Во времена активного развития компьютерных технологий ничто не вызывало таких трудностей, как вывод изображения с цифрового носителя на лист бумаги. Многие годы создать отпечаток того, что пользователь видел на экране монитора, было непосильной задачей для специалистов. Однако со временем появились струйные принтеры, основанные на распылении микроскопических капель чернила – так началась революция в области печати, которая стала важнейшим событием со времен изобретения фотографии.
В этой статье речь пойдет о том, как инженерные идеи, упорство и способности к открытиям сделали медленные печатающие устройства, использующие жидкие чернила, лидерами потребительской печати.
Развитие технологии струйной печати
Первые термопринтеры струйного типа, разработанные компаниями Hewlett Packard и Canon в конце XX столетия, были медленными и неудобными печатающими устройствами. Их даже сложно было сопоставлять недавно созданной более дорогой лазерной оргтехникой. Однако с каждым годом несуразные струйные аппараты предавались значительной модернизации, что выводило их на совершенно новые уровни. Современный недорогой струйный принтер способен отпечатывать высококачественные цветные фотографии, даже лучше, чем любой лазерный принтер, стоящий в разы дороже. Поэтому неудивительно, что струйные принтеры продаются в разы лучше лазерных.
«Ежегодно в США струйных принтеров реализуется приблизительно на 19 млрд. долларов» © исследовательская группа Lyra Research, штат Массачусетс
Несмотря на всю свою оригинальность, идея печати струйным способом далеко не новая. Еще в 1867 году Уильям Томпсон (Лорд Кельвин) получил патент на «Инструменты получения и записи для электронных телеграфов», в которых использовалась электростатика для контроля подачи капель чернила. Используя эти наработки, в 1951 году немецкая фирма Siemens выпустила первый в мире струйный принтер непрерывного действия. А в течение 1960 годов другие производители регулярно сообщали о своих небольших продвижениях в этой области оргтехники. Однако такие струйные принтеры зарекомендовали себя не с лучшей стороны. Критики того времени считали их дорогими, маркими, имеющими ненадежные помпы, резервуары и прочие компоненты, неспособные обеспечить надлежащее качество печати.
В современных принтерах все эти проблемы решены с помощью встроенной печатающей головки, картриджа с чернилами, механизма распыления краски и тонких проводящих отверстий, которые легко контролировать. В течение 1970 годов исследования в этой области были сфокусированы на изучении пьезоэлектрических методов печати. В этом случае при печати используются специальные кристаллы, которые вибрируют под воздействием электричества и выдавливают определенное количество красящего вещества соответствующего цвета. Тем не менее, наиболее выдающимся изобретением стало то, что инженеры, вместо вибрации, решили применить метод нагрева кристаллов.
Это интересно знать: Струйные термопринтеры были изобретены дважды, приблизительно в одно и то же время. Идея создания этого типа оргтехники зародилась одновременно у двух конкурирующих команд, находящихся по разные стороны Тихого Океана. В Японии Ичиро Эндо – инженер компании Canon, заметил как чернила выпрыскиваются из иглы шприца, когда ее касается горячее распаянное железо. В свою очередь, за тысячи километров от Японии, в лаборатории Hewlett-Packard, исследователь Джон Вог создал свой прототип струйного термопринтера, позаимствовав идею у механизма кофейного фильтра.
Вклад компании Hewlett-Packard (HP) в развитие струйной технологии печати
Исследования HP начались в канун рождественских праздников 1978 года, когда Дэвид Дональд и группа инженеров стали мысленно разрабатывать концепцию безупречного принтера. Ученые только закончили разработку первого лазерного принтера НР и начала работу над машиной глубокой печати для типографий. Несмотря на это, HP хотели большего – цветного, скоростного и что более важно, доступного принтера. В то время это были несовместимые вещи. Ведь тогда принтеры подразделялись всего на 2 типа: контактного и бесконтактного.
Не считая печатающих машинок, самыми востребованными контактными печатающими аппаратами были точечные матричные принтеры, которые применяли для печати барабан с множеством иголок. Иголки протыкали чернильную ленту и таким образом формировали изображение или символ на бумаге. В свою очередь, бесконтактные принтеры, наоборот, внушали больше надежды, так как их процесс печати основывался на отсутствии касания бумаги. Поэтому они считались более аккуратными и эффективными.
Несмотря на «сырое» состояние технологии, за лидерство соревновались целых 5 различных принципов бесконтактной печати. В частности, речь идет о следующих видах принтеров:
- струйные принтеры на жидких чернилах – принцип работы основывается на распылении микро капель чернила на бумагу через множество крохотных каналов;
- лазерные принтеры с тонером – в основу лег процесс ксерографии, созданный Честером Карлсоном, использующий лазерный луч для переноса тонера на бумагу;
- крупногабаритные струйные принтеры на твердых чернилах – использовали похожую технологию для плавления палочек восковых цветных чернил на бумаге;
- принтеры с термической сублимацией – применяли длинную термопленку, которая нагревалась и переносила краску на специальный бумажный носитель;
- автохромные термопринтеры – в печати применялся процесс нагрева специальной бумаги, уже содержащей красители для нанесения изображения.
В 1978 году концепция струйного принтера полностью захватила инженеров компании HP. Им казалось, что на основании этой концепции, возможно, создать простой, бюджетный принтер, воспроизводящий качественные отпечатки изображения. Несмотря на свои минусы, эта технология возымела огромный потенциал развития, чем ее основные конкуренты. В тот день перед Рождественской вечеринкой сотрудники бренда пришли к тому, что безупречное печатающее устройство – это принтер струйного типа.
«Новый вид принтера будет иметь множество каналов для подачи чернила, общим размером в 1/200 дюйма, а также будет способен быстро прокачать жидкую краску через сопла, чтобы печатать 1 страницу в минуту» ©Джон Вог, ведущий исследователь компании HP
Вернувшись в лабораторию после праздников, команда компании HP сфокусировалась на создании встраиваемой печатающей головки, которая бы не изнашивалась и не забивалась, а также была бы способна быстро выпрыскивать крохотные капли чернила. Решение для своей идеи увидел Джон Вог, когда вел наблюдение за работой кофейного фильтра. После этого, он решил использовать сами чернила в каналах для распыления и нанесения точек на бумагу.
Чтобы это осуществить Джон Вог использовал пару электродов в качестве резисторов. Целью опыта было выпарить при нагревании небольшое количество чернил прямо около канала подачи и добиться выделения из сопел капли жидкого красящего вещества. К сожалению, чернила не обладали достаточной электрической сопротивляемостью. В связи с этим, они не смогли при нагреве достичь оптимальной температуры. Кроме того, во время опыта вода из чернил распалась на водород и кислород, что не входило в планы эксперимента.
Инженер и изобретатель Вог после этого пытался использовать выделяющийся водород и кислород для создания микровзрыва, который был бы способен вытолкнуть частичку чернил из канала. Небольшая искра между электродами могла бы воспламенить пузырьки водорода, что вытолкнуло бы из канала каплю чернил. Однако этот процесс занимал бы слишком много времени и вызывал бы множество ошибок струйного принтера HP. Поэтому от этой идеи было принято решение отказаться. В то же время, прочие сотрудники фирмы HP сосредоточили все свои усилия на самой искре, с целью заставить каплю чернила закипеть. И им это удалось. Тем не менее, перед ними восстала новая проблема – быстрый износ тонких электродов.
Прорыв произошел, когда Джон Вог и его коллеги перешли на резисторы из тонкой пленки. Эти детали были способны создать достаточно высокую температуру для закипания капли чернила, чтобы она смогла быстро выделиться из канала. При этом уровень контроля остался на предельно высоком уровне. Резисторы были вмонтированы внутри небольших трубочек, в которых были прорезаны желобки, так чтобы получились каналы. Принцип работы состоял в их быстром включении и выключении, с последующим выделением крошечных частиц краски. Уже через 3 месяца команда HP собрала работающую версию струйного механизма печати с нагревательным элементом.
«Несмотря на весь свой инженерный опыт, команда не могла точно объяснить, как работает их принтер» © инженеры компании HP
Технологию разработали, принтер запатентовали, но менеджеры среднего звена компании HP несерьезно относились к идее инвестирования в это изобретение. А некоторые топ-менеджеры организации и вовсе полностью забраковали идею. В итоге, процесс струйной печати, созданный Джоном Вогом, был высмеян элитой бренда и окрещен как «фреатический взрыв». Недооценив важность открытия и технологии в целом, ее было отложено на дальние полки архива компании, как минимум на год, а то и больше.
Тем не менее, инженер Вог не забывал о своем детище и регулярно упрямо настаивал на принятии идеи струйного принтера. Он демонстрировал свою работу всем, кто интересовался, пытаясь привлечь внимание Ларри Ла Барра, работающего в HP многие годы и способного склонить правление компании взглянуть на изобретение серьезнее. Вскоре HP стала выделять средства на разработки и исследования в области струйных принтеров, и эта цель стала приоритетом в будущем всего бренда.
Вклад Canon в развитие струйной технологии печати
В то же время Ичиро Эндо, представитель японской компании Canon, также начал ставить фактически такие же эксперименты. Цель фирмы была в создании технологии печати лучшей классической ксерографии. Струйный способ печати был одним из нескольких вариантов. Еще в 1977 году Эндо и его команда сконцентрировались на разработке пьезоэлектрической системы печати, способной посылать электрические импульсы через тонкие каналы. Это должно было привести к выработке достаточного количества энергии, чтобы вытолкнуть чернила из резервуара. Но когда изобретатель ненароком дотронулся паяльником острия иглы шприца, наполненной чернилами, слабая струя красящего вещества резко вырвалась наружу. Впоследствии этот феномен целиком и полностью изменил ход исследований команды Canon.
За несколько дней команда Эндо создала примитивный принтер с использованием своего открытия. В будущем, серия таких печатающих аппаратов получит имя Canon Bubblejet. К слову, патент на эту технологию полностью принадлежит компании Canon. Из-за этого, слово Bubblejet кроме них не может использовать ни один производитель печатающих аппаратов. Кроме того, стоит отметить, что основное отличие между этим принтером и прототипом НР, заключается в способе впрыскивания чернила: у Canon чернила выпрыскивались сбоку, а у печатающей головки НР – сверху.
Два года спустя HP узнали о разработках Canon. Патенты на многие основные изобретения, полученные в результате обоих исследований, были поданы с разницей в 1 месяц. Результатом стали тесные отношения между HP и Canon, которые продолжаются и по сегодняшний день. HP позаимствовал у Canon решения по увеличению износостойкости печатающей головки. В свою очередь, Canon перенял у НР идеи по конструкции печатающей головки. Несмотря на небольшие разногласия, относительно прав на технологию, HP настаивает на том, что именно взаимное сотрудничество привело обе компании к успеху в области струйной печати.
Это интересно знать: Идея взаимозаменяемых картриджей принадлежит компании Canon. Однако именно HP смогли внедрить ее в массовое производство.
Струйная печать – технология будущего
Следуя за двумя начальными открытиями, эволюция технологии струйной печати стала общеотраслевым достижением. Помимо этого, была изобретена оптимальная формула быстровысыхающего чернила. Параллельно с этим продолжалась модернизация самих струйных принтеров и МФУ. Была разработана новая система протяжки бумаги, а также программное обеспечение для улучшения качества изображения. Для увеличения скорости печати, производители оргтехники создали более быстрые алгоритмы исчисления и облегчили печатающие головки, увеличив при этом количество каналов для подачи краски. К принтерам были добавлены новые функции и вскоре появились гибриды струйных принтеров, копиров и факсов. На сегодняшний день МФУ – это самый быстрорастущий сегмент рынка печатающего оборудования.
Гонка в разработке струйного принтера внесла огромный вклад в обе конкурирующие компании. Например, использование несъемных расходников, представленных в 1984 году, вызвало огромное негодование в компании HP. Каждое упоминание об одноразовом использовании небольших пластиковых деталей, которые составляли интеллектуальную собственность НР было невыносимым для некоторых топ-менеджеров компании.
Прочие конкурирующие бренды также отличились своими наработками в сфере струйной оргтегники. Так Epson представил свой струйный принтер, основанный на пьезоэлектрической технологии, впервые обнаруженной в 1970 году. А вскоре, инженеры Epson представили новый тип принтеров со штатной СНПЧ. Многие другие бренды также присоединились к производству оргтехники, предлагая в основном специализированные устройства для печати изображений фотографического качества.
Несмотря на весь интерес, сфера струйных принтеров развивалась достаточно вяло. По сравнению с сегментом лазерных принтеров HP, в котором наблюдался стабильный рост продаж, сегмент струйных принтеров казалось замер, после того как компания выпустила свою первую серию настольных струйных принтеров в 1980 годах. В середине 1990 НР даже задумывалась о полной остановке производства. К счастью, этого не произошло. От краха струйные принтеры спасло развитие цветной печати.
Внедрение большего количества цветов в технологию струйной печати
Широкое использование цветов, при работе с компьютерами и оргтехникой в середине 1990 годов, изменило ход событий. Как и планировал Джон Вог, следующим логическим шагом станет добавление цвета в струйную печать. К печатающим головкам помимо классического черного цвета, были добавлены дополнительные оттенки (пурпурный, голубой и желтый). Это позволило печатающему аппарату создать полноценный цветной оттиск. В свою очередь, специализированные фотопринтеры получили еще больше дополнительных цветов, чтобы отпечатки стали более яркими, насыщенными, а главное реалистичными.
«Мы просто привели всех специалистов в лабораторию и вывели нужный алгоритм» © Джон Мейер, управляющий лабораторией НР
На сегодняшний день струйники больше не считаются дешевыми заменителями лазерной оргтехники, а рассматриваются как полноценные печатающие аппараты. Классическая печатающая головка струйного принтера сейчас состоит минимум из 300 сопел, что дает возможность выводить изображения разрешением 1200×1200 dpi. Средний принтер теперь может наносить чернила со скоростью до 14000 точек в секунду. Большая часть разработок сегодня ведется в направлении создания стойких и быстросохнущих чернил, которые бы сохраняли изображение от выцветания. В то же время, адаптированное ПО помогает получать более чистые и четкие оттиски, контролируя процесс печати пиксель за пикселем.
И наконец, развитие струйной технологии печати подчеркивает, как нестандартное мышление может предложить простые решения для сложных задач. Ичиро Эндо и Джон Вог, которые получили множество наград за свои достижения, проявили настойчивость и показали веру в свои изобретения несмотря на все преграды. Достигнув своих целей, они произвели революцию в компьютерной сфере и принесли краски в жизнь людей.
