VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире все большую роль играют документы в цифровом формате. Но как бы не превосходили электронные носители, все равно информация на бумаге остаётся актуальной. И, несмотря на ряд преимуществ, электронные документы не могут полностью заменить свои бумажные аналоги. Поэтому, как правило, все результаты своей работы мы представляем не только в электронном, но и в бумажном варианте.

Для вывода информации на "твердый носитель" – обычно бумагу, и предназначено особое устройство - принтер.

НАЗНАЧЕНИЕ ПРИНТЕРОВ

Принтеры используются во всех сферах жизни. Они служат в банках и научно-исследовательских институтах, трудятся в издательствах и бухгалтериях, печатают тексты и картинки, цветные и черно-белые. Словом, без этих устройств, наверное, невозможно было бы полноценное использование персональных компьютеров.

Принтеры бывают разные: тихие и шумные, цветные и одноцветные, дешевые и очень дорогие.

Принтер — это внешнее периферийное устройство компьютера, предназначенное для вывода текстовой или графической информации, хранящееся в компьютере, на твёрдый физический носитель, обычно бумагу, малыми тиражами без создания печатной формы.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРИНТЕРА

Все принтеры, будь то матричные, струйные, лазерные или термографические, выполняют, в сущности, одну и ту же работу: они создают комбинацию точек на листе бумаги. Точки могут быть разного размера и цвета, печатная краска подается на бумагу тоже разными способами, но абсолютно все изображения, будь то текст или рисунок, состоят из точек. Чем мельче точки, тем лучше результат. То есть принтер преобразует цифровую информацию и печатает ее, при помощи чернил.

ТИПЫ ПРИНТЕРОВ

1. Принтеры ударного типа:

1. Типовый принтер.

Лепестковое печатающее устройство (Daisy wheel printer (DWP)) — печатающее устройство, использующее технологию ударной печати. Устройство было изобретено в 1969 году Дэвидом Ли.

DWP использует сменные предварительно сформированные типы элементов, каждый из которых обычно по 96 символов, для получения высококачественной продукции сопоставимой с качественными пишущими машинками, но в два-три раза быстрее.

По принципу действия DWP были гибридом барабанных принтеров и печатной машинки. Имели один набор букв, располагающийся на гибких лепестках пластмассового диска. Диск вращался, и специальный электромагнит прижимал нужный лепесток к красящей ленте и бумаге. Так как набор символов был один, требовалось перемещение печатающей головки вдоль строки, и скорость печати была заметно ниже, чем у барабанных принтеров. Заменив диск с символами, можно было получить другой шрифт, а, вставив ленту не чёрного цвета — получить «цветной» отпечаток. Для этого в наборе команд принтера могла присутствовать команда «пауза». Кроме ромашки, деталь с литерами могла иметь форму наперстка, (усеченного) шара или даже гусеничной цепи.

2. Матричный принтер.

Матричный принтер — принтер, создающий изображение на бумаге из отдельных маленьких точек ударным способом. Матричные принтеры — старейшие из доныне применяемых принтеров. Их механизм был изобретён в 1964 году корпорацией Seiko Epson.

В матричном принтере изображение формируется на носителе печатающей головкой, представляющей из себя набор иголок, приводимых в действие электромагнитами. Головка располагается на каретке, движущейся по направляющим поперёк листа бумаги; при этом иголки в заданной последовательности наносят удары по бумаге через красящую ленту, тем самым формируя точечное изображение. Для перемещения каретки обычно используется ременная передача, реже — зубчатая рейка или винтовая передача. Приводом каретки является шаговый электродвигатель. Такой тип матричных принтеров именуется SIDM (Serial Impact Dot Matrix — последовательные ударно-матричные принтеры).

Основными недостатками матричных принтеров являются:

• высокий уровень шума;

• низкая скорость и качество печати в графическом режиме;

• ограниченные возможности цветной печати.

II.Принтеры безударного типа.

1. Струйный принтер.

Струйный принтер — один из видов принтеров. По принципу работы струйные принтеры напоминают матричные, только вместо иголок, ударяющих по красящей ленте, краскав струйных принтерах наносится непосредственно на бумагу каплями через очень малые отверстия называемые дюзами.

Под отверстиями расположены миниатюрные полости, куда чернила поступают из основного резервуара картриджа. Сами чернила через дюзы вылиться не могут, так как отверстие очень маленькое, и краска в них удерживается за счет поверхностного натяжения. То есть, краску нужно выдавить принудительно, либо пьезоэлектрическим способом, либо термическим.

Недостатки струйных принтеров:

• большой расход чернил;

• высокая стоимость заправки.

2. Лазерный принтер.

Лазерный принтер — один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обычной (не специальной) бумаге.

Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственной экспозиции (освещения) лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.

В основе лазерной печати лежит статическое электричество. Главной частью печатающего устройства является фоторецептор – обычно вращающийся барабан. Сначала барабан заряжается положительным электрическим зарядом. По мере вращения, барабан облучается лазером, который разряжает нужные точки на его поверхности, рисуя, таким образом, сетку необходимых букв и изображений. По завершении сетки, барабан покрывается положительно заряженным мелким черным порошком – тонером, который прилипает с магнитного вала только к разряженным областям барабана. После этого барабан прокатывается по протягиваемому листу бумаги, который несет на себе отрицательный заряд. Данный заряд превосходит отрицательный заряд сетки, поэтому тонер притягивается к бумаге, формируя изображение. Тот тонер, который не «приклеился», собирается специальным лезвием в отстойник. Далее бумага проходит через термофиксатор – пару нагретых роликов. При температуре порядка 200 градусов, тонер расплавляется, потом быстро застывает и фиксируется на бумаге. Вот почему, если сразу после распечатки потрогать лист - он будет тёплым, даже горячим.

Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое.

3. Термопринтер.

Это принтер, который печатает термическим методом.

Термический метод печати - это нанесение текста или графики на термочувствительных материалах путем воздействия на них нагревательными элементами печатающей головки принтера.

Термопринтеры работают по принципу, заключающемуся в использовании специальной термической бумаги, темнеющей под воздействием тепла. Термическая бумага представляет собой обычный бумажный лист, покрытый очень тонкой, в несколько микрон, термочувствительной пленкой. Под воздействием тепла пленка расплавляется, а красящее вещество и реагент, находившийся в твердом состоянии, вступают в реакцию. Для изменения цвета бумагу необходимо нагреть до 150-200 °С.

Термопринтеры делятся на принтеры для печати чеков принтеры для печати этикеток (наклеек). Срок жизни такой этикетки примерно полгода. Под воздействием света, температуры, влаги и просто от прикосновений такая этикетка со временем потеряет внешний вид, вплоть до полной нечитаемости.

4. Твердочернильный принтер.

Твердочернильный принтер — принтер, использующий для печати брикеты твердых чернил.

Принцип работы довольно прост. Брикеты чернил загружаются в принтер. После включения принтер расплавляет часть чернил, которые затем поступают в неподвижную печатающую головку. Головка наносит изображение на вращающийся барабан из анодированного алюминия, покрытый силиконовой смазкой. Затем в трей подается слегка подогретый лист бумаги, который прижимается к барабану специальным роликом. Изображение переносится на бумагу в один проход, благодаря чему печать может осуществляться с высокой скоростью.

Поскольку конструкция твердочернильных принтеров проще конструкции лазерных, и количество подвижных элементов в ней сведено к минимуму, надежность такого устройства существенно выше, а необходимость в техническом обслуживании возникает реже. Время работы твердочернильного принтера до замены барабана в среднем составляет 5 лет.

Но при всех его достоинствах, твердочернильный принтер – это весьма дорогой аппарат, который к тому же еще очень требователен к материалам, на которых осуществляется печать. На подогрев чернил расходуется электроэнергия. И если кто-то выключит принтер, или в розетке пропадет электричество, чернила засохнут и станут непригодными.

Твердочернильные принтеры из-за своей дороговизны слабо распространены.

5. Сублимационный принтер.

Сублимационный принтер (термосублимационный принтер) — принтер, печатающий изображение на поверхностях путем внесения твердотельного (обычно кристаллического) красителя под поверхность бумаги.

Термосублимационная печать основывается на явлении сублимации, переходе вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкое состояние.

Внутри термосублимационного принтера находится нагревательный элемент. Между ним и специальной термической фотобумагой протянута специальная пленка, похожая на обыкновенный прозрачный целлофан. В этой пленке заключены красители трех цветов — голубого, пурпурного и желтого. При поступлении задания на печать пленка начинает нагреваться; достигнув определенного температурного предела, краска испаряется с пленки. Поры бумаги при нагреве открываются и легко «схватывают» облачко краски, после завершения печати — закрываются, надежно фиксируя частички пигмента. Печать осуществляется в три прохода, поскольку краски наносятся на бумагу поочередно.

Термосублимационная печать позволяет получать фотографии отменного качества. Здесь нет ни растровости, ни полосности, как при печати на струйных принтерах. Кроме того, изображение получается однородным, границы между чернильной каплей и бумагой нельзя разглядеть — по причине отсутствия этой самой капли. Такие фотографии очень стойки к выцветанию, поскольку краска находится не на бумаге, а как бы «впаяна» в нее. Еще одно преимущество — огромная цветовая палитра, которой располагает пользователь. Чем сильнее нагрета пленка, тем больше красителя испаряется и переносится на бумагу. Регулируя степень нагрева, можно воспроизвести мельчайшие нюансы цвета — от самых светлых, едва различимых невооруженным глазом, до насыщенных темных.

6. 3D – принтер.

Это периферийное устройство, использующее метод послойного создания физического объекта по цифровой 3D-модели.

3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Технологии, применяемые для создания слоев:

Лазерная:

•  

  1. Лазерная стереолитография - ультрафиолетовый лазер постепенно, пиксель за пикселем, засвечивает жидкий фотополимер, либо фотополимер засвечивается ультрафиолетовой лампой через фотошаблон, меняющийся с новым слоем. При этом жидкий полимер затвердевает и превращается в достаточно прочный пластик.

  2. Лазерное сплавление — при этом лазер сплавляет порошок из металла или пластика, слой за слоем, в контур будущей детали.

  3. Ламинирование — деталь создаётся из большого количества слоёв рабочего материала, которые постепенно накладываются друг на друга и склеиваются, при этом лазер вырезает в каждом контур сечения будущей детали.

Струйная:

•  

  1. Застывание материала при охлаждении — раздаточная головка выдавливает на охлаждаемую платформу-основу капли разогретого термопластика. Капли быстро застывают и слипаются друг с другом, формируя слои будущего объекта.

  2. Полимеризацияфотополимерногопластика под действием ультрафиолетовой лампы — способ похож на предыдущий, но пластик твердеет под действием ультрафиолета.

  3. Склеивание илиспеканиепорошкообразного материала — похоже на лазерное спекание, только порошковая основа (подчас на основе измельчённой бумаги или целлюлозы) склеивается жидким (иногда клеющим) веществом, поступающим из струйной головки. При этом можно воспроизвести окраску детали, используя вещества различных цветов. Существуют образцы 3D-принтеров, использующих головки струйных принтеров.

  4. Густые керамические смеси тоже применяются в качестве самоотверждаемого материала для 3D-печати крупных архитектурных моделей.

  5. Биопринтеры — печать 3D-структуры будущего объекта (органа для пересадки) производится стволовыми клетками. Далее деление, рост и модификации клеток обеспечивает окончательное формирование объекта.

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Для быстрого прототипирования, то есть быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки. В инженерии такой подход способен существенно снизить затраты в производстве и освоении новой продукции.

2. Для быстрого производства — изготовление готовых деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами. Это отличное решение для мелкосерийного производства.

3. Изготовление моделей и форм для литейного производства.

4. Производство различных мелочей в домашних условиях.

5. Производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Например, беспилотный самолёт Polecat компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.

6. Развитие технологии, позволяющей наносить на специальный био-гель сгустки клеток заданного типа — выращивание полноценных органов.

7. В медицине, при протезировании и производстве имплантатов (фрагменты скелета, черепа, костей, хрящевые ткани).

8. Для строительства зданий и сооружений.

9. Для создания компонентов оружия.

10. Производства корпусов экспериментальной техники (автомобили, телефоны, радио-электронное оборудование)

11. Пищевое производство.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИНТЕРОВ

1. Способ печати (ударная и безударная печать);

2. Цветовые возможности (черно-белые или цветные принтеры);

3. Разрешающая способность (величина самых мелких деталей изображения. Измеряется в dpi (dot per inch) – числе наносимых отдельных точек красителя на дюйм бумаги);

4. Качество печати, тесно связанное с предыдущим показателем и обобщающее его;

5. Скорость печати (быстродействие);

6. Стоимость.

ОСНОВНЫЕ ФИРМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Одними из первых производителей, которые начали выпускать сканеры, являются:

Canon — транснациональная машиностроительная компания со штаб-квартирой в Токио, занимающаяся производством различной продукции для фиксации, обработки и печати изображений, а также разработкой решений в области информационных технологий и телевещания

Epson — структурное подразделение японского многоотраслевого концерна Seiko Group. Один из крупнейших производителей струйных, матричных и лазерных принтеров, сканеров, настольных компьютеров, проекторов, а также других электронных компонентов.

Hewlett-Packard — крупная американская компания в сфере информационных технологий, поставщик аппаратного и программного обеспечения для организаций и индивидуальных потребителей.

Panasonic — крупная японская машиностроительная корпорация, один из крупнейших в мире производителей бытовой техники и электронных товаров.

Samsung Group — южнокорейская группа компаний, одна из крупнейших в Южной Корее, основанная в 1938 году. На мировом рынке известна как производитель высокотехнологичных компонентов, телекоммуникационного оборудования, бытовой техники, аудио- и видеоустройств.

Другие фирмы: Konica Minolta, Lexmark,OKI,Xerox, Brother.

ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ПРИНТЕРОВ

В настоящее время технологии печати остались неизменными, однако изменились сферы применения данных устройств; изменились виды поверхностей, на которых можно производить печать. На данный момент успешно практикуется печать на ткани, стекле, металлических, деревянных и керамических поверхностях. Существует даже печать на продуктах питания.

Но, несомненно, самая революционная идея в области принтерной печати – это 3D- принтеры. Современный 3D-принтер способен воспроизвести из полимерного материала 3D-модель автомобиля, не говоря о более мелких, нужных в обиходе деталях.

На данный момент проводятся эксперименты с материалами для 3D-принтера (песок, глина, различные химические смеси). Ведутся опыты с производством лекарственных препаратов.

Код для цитирования: Скопировать