去会有很多斑点。现在的彩色喷墨打印机，一方面通过提高打印密度(分辨率)来使打印出来的点变细，从而使图变得更为细腻；另一方面，都在色彩调和方面改进技术，常见的有：增加色彩数量、改变喷出墨滴的大小、降低墨盒的基本色彩浓度等几种方法。其中增加色彩数量来得最为行之有效。目前通常是采用五色的彩色墨盒，加上原来的黑色墨盒，形成所谓的六色打印。这样一来排列组合得到的色彩组合数一下子提高了好多倍，效果改善自然非常明显。
　　改变喷出墨滴大小的原理是在打印中需要色彩浓度较高的地方用标准大小的墨滴喷出，而在需要色彩浓度较低的地方喷射小墨滴，同样实现了更多的色阶。而降低墨盒色彩浓度其实是在高色彩浓度的地方采用反复喷墨的方法来形成更多色阶。
　　3、打印速度　　喷墨打印机的打印速度一般以每分钟打印的页数（PPM：Page Per Minute）来统计。但因为每页的打印量并不完全一样，所以这个数字一定不会准确，只是一个平均数字。对于家用打印机，由于打印量一般不会太大，选购时可以不必特别注意打印速度。
　　4、打印驱动程序　　打印驱动程序是一个非常重要但又常被大家忽视的环节。许多先进的打印技术都和配套的打印技术有密切关系。请一定使用厂商原配的驱动程序，并随时注意更新。
　　5、打印幅面　　一般喷墨打印机的打印幅面有A4和A3两种。一般家庭用户使用A4幅面的就可以了
二：
喷墨打印机按工作原理可分为固体喷墨和液体喷墨两种（现在又以后者更为常见），而液体喷墨方式又可分为气泡式（canon和hp）与液体压电式（epson）。气泡技术（bubble jet）是通过加热喷嘴，使墨水产生气泡，喷到打印介质上的。与此相似，hp采用的热感应式喷墨技术（thermal inkjet technology）是利用一个薄膜电阻器，在墨水喷出区中将小于0.5 %的墨水加热，形成一个汽泡。这个汽泡以极快的速度（小于10微秒）扩展开来，迫使墨滴从喷嘴喷出。汽泡再继续成长数微秒，便消逝回到电阻器上。当汽泡消逝，喷嘴的墨水便缩回。接着表面张力会产生吸力，拉引新的墨水去补充到墨水喷出区中。热感应式喷墨技术，便是由这样一个整合的循环技术程序所架构出来的。而在压电式喷墨技术中，墨水是由一个和热感应式喷墨技术类似的喷嘴所喷出，但是墨滴的形成方式是藉由缩小墨水喷出的区域来形成。而喷出区域的缩小，是藉由施加电压到喷出区内一个或多个压电板来控制的。由于墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，一定程度的影响了打印质量，这都是它的不足之处。微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。它有着对墨滴控制能力强的特点，容易实现1440dpi的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。目前，爱普生、惠普、佳能三家公司生产的液态喷墨打印机代表了市场的主流产品.
1、连续式喷墨技术连续喷墨技术以电荷调制型为代表。这种喷墨打印原理是利用压电驱动装置对喷头中墨水加以固定压力，使其连续喷射。为进行记录，利用振荡器的振动信号激励射流生成墨水滴，并对其墨水滴大小和间距进行控制。由字符发生器、模拟调制器而来的打印信息对控制电报上电荷进行控制，形成带电荷和不带电荷的墨水滴，再由偏转电极来改变墨水滴的飞行方向，使需要打印的墨水滴飞行到纸面上，生成字符／图形纪录。不参与纪录的墨水滴由导管回收。对偏转电极而言，有的系统采用两对互相垂直的偏转电极，对墨水滴打印位置进行二维偏转型；有的系统对偏转电极采用多维控制，即多维偏转型。

这种连续循环的喷墨系统．能生成高速墨水滴，所以打印速度高，可以使用普通纸。不同的打印介质皆可获得高质量的打印结果，还易于实现彩色打印。但是，这种喷墨打印机的结构与随机式相比，比较复杂：对墨水需要加压装置，终端要有回收装置回收不参与纪录的。并且工作方式的效率不够高，而且不精确。现在采用这种技术的喷墨打印机已经极少见到。

2、随机式喷墨技术
随机式喷墨系统中墨水只在打印需要时才喷射，所以又称为按需式。它与连续式相比，结构简单，成本低，可靠性也高，但是，因受射流惯性的影响墨滴喷射速度低。在这种随机喷墨系统中，为了弥补这个缺点，不少随机式喷墨打印机采用了多喷嘴的方法来提高打印速度。

目前，随机式喷墨技术主要有微压电式和热气泡式两大类：

a．热气泡喷墨技术
喷墨打印机一般多采用热气泡喷墨技术，通过墨水在短时间内的加热、膨胀、压缩，将墨水喷射到打印纸上形成墨点，增加墨滴色彩的稳定性，实现高速度、高质量打印。由于除了墨滴的大小以外，墨滴的形状、浓度的一致性都会对图像质量产生重大影响，而墨水在高温下产生的墨点方向和形状均不容易控制，所以高精度的墨滴控制十分重要。热泡式喷墨打印的原理是将墨水装入到一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点。这样就生成了一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射到毛细管的顶端。停止加热，墨水冷却，导致蒸汽凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生蒸汽并生成一个墨滴。

b．微压电技术
微压电技术把喷墨过程中的墨滴控制分为3个阶段：在喷墨操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩；然后，元件产生一次较大的延伸，把墨滴推出喷嘴；在墨滴马上就要飞离喷嘴的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把墨水液面从喷嘴收缩。

这样，墨滴液面得到了精确控制，每次喷出的墨滴都有完美的形状和正确的飞行方向。

微压电式喷墨系统在装有墨水的喷头上设置换能器，换能器受打印信号的控制，从而控制墨水的喷射。根据微压电式喷墨系统换能器的工作原理及排列结构可分为：压电管型、压电薄膜型、压电薄片型等几种类型。

采用微电压的变化来控制墨点的喷射，不仅避免了热气泡喷墨技术的缺点，而且能够精确控制墨点的喷射方向和形状。压电式喷墨打印头在微型墨水贮存器的后部采用了一块压电晶体。对晶体施加电流，就会使它向内弹压。当电流中断时，晶体反弹回原来的位置，同时将一滴微量的墨水通过喷嘴射出去。当电流恢复时，晶体又向后外延拉，进入喷射下一滴墨水的准备状态。

这两种方法相比，热泡式打印头由于墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，在一定程度上影响了打印质量，这都是它的不足之处。微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。对墨滴控制能力较强，还将色点缩小许多，产生的墨点也没有慧尾，从而使打印的图像更清晰。容易实现高达1440dip的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。另外，压电式打印头被固定在打印机中，因此只需要更换墨盒就可以了。热泡式喷墨打印机需要在每个墨盒中安装喷墨嘴：这样会增加墨盒的成本。但压电式喷墨打印机的缺点是，如果压电打印头被损坏或者阻塞了，整台打印机都需要维修。
彩色喷墨打印机的作用是将计算机产生的彩色图像或来自扫描仪的彩色图像高质量地打印出来。在计算机里，图象上每一个点的色彩一般需要用一个24位的RGB（红／绿／蓝）信息存储起来，其中８位表示红色，８位表示绿色，８位表示蓝色。屏幕上的RGB颜色并不能直接打印出来，这是因为发光设备（例如计算机显示器）是通过一个使用红、绿、蓝三原色的附加过程产生色彩的，而色彩显示过程则是把各种波长的色彩以不同的比例迭加起来，进而产生各种不同的颜色，例如，没有光就产生黑屏，所有波长迭加在一起就产生白色。与此相反，反射设备（例如一张纸）通过负过程产生色彩，一张没有打印过的纸将反射所有波长组成的光，从而呈现出白色，彩色打印过程使用了青色／品红／黄色模式（CMY），吸收波长产生不同的色彩。青色墨水吸收红色波长，使打印出来的图像呈蓝绿色；类似地，品红墨水吸收绿色波长，使打印出来的图象呈蓝红色。计算机用RGB模式显示的页面必须用CMY模式打印，这就需要把色彩从RGB模式转换到CMY模式。此外，喷墨打印机上的每一个喷嘴都是二进位的，这也就是说，它只能够被打开或关闭。所以，除了从RGB模式到CMY模式的图像转换以外，图像信息还必须进一步转换成送到打印头的一系列开／关命令，其中包括青色开／关命令、品红色开／关命令和黄色开／关命令。对于双喷墨头（一个黑色打印墨盒+一个彩色打印墨盒）的打印机来说，还必须把一系列的黑色开／关的命令传送给打印机。当在CMY模式中增加了黑色时，这种模式就叫作CMYK模式，其中“K”就是指黑色。软件驱动程序通过 “色彩转换”和“半色调转换” 两个步骤把计算机图象从24位RGB表示转换成单色和彩色打印头所使用的4位CMYK命令。

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