Революция печати. Технология HP PageWide

Принтеры и многофункциональные устройства с давних пор являются неотъемлемой частью любого офиса. Несмотря на то, что мы живем во время бурно развивающихся технологий и Интернета, объем печати ничуть не сокращается. По статистике, затраты на печать могут составлять до 3% бюджета предприятия! А это довольно внушительные расходы, особенно для малого и среднего бизнеса. При этом не стоит забывать о качестве печати, которая зачастую оставляет желать лучшего. Компания HP всерьез намеревается решить обе эти проблемы с помощью технологии HP PageWide и своей новой линейки принтеров для бизнеса HP Officejet Pro X.

Основные возможности HP OfficeJet Pro X

Прежде всего, стоит отметить, что OfficeJet Pro X не является техническим продолжением какого-либо из предыдущих решений HP — это полностью новый продукт, разработанный с нуля. Инженеры HP характеризуют OfficeJet Pro X как гибридное устройство, сочетающее преимущества струйной и лазерной печати. Среди основных возможностей выделяются:

• Высокая скорость печати — до 70 страниц в минуту;
• Высокий ресурс картриджей — 9200 страниц — черный картридж, 6600 страниц — цветной;
• НИзкая — вкупе с надежностью;
• Высокое качество печати;
• Удобство управления и возможность автоматизации рабочих процессов.

Функциональность новой линейки Officejet Pro X поддерживается с помощью инновационной технологии HP PageWide, о которой мы и поговорим далее.

Что такое HP PageWide?

В основе PageWide лежат передовые технологии коммерческой печати, которые были адаптированы для работы в малых рабочих группах. Стоит отметить, что сама технология не нова: уже несколько лет компания HP использует ее в своих высокопроизводительных цифровых рулонных печатных машинах InkJet Web Press, которые применяются для изготовления книг, газет, бюллетеней и другой подобной продукции. Суть PageWide заключается в использовании неподвижной печатающей головки шириной на всю страницу — в процессе печати движутся лишь листы бумаги, проходящие через печатающую головку для нанесения чернил. Это повышает надежность и позволяет принтеру работать бесшумно.

В производстве печатающей головки используется технология Scalable Printing Technology (SPT), которая обеспечивает все преимущества высокоточных процессов, разработанных для производства интегральных схем. При ее использовании все компоненты печатающей головки формируются путем фотолитографии. Например, толщина отдельной камеры с соплом и диафрагмой в печатающей головке не превышает толщину человеческого волоса. Также важно и то, что применение высокоточных процессов обеспечивает изготовление каналов, камер и сопел с субмикронной точностью. Это, в свою очередь, обеспечивает одинаковый объем, скорость и траекторию движения всех капель по всей площади печатающей головки, а следовательно, яркую и четкую печать.

Инженеры HP отмечают, что печатающая головка была разработана с упором на надежность. Например, по всей ее длине располагаются микроскопические «колонны» (или чернильные фильтры), которые препятствуют попаданию посторонних частиц в генераторы капель. Заявленная надежность косвенно подтверждается и сроком службы печатающей головки, равным сроку службы OfficeJet Pro X.

Что касается генератора капель Thermal InkJet, то он представляет собой кремниевую пластину с интегрированной электроникой и нагревательными элементами и отвечает за вывод чернил на бумагу. Схему его конструкции можно увидеть на рисунке выше. На кремниевой подложке располагаются тонкопленочные интегральные электронные схемы, а также нагревательные элементы (резисторы), которые отвечают за выброс капель. Подающее гнездо, изготовленное из кремния (справа), обеспечивает подачу чернил в массивы камер генератора капель, размещенных по обе стороны подающего гнезда.

Такие составляющие генератора, как камера и сопло, изготовлены из одного и того же фотопроявляемого полимера (на рисунке обозначен желто-коричневым цветом). Эта интегральная структура изготавливается из кремния в несколько этапов, включая нанесение полимера, воздействие светом и проявление. Для обеспечения длительного срока службы некоторые элементы (например, тонкопленочные слои на кремниевой подложке, гнездо подачи чернил, камера и сопло) выполнены из материалов, устойчивых к взаимодействию с чернилами.

Если говорить непосредственно о конструкции печатающей головки, то в ее верхней части подключаются картриджи с черными, пурпурными, голубыми и желтыми чернилами, что обеспечивает эффективное регулирование давления и фильтрацию для каждого типа чернил. Такое расположение картриджей также удобно в случае их замены. К слову, поменять картридж сможет каждый: саму процедуру в виде анимации можно просмотреть на панели управления принтера.

Всего в печатающей головке установлены 10 микросхем Thermal InkJet, которые в целях точного взаимодействия с гнездами подачи чернил расположены на жестких, не подверженных деформации пластмассовых подложках. Сам кристалл HP Thermal InkJet включает 1056 сопел для чернил каждого из четырех цветов, то есть всего 4224 сопла. Общее количество сопел на печатающем механизме составляет 42240 штук, что соответствует плотности печати в 1200 точек на дюйм.

К сторонам каждой микросхемы Thermal InkJet подключаются шлейфы, через которые передаются сигналы и подается питание между каждым из кристаллов и печатной платой в печатающей головке. К слову, скорость передачи данных может достигать отметки в 100 Мбит/с.

Конфигурация расположения кристаллов Thermal InkJet имеет шахматную структуру, причем, как видно на фотографии, микросхемы перекрывают друг друга. Перекрытие составляет 30 сопел, и при печати в зонах пересечения используются сопла обоих кристаллов. Такой принцип работы исключает появление артефактов печати в зонах пересечения микросхем.

Проверка качества: автоматические системы

Интересной особенностью PageWide является то, что она предусматривает автоматическую проверку работоспособности всех 42240 сопел печатающей головки. В рамках этой процедуры с помощью специальных датчиков и алгоритмов выполняется поиск сопел, которые не соответствуют заданным характеристикам.

В принтерах OfficeJet Pro X для оценки работоспособности сопел и калибровки печатающей головки используются специальные оптические датчики, которые сканируют бумагу и саму печатающую головку. Датчик для бумаги сканирует печатные диагностические тестовые шаблоны. На основе полученных датчиком данных контроллер подсистемы печати корректирует работу кристаллов Thermal InkJet: например, компенсирует допуски выравнивания между кристаллами или различия в объеме капель, которые могут привести к появлению артефактов на печати. Также в системе присутствует отдельный датчик печатающей головки, который измеряет капли чернил в полете. Он необходим, прежде всего, чтобы обеспечивать стабильное качество печати за счет использования работоспособных сопел вместо неисправных.

Тут стоит сделать небольшое отступление и отметить, что PageWide также предусматривает наличие в комплекте поставки принтера специальной кассеты для обслуживания печатающей головки. Основные функции кассеты — это закупоривание печатающей головки, восстановление работоспособности сопел, очистка сопловой пластины и сбор чернил, использованных для обслуживания. Особенно интересно то, что обслуживание проходит в полностью автоматическом режиме, хотя пользователь может самостоятельно запустить цикл очистки.

Как известно, наиболее распространенным дефектом печати как лазерных, так и струйных принтеров являются непропечатанные или неправильно напечатанные точки в печатных массивах шириной на всю страницу — многие из вас видели заметные невооруженным глазом светлые полосы в темных областях одноцветных изображений. Происходит это из-за неправильной работы одного или нескольких сопел. Однако принтеры OfficeJet Pro X этого недостатка лишены. Благодаря плотности 1200 сопел на дюйм светлые полосы от дефектных сопел практически незаметны. Это происходит потому, что из-за высокой плотности капли чернил из соседних сопел попадают на непропечатанную полосу, закрашивая ее. К тому же в рамках технологии PageWide реализован отдельный алгоритм подмены дефектных сопел работающими.

Для обнаружения неисправных сопел используется технология, которая позволяет измерять характеристики отдельных капель при их вылете из печатающей головки. В основе этой технологии лежит алгоритм под названием Backscatter Drop Detection (BDD) — передовое решение, которое умеет обнаруживать капли на разных фокусных расстояниях. Поддержка разных фокусных расстояний необходима для корректной работы алгоритма, поскольку массивы сопел находятся на разном отдалении от датчика.

Конструкция модуля BDD предусматривает наличие пяти линз, светоизлучающего диода с поверхностным излучателем (на рисунке выше он обозначен фиолетовыми лучами) и четырех фотоэлементов. Общий принцип работы BDD заключается в фиксировании отраженного света от капли, проходящий через коллимированный пучок света (такой пучок света, в котором все лучи параллельны и практически не рассеиваются на расстоянии). Если вдаваться в детали, то технология функционирует следующим образом. Светоизлучающий диод излучает коллимированный пучок света через проекционную линзу, а четыре линзы, формирующие изображение, фокусируют отраженный от капель свет на фотоэлементы. Задняя панель, располагающаяся за печатной головкой, устраняет нежелательное отражение света, что повышает эффективность обнаружения крайне слабого сигнала от отраженного света. Сама же сила сигнала оценивается в зоне выборки глубиной около 10 мм. За обработку отраженного сигнала и оценку работоспособности сопел отвечают аналоговые и цифровые схемы. Интересно, что процедура BDD обычно выполняется, когда принтер неактивен, поэтому она никак не влияет на производительность принтера.

В случае определения дефектных сопел существует два подхода к их подмене: пассивный и активный. Схему работы обоих типов подмены сопел для матрицы размером 1200x1200 точек демонстрирует следующая иллюстрация.

Строки точек идут по странице слева направо, что обозначено на рисунке буквами a-h. Столбцы точек идут сверху вниз, и они связаны с расположением сопел на печатающей головке. Бумага движется вниз, поэтому самые ранние ненапечатанные точки появляются в нижней части страницы и со временем перемещаются наверх. Затем работа принтера прерывается процессами обнаружения и подмены дефектных сопел, и выявленные проблемы устраняются.

Для начала рассмотрим метод пассивной подмены сопел, о котором мы уже упоминали выше. Он осуществляется благодаря их высокой плотности: если одно из них выходит из строя, то соседние компенсируют потерю. Пассивная подмена сопел схематично показана на примере столбца b в нижней половине рисунка. Белыми фигурами обозначены отсутствующие точки, которые при печати образуют на листе светлую полосу. Однако благодаря растеканию чернил из соседних точек эту полосу практически невозможно увидеть в тексте нормального размера. В этом и заключается пассивная подмена сопел.

После того как неисправность сопла обнаруживается, в дело вступает активная подмена сопел. Она особенно эффективна, когда отказывают не одно, а сразу два и более соседних сопел. На основе данных нескольких измерений BDD формируется таблица поиска дефектных сопел, с помощью которой происходит выборка работоспособных единиц, способных заменить неисправные. В некоторых случаях для подмены дефектных сопел удваивается скорость подачи капель из подменных сопел.

При отказе одного сопла для черных чернил в строке b при активной подмене печать осуществляется с помощью соседних сопел для черных чернил попеременно из строк a и c, что наглядно изображено на рисунке выше. Переключение между строками a и c снижает заметность пустого места и предотвращает появление темной линии, которая была бы видна, если бы подмена выполнялась только с одной стороны от строки b.

Случай отказа трех и более соседних сопел (строки e-g на рисунке) интересен тем, что при активной подмене используются не только черные, но и цветные чернила. В случае строк e-g ее крайние точки печатаются черными чернилами, а центральная строка f — темно-серой заливкой, формируемой соплами с голубыми, пурпурными и желтыми чернилами, отвечающими за эту строку.

Усовершенствованные чернила

Особое внимание при разработке PageWide было уделено чернилам. Действительно, качественная печать во многом зависит и от них. Как известно, красящие вещества принтеров могут состоять из красителей и пигментов. Красители состоят из отдельных молекул, а пигменты представляют собой микроскопические цветные частицы, диаметр которых сопоставим с длиной волны видимого света. И красители, и пигменты позволяют создавать яркие и красочные изображения. Однако в рамках технологии HP PageWide выбор был сделан в пользу пигментов — прежде всего, благодаря глубине и насыщенности цветов и устойчивости к выцветанию и размыванию как на офисной, так и на мелованной бумаге.

Чернила PageWide представляют собой жидкость и состоят из красящих веществ и связующего вещества, которое переносит красящее вещество на бумагу. В данном случае связующее вещество состоит в основном из воды, однако в него также добавлены своего рода присадки, обеспечивающие надежную подачу капель и контроль взаимодействия чернил с бумагой.

Сами чернила попадают на бумагу следующим образом. В печатающем механизме создается электрический разряд продолжительностью около микросекунды. Он попадает на микроскопический резистор в генераторе капель (камере с каналом и соплом, куда подаются чернила). Затем тонкий слой чернил испаряется, принимая форму пузырька, который «выстреливает» каплю из сопла со скорость примерно 10 метров в секунду. Покинув печатающую головку, капля чернил пролетает примерно 1 мм и оставляет точку на бумаге в указанном месте. Эта процедура может повторяться в каждом генераторе капель десятки тысяч раз в секунду. Кстати, объем каждой капли составляет всего 6 пиколитров! Для наглядности: объем средней капли дождя составляет несколько тысяч пиколитров.

После попадания на бумагу чернильные пигменты должны быстро фиксироваться — для обеспечения четкости и цветовой насыщенности. Чернила PageWide эффективно взаимодействуют с любым типом бумаги, однако для получения наилучшего результата печати технология предусматривает использование специальной бумаги ColorLok.

ColorLok — специальная бумага

По большому счету, для качественной печати бумага важна так же, как и чернила. Почему? При попадании чернил на бумагу начинаются сложные физические процессы и химические реакции, поэтому для достижения высочайшего качества бумага должна обладать определенными свойствами.

Компания HP разработала специальную бумагу ColorLok, отвечающую самым высоким требованиям. Она обеспечивает более насыщенный черный цвет и более яркие цвета. При этом структура бумаги способствует более быстрой фиксации чернильных пигментов на поверхности. Это стало возможно благодаря использованию различных положительно заряженных солей в составе бумаги, которые максимально быстро связываются с отрицательно заряженными пигментами чернил PageWide, не разнося частицы пигмента по поверхности листа, то есть не размазывая их.

Тракт подачи бумаги: нововведения

В рамках технологии HP PageWide была разработана новая подсистема подачи бумаги для соответствия требованиям печати шириной на всю страницу. Она позволяет эффективно стабилизировать и контролировать прохождение бумаги на всех этапах, начиная от захвата листа и заканчивая его попаданием в выходной лоток. Схему подсистемы можно увидеть на следующем рисунке.

При односторонней печати лист движется вверх мимо левой направляющей дверцы, проходит через печатающий механизм и попадает в выходной лоток. В конструкции тракта подачи бумаги также предусмотрен модуль двусторонней печати, который изменяет направление движения листа для печати на обратной стороне.

Каждому из нас хоть раз приходилось доставать застрявший лист из принтера, поэтому отдельное внимание разработчики уделили именно этой проблеме: были усовершенствованы механизм захвата бумаги и подпружиненный лоток для подачи бумаги.

Помимо этого, инженеры доработали тракт подачи бумаги для обеспечения равномерного движения бумаги в зоне печати: неравномерное движение листа может привести к появлению темных или светлых полос и неровных линий. Само движение бумаги осуществляется тонкими металлическими шестернями, касающимися бумаги только острыми концами зубцов. Сделано это, чтобы бережнее обращаться с влажной бумагой. Также в тракте применяется ряд механизмов фиксации листа для правильного расположения печати.

Что касается производительности печати с использованием технологии PageWide, то в режиме односторонней печати она достигает отметки в 70 страниц в минуту, в профессиональном режиме ISO — 42 страницы в минуту. Пиковая скорость двусторонней печати составляет 33 страницы в минуту для стандартного режима и 22 страницы в минуту — для режима ISO.

PageWide и энергосбережение

Все продукты компании HP, использующие технологию PageWide, соответствуют международному стандарту EnergyStar. Такие устройства потребляют мало энергии при работе и во время простоя. В среднем, принтеры HP с поддержкой PageWide потребляют примерно на 50% энергии меньше, чем цветные лазерные принтеры, но при этом печатают в два раза быстрее. Если говорить о конкретных цифрах, то решение OfficeJet Pro X551dw в рабочем режиме потребляет всего 48 Вт, а в режиме простоя — 9 Вт. К тому же принтер имеет очень малое энергопотребление в спящем режиме — всего лишь 0,95 Вт.

Заключение

Компания HP не стесняется называть PageWide революционной технологией. Мы вынуждены согласиться: ее характеристики и возможности действительно производят впечатление. Высокое качество цветной и черно-белой печати, топовая производительность, надежность, экономичность — что еще нужно для небольшого офиса? Вопрос, впрочем, риторический.

Интересно, что преимуществами МФУ OfficeJet Pro X и технологией PageWide в частности уже пользуется целый ряд компаний. Так, Роберт Блеккер (Robert Bloecker), вице-президент компании Rapid Color Printing, утверждает, что раньше его сотрудникам требовалось 8-10 часов на печать ежемесячных балансовых ведомостей. Однако, вооружившись Officejet Pro X451, им удалось сократить это время наполовину. В пересчете на деньги, каждая распечатанная страница обходилась компании в 7-8 центов. Теперь же страница стоит порядка 3 центов. А ведь компания печатает тысячи и тысячи страниц в месяц.