狂奔的噴墨

高速噴墨打印機的面世，讓噴墨打印機徹底甩掉了速度慢的帽子，并向原本屬于激光打印機的市場發(fā)起了沖擊。究竟高速噴墨打印技術(shù)是如何實現(xiàn)的呢？CHIP將以惠普PageWide Technology為例，為大家解析高速噴墨打印機的各種技術(shù)。

世界上第一臺彩色噴墨打印機面世距今已有幾十年的歷史，但是如今在商用辦公領(lǐng)域，依然是激光打印機的天下，噴墨打印機一直難以獲得較高的市場份額，這主要是由于傳統(tǒng)彩色噴墨打印機較慢的打印速度和較低的打印負荷造成的。

傳統(tǒng)噴墨打印機那為人詬病的打印速度，主要是由其頗具悲劇性的噴頭滑車結(jié)構(gòu)造成的，采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的噴墨打印機的噴頭永遠只能在走紙路線的垂直方向上疲于奔命，導(dǎo)致打印速度的提升極其困難。改變現(xiàn)狀最直接的方式就是改變結(jié)構(gòu)，其中最簡單的思路就是在紙張頂部擺上一排打印頭，打印紙只需從下面經(jīng)過一次即可完成打印。然而要在打印機上采用這一個結(jié)構(gòu)并不容易，為了保證分辨率，打印噴頭的數(shù)量將極其龐大，且對供墨管路結(jié)構(gòu)的要求也非常高。因此盡管在十多年前就有人提出這種設(shè)計理念，可直至今天才逐漸有零售產(chǎn)品面世。

堆疊結(jié)構(gòu)

其實高速噴墨打印產(chǎn)品在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了多年，但是它并非應(yīng)用在家用或者商用辦公領(lǐng)域，而是生產(chǎn)型產(chǎn)品，應(yīng)用于生產(chǎn)型的海報印刷、包裝印刷等領(lǐng)域。實現(xiàn)高速噴墨打印的秘密在于打印頭的寬度要大于等于紙張的寬度。在工作狀態(tài)下，打印頭無需來回移動，而紙張在不停地向前輸送，當紙張路過打印頭的時候就會自然地被噴上墨跡。如今惠普在其Pro X系列商噴產(chǎn)品中正式采用了這種技術(shù)，并稱之為惠普PageWide Technology打印技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)與激光打印機相媲美的首頁出紙速度，連續(xù)打印輸出的速度也能與中高端激光打印機相抗衡。最重要的是該技術(shù)從本質(zhì)上來講仍舊是一種噴墨打印技術(shù)，還能擁有噴墨打印機的諸多優(yōu)點，如較低的能耗和打印成本等。

從原理上來講，惠普PageWide Technology并不復(fù)雜，通過一排固定且十分密集的噴嘴直接將墨水噴在下方經(jīng)過的打印紙上，以走紙的速度完成快速打印。但是要實現(xiàn)這一技術(shù)并不容易，為了保證打印精度，噴嘴的數(shù)量要達到一定量級，如惠普Pro X系列商噴產(chǎn)品每個噴頭芯片4種顏色的墨水各有1 056個噴嘴，每個芯片上共有4 224個噴墨嘴，而覆蓋A4紙張的幅寬需要11個噴頭芯片，于是整個打印頭上共有42 240個噴嘴。

我們知道，A4打印紙的寬度是國際標準化組織ISO制定的，標準寬度是210mm，但是惠普的Pro X商用噴墨打印機，面向的用戶群體非常廣泛，所以還要照顧不同群體使用的標準，比如美國法律用紙的寬度是8.5英寸，要比標準的A4還要稍微寬一些。為了保證打印的流暢度，惠普Pro X系列的打印頭噴嘴覆蓋的寬度為8.575英寸，即217.8mm，確保能適應(yīng)不同類型的紙張，滿足不同使用群體的需求。

高速噴嘴

想要制造一臺具有高速打印能力的噴墨打印機，自然需要有異于普通噴墨打印機的特殊技術(shù)。

為此，惠普采用了最新一代的熱噴墨技術(shù)——惠普可伸縮性打印技術(shù) （SPT）。它采用了非常精確和可靠的材料、設(shè)計規(guī)則和制造流程。SPT 為打印頭制造帶來的優(yōu)勢在于它使用了專為集成電路的生產(chǎn)而開發(fā)的大規(guī)模、精密工藝。借助 SPT，打印頭的各部分，從薄膜集成電路到厚膜流體結(jié)構(gòu)，都由芯片級的光刻工藝進行精確制造。墨水通道、腔室和 SPT 打印頭噴嘴的生產(chǎn)都達到了亞μm級的精度，以保證提供與現(xiàn)有打印技術(shù)類似的精度。

這種技術(shù)結(jié)構(gòu)的具體技術(shù)細節(jié)如下，首先在硅基板上，用薄膜層構(gòu)成一個集成電子電路和用于噴射墨滴的電阻加熱器，硅制的進料槽可向進料槽任意一側(cè)的各墨滴產(chǎn)生器腔室供應(yīng)墨水，墨滴產(chǎn)生室和噴嘴板也由相同的光刻基板制成。腔室的厚度和孔板的厚度均小于人頭發(fā)的直徑（約50μm），這種集成結(jié)構(gòu)由硅制成，其制作步驟包括聚合物沉積、曝光和顯影，為確保較長的使用壽命，硅襯底上的薄膜層、供墨槽、腔室和孔板材料都具有很強的耐水腐蝕性。

除了使用光刻工藝的打印頭外，優(yōu)質(zhì)的墨水也是不可缺少的一部分?；萜詹捎玫哪褂弥珓轭伭?，這是一種微小的彩色顆粒，其具有與可見光相同的波長直徑，以顯示對應(yīng)的顏色。在辦公紙張和加有涂層的手冊紙張上，這種顏料可提供更為出色的色彩飽和度、黑色密度、防褪色功能和防污功能。除此之外，惠普采用的顏料墨水在接觸到紙張時，著色劑的載體水分將會迅速滲透或蒸發(fā)，顏料可以在纖薄的紙張表面快速固定，形成最終的文本或圖像。

噴嘴的管理

噴嘴是一臺噴墨打印機的核心部件之一，同樣也是故障高發(fā)區(qū)，高速噴墨打印機具有如此多的噴嘴，因此其噴嘴管理系統(tǒng)則顯得尤為重要?；萜誔ageWide Technology系列打印機使用光學傳感器校準打印頭、衡量噴墨嘴性能并監(jiān)控紙張運動。這些傳感器位于小型滑軌上，能對紙張和打印頭進行掃描?；萜誔ageWide Technology 會定期測試打印噴頭上所有的42 240 個噴墨嘴，從而幫助確?？煽康拇蛴≠|(zhì)量。這個自動流程可以發(fā)現(xiàn)性能不符合規(guī)格的噴墨嘴，并修正可能影響打印質(zhì)量的故障。

故障噴墨嘴引發(fā)的問題可通過使用相鄰噴墨嘴“替補”來解決，為使打印系統(tǒng)完成自動噴墨嘴替換程序，必須準確辨別哪些噴墨嘴完好，哪些出現(xiàn)故障。為此惠普針對其Pro X 系列打印機開發(fā)了一種稱作“反向散射墨滴檢測（BDD）”的全新技術(shù)。BDD使用了多個光檢測器，并采用了先進的模擬和數(shù)字信號處理技術(shù)。它可以檢測墨滴通過聚光束時的反向散射光的方式來檢測噴嘴的好壞，每秒可以測試數(shù)百個噴嘴。當噴嘴出現(xiàn)故障時，機器可借助惠普Thermal Inkjet技術(shù)的高噴墨率和高噴嘴密度同時提供主動或被動噴嘴替換，以消除噴嘴故障造成的影響。

被動替換是指直接利用惠普Thermal Inkjet的超高噴嘴密度，當其中一個噴嘴出現(xiàn)故障時，周圍的噴嘴由于離這個故障噴嘴非常近，因此墨水可以從鄰近的點擴散過去，完全覆蓋由于噴嘴故障導(dǎo)致的空白區(qū)域，這使得在正常尺寸的文本下是無法察覺某個噴嘴出現(xiàn)問題的。當故障噴嘴連續(xù)出現(xiàn)3個或以上時，被動替換就不能靠墨水擴散的方式來覆蓋噴嘴故障導(dǎo)致的空白區(qū)域了，這個時候主動替換就需要登場了。在噴嘴故障查詢表中檢測和處理噴嘴故障后，主動替換噴嘴將開始起作用。比如當連續(xù)3個黑噴嘴出現(xiàn)故障時，在中間列的彩色噴嘴將會被調(diào)用，通過3種彩色噴嘴來混合出打印缺失的黑點以完成主動替換，不過這樣一來會耗費更多的彩色墨水。

高速進紙系統(tǒng)

高速打印的一個必要條件就是要有高速的紙張傳輸系統(tǒng)，為此，惠普為之設(shè)計了一個新的紙張傳輸系統(tǒng)，以滿足惠普 PageWide Technology的打印需求。單面打印的紙張從左進紙口導(dǎo)軌處開始移動，通過打印系統(tǒng)總成出現(xiàn)在出紙槽中。雙面打印的紙從左進紙口導(dǎo)軌處開始移動，隨后反轉(zhuǎn)并從雙面打印單元的下面經(jīng)過，最后與來自多用途紙盤的紙以相同的路徑輸出。這種設(shè)計將雙面打印和多用途紙盤功能與紙張路徑進行高效集成。

新的紙張傳輸系統(tǒng)可使紙張在抓取和輸出過程中始終保持穩(wěn)定和不松動。它可提供可靠的紙張抓取率、較低的卡紙率，并確保紙張在打印區(qū)域中持續(xù)、正確地運動。紙張在單面打印、雙面打印和傳輸至輸出托盤過程中都不會留下任何污跡。

采用惠普PageWide Technology技術(shù)打印的紙張在離開打印區(qū)域時，由于時間較短，墨水仍未干，而潮濕的紙張很軟，因此必須小心處理，以免弄花打印結(jié)果。紙張路徑經(jīng)過特殊設(shè)計以解決這個問題，通過讓紙張經(jīng)過星型滾輪，使其僅接觸到紙張上比較硬的地方，以便在其滾到潮濕區(qū)域時也不留下墨水軌跡，惠普 Pro X系列打印機的紙張路徑使用了超過300個行星齒輪，以便能夠精確控制紙張的運動。

除此之外，惠普Pro X打印機上輸出托盤旁邊有一個活動片，可在打印時控制紙張卷曲。打印機不工作時，活動片是關(guān)閉的。而在干燥環(huán)境中打印高密度墨水時，該活動片會部分開啟。當紙張可能會更加卷曲時，該活動片將完全開啟以適當控制紙張卷曲。

如何解決斷線問題

就像多屏拼接電視墻的兩個屏幕間會存在黑邊一樣，這種拼接微芯片會存在類似的問題。每個微芯片都有1μm的邊緣，如果以矩形的方式拼接每個微芯片的話，由于微芯片間的縫隙無法噴墨，所以會導(dǎo)致打印時芯片的邊緣無墨跡，即出現(xiàn)斷線。

矩形拼接的微芯片由于存在無噴嘴的邊緣和間隙，會造成斷線的產(chǎn)生。

為了解決這個問題，惠普PageWide Technology的對手Memjet采用的是斜邊拼接噴嘴模塊的設(shè)計，讓噴嘴對整個打印紙張的打印范圍可以做到均勻覆蓋。

惠普PageWide Technology則采用了交錯式冗余排列的方式，每個芯片末端冗余出30個噴嘴，使得芯片在紙張上的噴墨范圍能夠?qū)崿F(xiàn)相互交錯和重疊，打印機可以通過算法來對重疊區(qū)域進行優(yōu)化，避免芯片邊緣出現(xiàn)打印偽跡。