kapljični tisk

O
UP
OR
AB
ER
NO
KAPLJIČNI TISK
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Kapljični tisk
SA
MO
ZA
Poleg EP je IJ najbolj uporabljena NIP tehnologija tiska.
Spada med NIP tehnologije:
Ø ni stika med površino papirja in TF
Ø gre za brizganje črnila na papir
UP
OR
AB
Angleško: Ink Jet, Slovensko različni prevodi: kapljični tisk, brizgalni
tisk
IN
T
Zgodovinski pregled
ER
NO
Prednosti in uporaba:
• poskusni tisk
• tisk na ˝vsak˝ material
• geometrija tiska - prilagodljivost obliki tiskovnega substrata
• tisk s ˝posebnimi črnili˝ (indikatorji, pametne barve…)
• tisk variabilnih podatkov
KAPLJIČNI TISK
Osnovna ideja je stara več kot 250 let.
ZA
L. 1749 je Nollet ugotovil, da lahko kaplje črnila naelektri in da se lahko
zato zelo hitro premikajo. Tehnike mu ni uspelo dodelati, da bi lahko
tiskal hitro in enakomerno.
(Rayleigh je l. 1878 razložil mehanizem nastanka kapljic iz toka
tekočine.)
MO
l. 1951 Siemens prvi kapljični tiskalnik po Rayleighejevem principu.
Neprekinjen tok kapljic – CIJ
l. 1976 IBM predstavi tiskalnik s kontinuirnim tokom IBM 4640.
Iris Graphics in Stork - podjetji, ki sta prvi zaščitili tehnologijo CIJ.
SA
O
KAPLJIČNI TISK
KAPLJIČNI TISK
O
Zgodovinski pregled
UP
OR
AB
Prekinjen tok kapljic - DoD
DoD (Drop On Demand) - tiskalniki s prekinjenim tokom.
Zoltan, Kyser in Sears – pionirji tovrstnega tiska
ER
NO
l. 1977 so v Canonovem laboratoriju izumili kapljični tisk po naključju.
Ichiro Endo je spremenjal viskoznost črnila.
Brizgalko s črnilom je postavil v stojalo za spajkalnik - črnilo brizgnilo iz
igle – buble yet.
IN
T
KAPLJIČNI TISK
Zgodovinski pregled
Prekinjen tok kapljic – DoD
l. 1979 so pri Canonu in HP razvili prve termalne tiskalnike – bubble jet.
ZA
l. 1984 je HP - ThinkJet tiskalnik.
(cena tiskalnika z 12 šobami je bila dovolj nizka, da so se tiskalne glave
menjale skupaj s kartušami – rešili problem zanesljivosti).
SA
MO
Kapljični tisk je doživel velik vzpon skupaj z vzponom DTP (namizno
založništvo) - zahteva po visokokakovostnih barvnih odtisih.
ER
NO
UP
OR
AB
O
KAPLJIČNI TISK
Velikost kapljice določa ločljivost tiskalnika.
SA
MO
ZA
IN
T
KAPLJIČNI TISK
KAPLJIČNI TISK
O
Procesne možnosti
UP
OR
AB
• Prekinjen tok kapljic (kapljica na zahtevo)
DoD (Drop on Demand Ink-jet) - formirajo se le tiste kapljice, ki se uporabijo za
upodobitev
• Neprekinjen tok kapljic (neprekinjeni kapljični tisk)
CIJ (Continuous Ink-jet) - majhen del izbrizganih kapljic uporabljen za
upodobitev, večji del se vrača v lovilnik
ER
NO
CIJ sistem se deli v dve podzvrsti
• tehnika binarnega odklona
• tehnika večkratnega odklona
KAPLJIČNI TISK
IN
T
CIJ - tehnika binarnega odklona
SA
MO
ZA
kapljica ima eno od dveh možnosti nabitja:
• nenabita pade na substrat
• nabita se odkloni v električnem polju
KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
• različna nabitost kapljic, različen odklon,
prenos na substrat mogoč pod različnimi koti.
O
CIJ - tehnologija večkratnega odklona
ER
NO
Primer; 7 kapljic znotraj višine ene linije.
KAPLJIČNI TISK
IN
T
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand– DoD)
SA
Canon S330 Color Bubble Jet Printer
MO
Eps
on C
6
2 In
k
Jet
P r in
ZA
te r
Po tem načelu delujejo tiskalniki za osebno rabo. Šobe izbrizgajo črnilo samo v
trenutku, ko je potrebno, zato tiskalniki ne potrebujejo kompleksnega
odklonskega sistema ter sistema za lovljenje meglice.
Rimage Liberty – HP, 4800 dpi, DoD, termični,
namenjen tisku etiket za CD in DVD.
Najmanjši volumen kapljice (4 pl).
KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
O
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand– DoD)
ER
NO
Se razlikuje glede na način oblikovanja kapljice:
• termalni princip
• piezo princip
• elektrostatični princip
• akustični princip (v fazi razvoja)
KAPLJIČNI TISK
IN
T
DoD tehnologija kapljičnega tiska
Termalni princip
• črnilo se segreva do uparevanja, pod pritiskom zračnega mehurčka se
formira določen volumen črnila, ki se izbrizga iz šobe
ZA
Piezzo princip
• generira kapljico s spremembo volumna črnila zaradi delovanja
piezoelektričnega kristala
SA
MO
Elektrostatični princip
• med sistemom s črnilom in površino papirja je električno polje, ki generira
kapljico
KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
Elektrostatični IJ tisk
O
DoD tehnologija kapljičnega tiska
DoD IJ – termalni IJ tisk
ER
NO
DoD IJ – piezo IJ tisk
KAPLJIČNI TISK
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand - DoD)
SA
IN
T
ZA
MO
Nastanek kapljice pri termalnem IJ tiskalniku.
Termični - bubble jet, thermal inkjet.
Kapljico skozi šobo izstreli toplota.
Hitra termična sprememba povzroči:
1. nastanek zračnega mehurčka (bubble) –
2. močno povečan tlak v šobi.
3. izstrelitev deleža črnila iz šobe
Izstreljena kapljica v šobi povzroči nastanek
podtlaka – to omogoči nastanek novega
mehurčka, nove kapljice (~ 8000 kapljic/s
– 8000 Hz).
KAPLJIČNI TISK
O
Termalna IJ tehnologija
Princip formacije mehurčkov
in kapljice (Canon).
časovno zaporedje za
generiranje kapljice (HP).
UP
OR
AB
Generiranje kapljice s termalno tehnologijo
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Termalna IJ tehnologija
ER
NO
Primer:
• frekvenca kapljic 5 – 8 kHz
• resolucija 600 dpi je lahko dosežena pri V
23 pL
(končni premeri pike je okoli 60 µm).
Najpomembnejša predstavnika:
• Canon in
• Hewlet Packart
SA
MO
ZA
Glede na geometrijo sistema (razporeditev segrevalnih elementov,
odprtine šobe):
˝roof shooters˝
˝side-shooters˝
Kapljica volumna 23 pL ustreza premeru kapljice cca. 35 µm.
Prednost te tehnologije je nizka cena izdelave, nizka stopnja glasnosti.
Zaradi segrevanja šob se lete sčasoma deformirajo - slabša ponovljivost izpisa.
KAPLJIČNI TISK
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand– DoD)
Sprememba volumna - izrivanje črnila
iz šobe - nastane kapljice.
ER
NO
Kristal se lahko deformira na štiri načine:
Ø stiskanje (squeeze tube),
Ø upogibanje (bend mode),
Ø potiskanje (push mode) in
Ø strig (shear mode).
UP
OR
AB
Uporabljajo se zakonitosti raztezanja
piezo kristalov pod vplivom električne
napetosti.
O
Piezoelektrični
KAPLJIČNI TISK
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand– DoD)
IN
T
Piezoelektrični
MO
ZA
Prednost je dobra ponovljivost izpisa – kapljice so pravilno oblikovane. Stroški
izdelave tiskalne glave so višji kot pri termični tehnologiji.
SA
Piezo kristal ima dolgo življenjsko dobo (menjamo le kartušo s črnilom),
tiskalna glava ima praviloma enako življenjsko dobo kakor tiskalnik.
Proizvajalci teh tiskalnikov so: Sharp, Tektronix, Epson,…
KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
Izsterlitev kapljice je generirana z mehansko deformacijo piezo kristala.
(deformacija kristala ob delovanju električnega polja)
Pogosto deformacija ˝Shear mode˝ - strižni način
• materialni volumen ostane konstanten, zgodi se geometrijska deformacija.
IN
T
Piezo kapljični tisk
ER
NO
Deformacije piezo keramike
v električnem polju
KAPLJIČNI TISK
MO
ZA
generiranje kapljice s piezo strižno
deformacijo - dviganjem stene
kanala (Spektra)
SA
O
Piezo kapljični tisk
generiranje kapljice s strižnim načinom deformacija sten kanalov na način, da
povzročijo efekt pumpanja (Xaar)
KAPLJIČNI TISK
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Trdočrnilni
ER
NO
UP
OR
AB
TB so voščeni bloki vstavljeni v tiskarsko glavo. Pri T 90° – 140° C se vosek
raztali in potuje po kapilari v šobo – (pogosto piezoelektrični princip).
O
Trdočrnilni kapljični tiskalniki (piezo tehnologija)
ZA
PREDNOSTI:
• hitrost tiska
• zmožnost tiskanja na različne materiale
• odpornost na vodo
• visoka svetlobna obstojnost
…
SA
MO
SLABOSTI:
• mašenje šob s strjeno TB
• izpis na površini - slabo obstojnost na drgnjenje
• slabi rezultati na prosojnih filmih, velik lom svetlobe
…
KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
l. 1990 (prvič omenjen)
Princip - generiranje električnega polja med IJ zapisovalnim
sistemom in substratom.
O
Elektrostatični kapljični tisk
Generiranje kapljice s pošiljanjem slikovno odvisnih kontrolnih
impulzov, ti povzročijo:
• nastanek kapljice in
• njeno gibanje skozi električno polje na substrat.
ER
NO
Področje patentov.
PREKINJEN TOK KAPLJIC (Drop on Demand– DoD)
KAPLJIČNI TISK
MO
ZA
IN
T
Elektrostatični
SA
Obstajajo različne izvedbe vsem pa je skupno:
Ø med sistemom s črnilom in tiskovnim substratom (papirjem) obstaja el. polje
Ø spreminja se sila ali površinska napetost črnila (razmerje med črnilom in
izhodno šobo se lahko spreminja), tako da kapljica črnila nastane kot rezultat
sile polja
Ø Izbrizg črnila iz šob nastane preko električnega polja in kontrole pulza, ki
omogoča nastanek kapljice.
UP
OR
AB
Elektrostatični kapljični tisk na osnovi Taylorjevega efekta
prednost je generiranje zelo majhne kapljice na relativno veliki odprtini
šobe - možno reproducirati širok sivinski razpon.
Razmerje kapljica : odprtina šobe je 1:20.
Premer šobe je okoli 400 µm in razdalja med šobami manj kot 1 mm.
oblikovanje kapljice v
elektrostatičnem polju
ER
NO
koncept s posebno oblikovano šobo (vrstična)
in črnila na osnovi taline(hot-melt inks)
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Elektrostatični kapljični tisk s kontrolo preko termalnega efekta, ki
spremeni viskoznost.
l. 1995 idejo predstavi Silverbrook-a - osnovana na specialni kontroli šob.
MO
ZA
Tekoče črnilo je pod majhnim nadpritiskom v tanku, ki je prektit s
pokrovom, ki vsebuje šobe (nozzle plate). Nadpritisk v črnilu in električno
polje med šobami in subsrtratom so v ravnotežju s površinsko napetostjo
črnila glede na obroč šobe - ločena kontrola.
SA
O
KAPLJIČNI TISK
šoba z inetegriranim
segrevalnimi elementi in
električnim obroči
UP
OR
AB
Elektrostatični kapljični tisk s kontrolo preko termalnega efekta, ki
spremeni viskoznost.
O
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
Gre za niz šob s segrevalnimi obroči (več šoba kot jih je potrebno) na večji površini
(LIFT signifying liquid ink fault tolerant). Niz šob ima prednosti:
boljša resolucija:
• reproducira se velik sivinski razpon
• v primeru zamašitve katere od šob se tisk ne prekine
(premer šob 10 – 20 µm, medsebojna razdalja 60 µm)
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Elektrostatični kapljični tisk s pršenjem (Ink MistJet)
generiranje izredno majhnih kapljic z uporabo UZ.
SA
MO
ZA
Struktura šobe za kreiranje zelo drobnih, majhnih kapljic.
(povprečni premer 2.5 µm).
Elektrostatični kapljični tisk s pršenjem (Ink MistJet)
UP
OR
AB
UZ valovi so fokusirani na odprtino šob - nastane tok zelo drobnih kapljic.
O
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
drop/mist generiranje z UZ in valovi na površini, premer
kapljice je 2.5 µm, premer šobe 50 µm (za 300 dpi)
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Elektrostatični kapljični tisk s pršenjem (Ink MistJet)
MO
ZA
Primer reproduciranja sivinskih stopenj.
SA
sivinske vrednosti generirane z ink mistjet prenosom,
velikost pixla 85 µm × 85 µm (~ 300 dpi) - Mitsubischi
NEPREKINJEN TOK KAPLJIC (Continuos – CIJ)
UP
OR
AB
Tiskarsko črnilo iz črnilnika v tiskarsko glavo črpa visokotlačna črpalka
(30bar). Delovanja piezoelektričnega kristala periodično spreminja tlak, skozi
šobo izhaja neprekinjen tok kapljic.
O
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
CIJ je hitrejši od DoD, je pa bistveno dražji.
KAPLJIČNI TISK
IN
T
NEPREKINJEN TOK KAPLJIC (Continuos – CIJ)
SA
MO
ZA
Glede na metodo odklona kapljic ločimo:
Ø binarni (binary-deflection system) in
Ø večkratni (multiple-deflection system) odklonski sistem.
Pri binarnem sistemu so kapljice električno nabite ali nenabite. Nenabite padejo
na površino papirja, nabite pa se zbirajo v lovilniku.
Binarni odklonski sistem.
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
Večkratni odklonski sistem.
UP
OR
AB
Pri večkratnem sistemu so kapljice nabite z različno ˝množino˝ naboja, kar
omogoča:
Ø različne kote odklona kapljic
Ø tiskanje večje površine
Ø variabilno piko.
O
NEPREKINJEN TOK KAPLJIC (Continuos – CIJ)
KAPLJIČNI TISK
IN
T
NEPREKINJEN TOK KAPLJIC (Continuos – CIJ)
PREDNOSTI in SLABOSTI:
SA
MO
ZA
Ø visoka kakovost izpisa
(visok tonski razpon, več kot 200 različnih tonov za posamezno barvo)
Ø problemi zaradi kroženja črnila - spremembe lastnosti črnila;
izhlapevanje topila
sušenje črnila v šobah
zamašitev šob
Ø hitrost generiranja kapljic je izredno visoka 20.000 kapljic/s – možen nastanek
meglice odbijajočih kapljic – negativni pojavu na materialu
Velikost in frekvenca generiranja
kapljice sta odvisna od:
• premera šobe
• viskoznosti ter površinske
napetosti črnila
• frekvence vzbujanja
UP
OR
AB
CIJ – kapljični tisk z neprekinjenim tokom kapljic
CIJ z binarnim odklonom
princip delovanja s Hertz tehnologijo - kreiranje visokofrekvenčnega toka
kapljic s pomočjo piezo-oscilatorja.
O
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
Tipične vrednosti
(Hertz tehnologija)
KAPLJIČNI TISK
ZA
IN
T
Oblikovanje kapljice s CIJ tehnologijo
Krčenje curka črnila pri oblikovanju kapljice.
SA
MO
Visoko hitrostno vzbujanje curka z oblikovanjem satelitnih kapljic v kombinaciji z
zaporedno, glavno kapljico v letu – med letom se zlijejo z glavno kapljico.
Kakovost tiska je odvisna od kvalitete in kontunitete generiranega toka kapljic.
CIJ z večkratnim odklonom
kapljice nosijo različen naboj - lahko različno usmerjene v liniji .(npr. 16 pozicij
reprodukcije, višina linije zapisa 10 mm.
UP
OR
AB
Višina zapisovalne črte je odvisna od:
• razdalje med IJ glavo in površino papirja
(narašča z razdaljo, hkrati pa se zmanjšuje resolucija).
O
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
Ločljivost v smeri tiska je določena s hitrostjo substrata (papirja) in kapljične
frekvence.
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Kreiranje sivinskih vrednosti s kapljičnim tiskom
MO
ZA
Se lahko modulira digitalnimi impulzi - prenese se različna debelina črnila na
površino papirja.
SA
To je idealiziran primer - v realnosti z naraščanjem debeline nanosa
črnila se povečuje tudi premer kapljice.
KAPLJIČNI TISK
V IJ procesu je velikost pike odvisna od volumna kapljice.
UP
OR
AB
Različen volumen se lahko oblikuje na različne načine, (DoD);
O
Kreiranje sivinskih vrednosti s kapljičnim tiskom
Termalna tehnologija
• iz šobe se lahko izbrizga različna količina črnila
To se izvede z natančno kontrolo intenzitete pulza na segrevalnih elementih
(npr. pri termalni tehnologiji).
ER
NO
Uporaba visokofrekvenčnih signalov - generira več kapljic za en piksel, po
zaporedni izstrelitvi se združijo v večjo kapljico.
KAPLJIČNI TISK
(HP tiskalnik)
IN
T
Kreiranje sivinskih vrednosti s kapljičnim tiskom
SA
MO
ZA
Piezo tehnologija
Velika kapljica se lahko oblikuje iz več (treh) ločenih pulzov piezo IJ sistema.
Oblikovanje kapljice iz
posameznih kapljic
(visoko hitrostna
fotografija, XAAR).
KAPLJIČNI TISK
O
Kreiranje sivinskih vrednosti s kapljičnim tiskom
UP
OR
AB
Piezo tehnologija
modulacija gostote je rezultat visokofrekvenčnega generiranje kapljic v CIJ
procesu.
Takšen proces lahko producira okoli 30 sivinskih vrednosti (33 kapljic).
ER
NO
Pike različnih sivin znotraj slikovne celice, oblikovana z zbiranjem večjih
kapljic za posamezen slikovni element.
KAPLJIČNI TISK
SA
MO
ZA
IN
T
ČRNILA ZA KAPLJIČNI TISK
KAPLJIČNI TISK
ČRNILA ZA KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
Vrsta uporabljenega črnila je določena z:
Ø lastnostjo substrata (absorptivnost, površinska obdelava …).
Ø pogoji okolja (svetlobna obstojnost, vodoodpornost …) in
Ø s procesom sušenja, ki se zahteva pri procesu tiska.
O
Tekoča črnila in črnila na osnovi taline lahko kot nosilec barve vsebujejo barvila
ali pa pigmente.
ER
NO
Vrsta črnila in njegova interakcija s substratom določa:
Ø debelino plasti črnila na odtisu (papirju) in
Ø kakovost odtisa (še posebej barvnega, negativni pojavi,…)
IN
T
KAPLJIČNI TISK
SA
MO
ZA
FORMACIJA KAPLJICE ČRNILA NA TM
KAPLJIČNI TISK
PAPIRJI ZA KAPLJIČNI TISK
UP
OR
AB
O
A - najboljši papir: gramatura 80 – 200 g/m 2, večkrat premazani (mat ali visoko
sijajni), visoke beline, odtis je primerljiv z ofsetnim tiskom.
B - srednja kakovost: gramatura 80 – 90 g/m 2, nižja belina, bolj ali manj
premazani oz. površinsko obdelani, visok razpon kvalitete (dobri barvni odtisi ali
pa le dobri ČB odtisi)
C - najnižja kakovost in belina, zahteva se le dobra tiskarska prehodnost,
uporabni predvsem za enobarvno tiskanje.
ER
NO
POSEBNE lastnosti – omogočiti mora:
Ø plitvo in enakomerno penetracijo črnila (visoka, enakomerna OD
barv) – ni prebijanja
Ø hitro fiksiranje in sušenje kapljice črnila – ni nazobčenja ostrih
robov, ne razlivanja barv
KAPLJIČNI TISK
IN
T
Vpliv vrste IJ tehnologije in vrste papirja
na vizualno kakovost odtisa (30× povečava)
MO
ZA
Uncoated bond paper
(Piezo DOD IJ)
SA
Epson Stylus PhotoEx, Photo
Quality Matte Paper
(Piezo DOD IJ)
Epson Stylus PhotoEx, Photo
Glossy Paper, 1440 dpi
(Piezo DOD IJ)
Epson Stylus PhotoEx, Photo
Glossy Paper, 720 dpi
(Piezo DOD IJ)
Coated transparent film
(Piezo DOD IJ)
Kodak Digital Science with
CMYK ribbon (RC paper,
dye sublimation IJ)
KAPLJIČNI TISK
O
VPLIV PREMAZA IN VRSTE ČRNILA NA VODOOBSTOJNOST ODTISA
UP
OR
AB
tiskalnik HP DeskJet - 690C
tiskalnik Canon BJC - 8500
PCC
silika
PCC/
silika
Odtisi HP niso vodoodporni (odpornost je
odvisna od vrste pigmenta, ne pa od količine
dodanega veziva).
ER
NO
Odtisi Canon so vodoodporni
ne glede na vrsto pigmenta.
KAPLJIČNI TISK
IN
T
VPLIV SVETLOBE NA OBSTOJNOST ODTISOV
ZA
svetlobno je obstojna le črna barva
0,10
0,08
0%
44%
60%
MO
optična gostota
0,12
0,06
50%
0h
48 h
0,04
0,02
SA
0,00
C
M
Y
vrsta barve
K
KAPLJIČNI TISK
ER
NO
UP
OR
AB
O
TREND RAZVOJA DIGITALNEGA TISKA
KAPLJIČNI TISK
Tehnika tiska
IN
T
Tržni delež različnih tehnik tiska (v % Pira International)
2000
2005
2010
62
60
57
Globoki tisk
22
21
19
Digitalni tisk
4
6
11
Desktop
5
7
9
7
6
4
100
100
100
MO
ZA
Ofsetni tisk
Ostale tehnike
SA
Skupaj
SA
MO
ZA
IN
T
ER
NO
UP
OR
AB
Muck Tadeja, Interakcije na površini papirja pri kapljičnem tisku,
doktorska disertacija, Ljubljana, 2002, 107 str.
Javoršek Andrej, diploma
Kipphan Helmut, Handbook of Print Media, Springer, 2001,1207 str.
Kumar Marko, Drupa 2000, Grafičar 1, 2000
http://www.pira.co.uk/FreeStrategicFutures
O
Literatura