Принтер как устройство вывода. Виды принтеров
Содержание
Введение
1. Принтеры ударного типа (impact printer)
1.1 Барабанные построчные принтеры
1.2 Матричные принтеры
2. Струйные принтеры
2.1 Печатающие устройства с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами
2.2 Печатающие устройства с термографическими исполнительными механизмами
2.3 Цветные струйные принтеры
3. Фотоэлектронные печатающие устройства
3.1 Лазерные принтеры
3.2 Светодиодные принтеры
3.3 Принтеры с жидкокристаллическим затвором
4. Принтеры других технологий
4.1 Твердые чернила
4.2 Сублимация красок
4.3 Термовоск
4.4 Термоавтохром
Заключение
Литература
Введение
Современный этап развития человеческой цивилизации характеризуется небывалой скоростью развития науки, техники и новых технологий, что принесло огромное количество новых знаний, которые необходимо как минимум учитывать, хранить и перерабатывать. Информационные потоки в обществе увеличиваются с каждым днем, и этот процесс носит лавинообразный характер. Развитие современного общества напрямую связано с ростом производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Информатизация охватывает все сферы, все отрасли общественной жизни, прочно входит в жизнь каждого человека, воздействует на его образ мышления и поведение.
По своему значению для развития общества информация приравнивается к важнейшим ресурсам наряду с сырьем и энергией. В развитых странах большинство работающих заняты не в сфере производства, а в той или иной степени занимаются обработкой информации. Поэтому философы называют современную эпоху постиндустриальной.
Вместе с тем можно отметить и новую тенденцию, заключающуюся во все большей информационной зависимости общества в целом и отдельного человека в частности. Именно поэтому в последнее время появились такие категории как "информационная политика", "информационная безопасность" и ряд других понятий, связанных с информацией. Это обстоятельство подчеркивает насколько важной является информация для современного общества.
1. Принтеры ударного типа (impact printer)
Принтер - устройство для вывода текстовой или графической информации на различные твердые носители. Представляет собой сложный электромеханический аппарат, обеспечивающий формирование изображения, продвижение носителя, подачу красителя и его закрепление на носителе. Существует несколько типов принтеров: матричные, струйные, лазерные, твердочернильные, термосублимационные и так далее. Каждую группу принтеров характеризуют свои отличительные черты, присущие только этому типу устройств вывода информации. Рассмотрим каждую из групп подробнее.
Принтеры ударного действия, или impact-принтеры, создают изображение путем механического давления на бумагу через ленту с красителем. В качестве ударного механизма применяются либо шаблоны символов (механизм печатающей машинки), либо иголки, конструктивно объединенные в матрицы.
1.1 Барабанные построчные принтеры
Первые модели печатающих устройств для вывода информации конструктивно представляли собой модернизированные варианты электрических пишущих машинок и применялись в 60 - 70-х годах в основном для диалогового ввода - вывода небольшого количества данных. Основным типом устройств для вывода массовой информации в то время были построчные печатающие устройства барабанного типа, использующие механизм, состоящий из символьного барабана, красящей ленты, системы продвижения перфорированной бумажной ленты (обычно рулонной либо сфальцованной в стопу) и ударных пуассонов. На символьном барабане размещены выпуклые изображения символов (обычно строками по 120 одинаковых символов). При вращении барабана символы проходят между бумагой, красящей лентой и пуассоном. Удар пуассона, синхронизированный с прохождением требуемого символа, оставляет на бумаге отпечаток. Таким образом, одна строка печатается за один оборот символьного барабана, что обеспечивает весьма высокое быстродействие (5 - 20 строк в секунду).
Следующим этапом совершенствования принтеров ударного типа можно считать типовые принтеры. Печатающая головка типового принтера или типовой диск представляет собой пластмассовый диск со спицами, на концах которых располагаются прямоугольные пластинки с нанесенными в виде штемпелей типами в виде букв, цифр и знаков препинания. Типовой диск, приводимый в движение шаговым двигателем, вращается до тех пор, пока желаемый знак не окажется точно перед ударником. При срабатывании ударника производится печать символа через красящую ленту. Типовой принтер обеспечивает достаточно хорошее изображение знаков, но при этом невысокую скорость печати - от 30 до 40 знаков в секунду, не универсален в смысле изменения шрифтов и не позволяет выводить графическую информацию.
1.2 Матричные принтеры
В матричных принтерах (dot matrix printer) изображение формируется иголками, расположенными в головке принтера, и активизируется электромагнитным методом. Каждая ударная иголка приводится в движение независимым электромеханическим преобразователем на основе соленоида. Головка двигается по горизонтальной направляющей и управляется шаговым двигателем. Печать выполняется как при прямом, так и при обратном проходе печатающей головки. Бумага продвигается с помощью вала, а между бумагой и головкой принтера располагается красящая лента. У большинства моделей принтеров красящая лента заключена в специальный пластмассовый корпус, называемый картриджем, который различается по величине и форме для различных моделей. Красящая лента находится внутри корпуса картриджа в виде бесконечной ленты Мебиуса.
Качество печати матричных принтеров определяется количеством иголок в печатающей головке. В головке 9-игольчатого принтера находятся 9 иголок, которые располагаются вертикально в один ряд. Диаметр одной иголки около 0,2 мм. Благодаря горизонтальному движению головки принтера и активизации отдельных иголок напечатанный знак образует как бы матрицу, причем отдельные буквы, цифры и знаки "заложены" внутри принтера в виде бинарных кодов. Для улучшения качества печати каждая строка пропечатывается два раза, при этом увеличивается время процесса печати и имеется возможность смещения при втором проходе отдельных точек, составляющих знаки. Качество печати 9-игольчатых принтеров оставляет желать лучшего, но для распознавания букв этого достаточно. Дальнейшим развитием 9-игольчатого принтера являлся 18-игольчатый, который имел два ряда по девять иголок. В 24-игольчатом принтере, ставшим современным стандартом матричных принтеров, иголки располагаются в два ряда по двенадцать штук так, что они в соседних рядах сдвинуты по вертикали. За счет этого точки при печати изображений перекрываются. В 24-игольчатых принтерах имеется возможность перемещения головки дважды по одной и той же строке, что обеспечивает печать на уровне машинописного качества LQ (Letter Quality).
Разновидностью принтеров ударного действия является строчный принтер, у которого печатающая головка выполнена в виде планки, укомплектованной иголками по всей длине. Таким образом, при печати изображения матрица, соответствующая строке, полностью переносится на бумагу. За счет того, что строка печатается целиком за один раз, такие принтеры обеспечивают скорость печати до 20 страниц в минуту.
Некоторые модели 24-игольчатых матричных принтеров обладают возможностью цветной печати за счет использования многоцветной красящей ленты, при этом микропроцессор принтера формирует сигналы для управления иглами печатающей головки принтера в соответствии с таблицей цветности. Достигаемое при этом качество цветной печати значительно уступает качеству печати струйного принтера, но является вполне приемлемым для печати деловой графики (таблиц, диаграмм и так далее).
К числу несомненных преимуществ матричных принтеров относится возможность печати одновременно нескольких копий документа с использованием копировальной бумаги. Существуют специальные матричные принтеры для одновременной печати пяти и более экземпляров, которые предназначены для эксплуатации в промышленных условиях и могут печатать на карточках, сберегательных книжках и других носителях из плотного материала. Кроме того, многие матричные принтеры оборудованы стандартными направляющими для обеспечения печати в рулоне и механизмом автоматической подачи бумаги, с помощью которого принтер самостоятельно заправляет новый лист.
Достоинствами матричных принтеров являются:
дешевизна расходных материалов;
долговечность работы;
низкая себестоимость печати;
относительная дешевизна матричных принтеров формата А3
Матричные принтеры обеспечивают скорость печати до 400 знаков в секунду, обладают разрешением 360 х 360 точек на дюйм, оборудованы оперативной памятью небольшого объема - порядка 64 - 128 Кбайт.
Существенным недостатком матричных принтеров является шум, который достигает 58 дБ. Для устранения этого недостатка в отдельных моделях предусмотрен так называемый тихий режим, однако такое понижение шума приводит к снижению скорости печати в два раза. Другое направление борьбы с шумом матричных принтеров связано с использованием специальных звуконепроницаемых кожухов.
2. Струйные принтеры
Главным элементом струйного принтера является печатающая головка, состоящая из сопел, к которым подводятся чернила. Число сопел находится в диапазоне от 16 до 64, а иногда достигает нескольких сотен. Чернила подаются к соплам за счет капиллярных свойств и удерживаются от вытекания за счет сил поверхностного натяжения жидкости. В головку встроен специальный механизм, позволяющий выбрасывать из сопла микроскопическую капельку чернил. Печатающая головка при печати перемещается поступательно слева направо, отпечатав строку, перемещается вниз по листу. Работают эти принтеры практически бесшумно. В зависимости от устройства этого механизма различают принадлежность принтера к тому или иному классу.
Лорд Рейли, лауреат Нобелевсокй премии по физике, сделал свои фундаментальные открытия в области распада струй жидкости и формирования капель еще в XIX веке, однако датой рождения технологии струйной печати можно считать только 1948 год, когда шведская фирма Siemens Elema запатентовала заявку на устройство, работающее как гальванометр, но оборудованное не измерительной стрелкой, а распылителем, с помощью которого регистрировались результаты измерений. Разработчики воспользовались закономерностью, выявленной лордом Рейли: струя жидкости стремится распасться на отдельные капли. Нужно откорректировать случайный процесс распада, накладывая с помощью пьезоэлектрического преобразования высокочастотные колебания на струю красителя, выбрасываемую под высоким давлением. Таким способом может выбрасываться до 106 капель в секунду, размеры которых зависят от формы распылителей, а скорость достигает 40 м/с. Благодаря высокой скорости полета капель допускается использовать поверхности с сильными неровностями и в зависимости от требований к качеству печати размещать их на расстоянии 1 - 2 см от сопла-распылителя. В результате можно наносить маркировку, например данные о сроке годности товара на картонные коробки, бутылки, консервные банки, Куринные яйца или кабели. Эту технологию печати нетрудно узнать по точкам, кажущимся неравномерными и как бы обтрепанными.
Струйные принтеры подразделяются на устройства непрерывного действия (continuous drop) и дискретного (drop-on-demand) действия. Ввиду менее высокой цены более распространенными являются принтеры второго типа, которые в свою очередь подразделяются на следующие:
пьезоэлектрические (piezo-ink) - Epson, Brother;
пузырьковые (bubble-jet) - Hewlett-Packard, Canon, Lexmark
Каждый из этих двух способов по-своему привлекателен, однако каждый из них не лишен недостатков.
Пьезоэлектрическая технология дешева, отличается надежностью, так как не используется высокая температура. Этот способ менее инерционен, чем нагрев, что позволяет повысить скорость печати.
Пузырьковая (термическая) технология связана с высокой температурой. При высокой температуре нагреватель со временем покрывается слоем нагара, поэтому в принтерах, использующих эту технологию, печатающая головка довольно часто выходит из строя. В таких случаях она вместе с резервуаром для чернил образует конструктивный единый узел. Достоинством этого типа принтеров является долговечность, исключая печатающие головки, которые быстро изнашиваются и заменяются вместе со сменой чернильного картриджа, а недостатком - низкая резкость получаемых отпечатков.
2.1 Печатающие устройства с пьезоэлектрическими исполнительными механизмами
Для реализации пьезоэлектрического метода в каждое сопло установлен пьезокристалл, связанный с диафрагмой. Под воздействием электрического заряда происходит деформация пьезоэлемента. При печати находящийся в трубке пьезоэлемент, сжимая и разжимая трубку, наполняет капиллярную систему чернилами. Чернила, которые отжимаются назад, перетекают обратно в резервуар, а чернила, которые выдавились наружу, образуют на бумаге точки. Первые заявки на регистрацию изобретения систем струйной печати с исполнительными пьезоэлектрическими механизмами были поданы в 1970 и 1971 годах.
Пьезоэлектрические трубки. В 1977 году был продемонстрирован первый струйный принтер с дозированным выбросом красителя. Он был оснащен двенадцатью соплами-распылителями и печатал почти бесшумно со скоростью 270 знаков в секунду. В принтере в качестве электромеханического преобразователя использовалась пьезоэлектрическая трубка, помещенная в канал литой пластмассы. Все каналы заканчиваются пластиной с калиброванными отверстиями для распыления, расположенной на передней стороне устройства. Передача электроэнергии и красителя производится посредством колебаний давления распространяющихся в канале в соответствии с законами акустики.
Пьезопластины. В начале 1985 года компания Epson представила первый из своих пьезопланарных струйных принтеров. Вместо пьезоэлектрических трубочек, как у Siemens, в печатающих головках, выполненных из структурированных стеклянных пластинок, укреплены небольшие пьезопластинки. Если к ним приложить электрическое напряжение, их диаметр чуть-чуть изменится, но и этого будет достаточно, чтобы они согнулись вместе с пассивной стеклянной многослойной подложкой подобно биметаллической пластине, что приведет к возникновению в канале избыточного давления, и красители выталкиваются тем же способом, что и в головках с пьезотрубками. В 1987 году был предложен другой принцип использования пьезоэлектриков для струйной печати, основанный на применении пластинчатого пьезопреобразователя. Пластинчатые пьезопреобразователи сочетают в себе преимущества как плоских, так и трубчатых систем - высокую частоту распыления и компактную конструкцию.
2.2 Печатающие устройства с термографическими исполнительными механизмами
Метод газовых пузырей базируется на термической технологии. Каждое сопло оборудовано нагревательным элементом, который при пропускании через него тока за несколько микросекунд нагревается до температуры 500 0С. Возникающие при резком нагревании газовые пузыри выталкивают через выходное отверстие сопла порцию (каплю) жидких чернил, которые переносятся на бумагу. При отключении тока нагревательный элемент остывает, паровой пузырь уменьшается и через входное отверстие поступает новая порция чернил.
Первый струйно-пузырьковый термопринтер компании Hewlett-Packard вышел в 1985 году. Метод пузырьково-струйной печати за несколько лет получил широкое распространение. Если пьезоэлектрические печатающие механизмы приходилось с большим или меньшим трудом собирать из множества отдельных деталей, то пузырьково-струйные печатающие головки, представляющие собой кристаллы на кремневых подложках, изготавливались по тонкослойной технологии сотнями.
2.3 Цветные струйные принтеры
Цветные струйные принтеры имеют более высокое качество печати по сравнению с игольчатыми цветными принтерами и меньшую стоимость по сравнению с лазерными. Цветное изображение получается за счет использования, то есть наложения друг на друга, четырех основных цветов. Уровень шума струйных принтеров значительно ниже, чем у игольчатых, поскольку его источником является только двигатель, управляющий перемещением печатающей головки. При черновой печати скорость струйного принтера значительно выше, чем у игольчатого, при печати с качеством LQ скорость составляет 3 - 4 (до 10) страницы в минуту. Качество печати зависит от количества сопел в печатающей головке - чем их больше, тем выше качество. Большое значение имеет качество и толщина бумаги. Основной недостаток струйного принтера - возможность засыхания чернил внутри сопла, что приводит к необходимости замены печатающей головки.
Печать цветных изображений на струйных принтерах происходит путем смешения четырех основных цветов - голубого, пурпурного, желтого и черного. Эти цвета часто называют базовыми триадными, а в полиграфии это называется цветовой моделью CMYK (от англ. названий - Cyan, Magenta, Yellow, black). В дорогих моделях принтеров используются дополнительно два цвета - либо светло-голубой и светло-пурпурный, либо оранжевый и зеленый. Такие модели называют фотопринтерами и отличаются повышенным качеством цветопередачи. Хороший струйный фотопринтер представляет собой приемлемую альтернативу дорогим цветным лазерным устройствам.
3. Фотоэлектронные печатающие устройства
Фотоэлектронные способы печати основаны на освещении заряженной светочувствительной поверхности промежуточного носителя и формировании на ней изображения в виде электростатического рельефа, притягивающего частицы красителя, которые далее переносятся на бумагу. Для освещения поверхности промежуточного носителя используют:
в лазерных принтерах - полупроводниковый лазер;
в светодиодных - светодиодную матрицу;
в принтерах с жидкокристаллическим затвором - люминесцентную лампу
3.1 Лазерные принтеры
Эти устройства обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, предложенном Ч.Ф. Карлсоном в 1939 году.
Основным элементом конструкции лазерного принтера является вращающийся барабан, служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Принтер является постраничным, так как формирует для печати полную страницу. Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника (оксид цинка или селен). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд, что обеспечивается с помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: движение луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль барабана и изменяет его электрический заряд в точках падения. Размер заряженной точки зависит от фокусировки луча лазера с помощью объектива. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.
На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер - краска, состоящая из мельчайших частиц. Под действием статического заряда эти частицы притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение в виде рельефа красителя. Бумага втягивается из подающего латка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед подходом к барабану бумаге сообщается статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, ранее нанесенные на барабан. Для фиксации тонера страница вновь заряжается и пропускается между двумя роликами с температурой около 180 0С. После окончания печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц, готовясь для печати следующей страницы.
Цветное изображение с помощью лазерного принтера получается по стандартной схеме CMYK. Это фактически четыре черно-белых аппарата с одним общим фотобарабаном. Изображение формируется на светочувствительной фотоприемной ленте последовательно для каждого цвета, имеются четыре емкости для тонеров и от двух до четырех узлов проявления.
3.2 Светодиодные принтеры
Основаны на том принципе действия, что и лазерные. Конструктивным различием является то, что барабан освещается не лучом лазера, а неподвижной диодной строкой, состоящей из 2500 светодиодов, которая описывает не каждую точку, а целую строку.
3.3 Принтеры с жидкокристаллическим затвором
В качестве источника света служит люминесцентная лампа. Свет лампы управляется жидкокристаллическим затвором, прерывателем света, который выполняет команды драйвера. Скорость печати такого принтера ограничена скоростью срабатывания жидкокристаллического затвора и не превышает 9 листов в секунду.
4. Принтеры других технологий
Несмотря на то, что лазерные и струйные принтеры доминируют на рынке, существуют и другие технологии печати. Технология твердых чернил занимает значительную долю рынка, так как предлагает продукцию хорошего качества в широком ассортименте, в то время как термовоск и сублимация красок играют важную роль в специализированных областях печати.
4.1 Твердые чернила
Твердочернильные принтеры были разработаны в попытке устранить основные недостатки цветных лазерных принтеров, а именно низкую скорость печати за счет совершения четырех проходов барабана по бумаге. Отпечаток, сделанный на твердочернильном принтере, получается немного зернистым из-за физических свойств красителя, зато очень насыщенным и хорошо передающим полутона. Восковые чернильные палочки расплавляются, а затем смесь впрыскивают на передающий барабан, откуда она через отверстия попадает на бумагу, где практически мгновенно застывает.
Твердые струйные принтеры дешевле, чем аналогичные цветные лазерные. Однако они не так хороши для графики и текста.
4.2 Сублимация красок
В основу действия сублимационных принтеров положен термоперенос красителя с помощью испарения с последующим его внедрением в специальную бумагу с полистирольным покрытием. При этом получается довольно высокое качество, близкое к фотографическому.
Вместо того, чтобы распылять чернила через сопло на страницу, как это делают струйные принтеры, принтеры сублимации красок используют для переноса краски пластиковую пленку. Она имеет форму рулона или ленты и содержит последовательные изображения составных цветов - синего, бордо, желтого и черного. Передающая пленка проходит по тепловой печатающей головке, состоящей из тысяч нагревающихся элементов. Высокая температура заставляет краски на пленке сублимироваться - превращаться в газ, без жидкой фазы, и краска в форме пара поглощается бумагой. Когда чернила попадают на бумагу, они размываются. Этот эффект позволяет принтеру создавать непрерывные тона цвета, смешивая чернила.
4.3 Термовоск
Технология, родственная сублимации красок. Принтеры используют рулоны пластиковой пленки CMYK, покрытой красителями на основе воска. Тысячи нагревательных элементов на печатающей головке заставляют воск таять и покрывать бумагу.
4.4 Термоавтохром
Термоавтохром (ТА) появился сравнительно недавно. Этот процесс печати более сложен. Бумага ТА содержит три слоя пигмента - синий, бордовый и желтый, каждый из которых обладает чувствительностью к специфическому диапазону температур. Принтер оборудован тепловыми и ультрафиолетовыми головками, и печать производится в три этапа. При первом этапе бумага нагревается до температуры, необходимой для активации желтого пигмента, далее облучается ультрафиолетом перед прохождением на следующий цвет (бордо, синий).
Заключение
Процесс информатизации и создание информационной среды, охватывая материальное производство, социальную среду, а также услуги, включает в себя: создание информационных техники и технологий, обеспечивающих производство, обработку и распространение информации, разработку инфраструктуры, обеспечивающей применение и развитие средств и процессов информатизации, производство самой информации, информационных продуктов и услуг.
Создание современной инфраструктуры информатизации должно обеспечивать пользователям широкий набор информационно-вычислительных услуг с доступом к локальным и удаленным машинным ресурсам, технологиям и базам данных.
Информационными ресурсами являются формализованные идеи и знания, различные данные, методы и средства их накопления, хранения и обмена между источниками и потребителями информации. Под информацией понимаются сведения об объективно существующих объектах и процессах, а также их связях и взаимодействии, доступные для практического пользования в деятельности людей.
На всех этапах развития общества информационные технологии обеспечивали информационный обмен между людьми, коллективами, институтами, отражали соответствующий уровень и возможности систем регистрации, хранения, обработки и передачи информации и являлись синтезом методов оперирования человека с информацией в интересах той или иной сферы его деятельности. Развитие компьютерной и связанной с ней другой техники, а также различных информационных технологий происходит непрерывно, они тесно взаимосвязаны и все время взаимно стимулируют процессы развития.
Литература
1. Бешенков С. А, "Информатика". Учебное пособие - Екатеринбург: Уральский государственный педагогический университет, 1995 г.
2. Алексеев А.П. "Информатика". Учебник - Издательство: "СОЛОН-Р", 2002 г.
3. Максимов Н.В. "Информатика". Учебное пособие - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003 г.
4. Курбаков К.И. "Основы информатики". Учебное пособие - М.: ЭКЗАМЕН, 2004 г.
5. Хохлова Н.М. "Информационные технологии". Учебное пособие - М.: Приориздат, 2004 г.
6. Бройло В.Л. "Архитектура ЭВМ и систем". Учебник - СПб: Питер, 2006 г.