Как работает принтер

Принтер переносит изображение на бумагу двумя принципиально разными способами. Струйный принтер наносит на лист микроскопические капли жидких чернил через ряд тонких сопел в печатающей головке. Лазерный принтер сначала создаёт на вращающемся барабане невидимый электростатический узор, притягивает к нему сухой порошок - тонер, переносит его на бумагу и расплавляет нагретым валом, чтобы порошок намертво впаялся в волокна. Оба способа решают одну и ту же задачу - положить краситель точно в нужную точку листа, но делают это настолько по-разному, что от выбора принципа зависят и резкость картинки, и скорость печати, и то, во сколько в итоге обходится каждая напечатанная страница.

Как чернила превращаются в каплю в струйном принтере

Сердце струйного принтера - печатающая головка с рядами сопел, диаметр каждого из которых меньше толщины человеческого волоса. Головка либо ездит по каретке слева направо и обратно, печатая полосу за полосой, либо (в некоторых офисных моделях) остаётся неподвижной во всю ширину листа, а сама бумага протягивается под ней роликами. За один проход головка выбрасывает через каждое сопло десятки, а то и сотни капель в секунду, и от их точного расположения зависит итоговая картинка.

Существует два способа заставить каплю чернил вылететь из сопла именно в нужный момент.

Первый способ - термоструйная технология, её используют, например, HP и Canon. Рядом с каждым соплом стоит крошечный нагревательный элемент. За доли миллисекунды он разогревается до высокой температуры, чернила в тонком слое рядом с ним мгновенно вскипают, и образовавшийся пузырёк пара резко расширяется, выталкивая каплю чернил наружу - примерно как поршень выдавливает жидкость из шприца. Как только пузырёк схлопывается, в освободившееся пространство сопла подсасывается новая порция чернил из резервуара, и цикл готов повториться.

Второй способ - пьезоэлектрическая технология, её использует Epson. Вместо нагревателя в каждом сопле установлена тонкая пластинка из пьезоэлектрического материала - вещества, которое меняет форму, если к нему приложить электрическое напряжение. Управляющий импульс заставляет пластинку резко изогнуться и физически вытолкнуть каплю чернил, без всякого нагрева. Поскольку форму импульса можно менять более гибко, чем скорость вскипания жидкости, пьезоголовки обычно точнее управляют размером и формой капли, что даёт более плавные переходы тона - это одна из причин, почему принтеры этого типа традиционно ценят за качество фотопечати.

Сколько именно точек может положить головка на единицу площади, определяет заявленное разрешение печати в точках на дюйм: чем плотнее расположены капли и чем тоньше принтер умеет регулировать их размер, тем более сложное и плавное изображение получится на выходе.

Почему чернила уходят не только на страницу

Чернила на водной основе - это не просто краситель, а смесь пигмента или красителя, растворителя и добавок, которые не дают составу высыхать в открытом сопле. Но если принтер подолгу простаивает, чернила у самого выхода из сопла всё равно постепенно подсыхают и образуют плёнку, которая забивает канал. Чтобы это предотвратить, принтер периодически сам, без команды пользователя, запускает цикл прочистки сопел: продавливает через них порцию чернил, которая уходит не на бумагу, а в специальный впитывающий памперс внутри корпуса. Пользователь этого не видит, но объём картриджа расходуется и на эти служебные циклы, а не только на реальную печать. Чем реже используется принтер, тем ощутимее эта статья расхода - у аппарата, который печатает раз в месяц пару страниц, доля чернил, ушедших на обслуживание, может оказаться сопоставима с долей, ушедшей на сам текст.

Как лазерный принтер создаёт скрытое изображение

Ключевой узел лазерного принтера - фотобарабан, цилиндр, покрытый светочувствительным слоем. В темноте внутри принтера заряжающий валик (или, в старых моделях, тонкая проволочка - коротрон) равномерно заряжает поверхность барабана статическим электричеством, как расчёску, которой провели по шерсти.

Дальше в дело вступает источник света - в классической схеме это лазерный диод, луч которого направляется на быстро вращающееся многогранное зеркало. Зеркало разворачивает узкий луч в горизонтальную линию, построчно пробегающую вдоль барабана, пока сам барабан медленно вращается, подставляя лучу новую полосу. Модуляция лазера (он включается и выключается тысячи раз за одну строку) определяет, в какую именно точку барабана луч попадёт, а в какую нет. Там, где луч касается поверхности, заряд в этой точке нейтрализуется - в светодиодных принтерах вместо одного лазера и зеркала используется неподвижная линейка светодиодов во всю ширину барабана, но результат тот же. Так на барабане появляется невидимая глазу картина из заряженных и разряженных участков, в точности повторяющая контуры будущего отпечатка - её называют скрытым, или латентным, изображением.

Как порошок тонера превращается в готовый отпечаток

Тонер - это не жидкость, а мелкодисперсный сухой порошок: полимерная, то есть пластиковая, основа, в которую вмешаны пигмент и служебные добавки, в частности вещества с магнитными свойствами, которые используются в некоторых конструкциях для транспортировки порошка внутри картриджа.

Рядом с барабаном вращается девелопер-ролик, покрытый тонким ровным слоем тонера. За счёт разницы электрических потенциалов между роликом и барабаном частицы порошка перескакивают именно на те участки барабана, которые несут нужный заряд - то есть точно повторяют скрытое изображение, но теперь уже видимым слоем порошка.

Затем лист бумаги подаётся между барабаном и расположенным с обратной стороны переносящим валиком. Валик создаёт ещё более сильное электрическое поле противоположной полярности, которое буквально перетягивает частицы тонера с барабана на бумагу. На этом этапе изображение уже видно, но держится оно на листе крайне непрочно - слой тонера можно стереть пальцем.

Финальный и обязательный этап - печка, или узел термозакрепления: бумага проходит между двумя валами, один из которых нагрет обычно до полутора-двух сотен градусов Цельсия. Под температурой и одновременным давлением частицы полимера в тонере плавятся и буквально впаиваются в волокна бумаги, образуя прочный, устойчивый к истиранию слой, который не смывается водой и не стирается от лёгкого прикосновения. После переноса барабан очищается от остатков тонера специальным чистящим лезвием - ракелем - и разряжается перед тем, как заряжающий валик подготовит его к следующему циклу.

Почему отпечаток лазерного принтера обычно обходится дешевле

Разница в цене страницы складывается из нескольких факторов, и все они - прямое следствие описанной выше механики.

Ёмкость расходника. Тонер-картридж рассчитан на печать существенно большего числа страниц, чем сопоставимый по назначению чернильный картридж: сухой порошок ложится на бумагу экономным тонким слоем, а не впитывается в толщу листа. Даже если сам тонер-картридж стоит заметно дороже чернильного в пересчёте на штуку, цена деления его стоимости на реальный ресурс страниц получается ниже.

Расход материала на единицу текста. Жидкие чернила частично впитываются в бумагу глубже, чем требуется для видимого изображения, а часть, как уже говорилось, тратится на регулярные циклы прочистки сопел. Тонер в этом смысле экономнее: порошок либо ложится на нужный участок, либо счищается с барабана ракелем обратно в картридж и участвует в следующем цикле.

Устойчивость к простою. Тонер - сухой порошок, он не высыхает и не портится, даже если принтер месяцами стоит без дела. Открытый чернильный картридж, напротив, теряет часть содержимого на постоянные циклы обслуживания, а при долгом простое головка вообще может забиться настолько, что потребует замены.

Ресурс печатающего узла. В лазерном принтере барабан и ракель - это отдельный узел с собственным большим ресурсом, который меняется гораздо реже, чем расходуется тонер. В струйном принтере печатающая головка нередко встроена прямо в картридж (характерно для HP и Canon) и заменяется вместе с ним, либо изнашивается вместе с самим принтером на протяжении всего срока службы (характерно для Epson) - и её ремонт или замена становится дополнительной статьёй расходов, которой у лазерного принтера в такой форме попросту нет.

Точную стоимость страницы у конкретной модели можно посчитать только по цене реальных расходников для неё в конкретном магазине - универсального числа здесь нет и быть не может, слишком по-разному производители комплектуют и оценивают картриджи. Но общее соотношение устойчиво воспроизводится год за годом: печать текста на лазерном принтере, как правило, обходится дешевле в пересчёте на страницу, чем печать того же объёма текста на струйном.

Почему у части струйных принтеров вместо картриджей - бак с чернилами

У части современных струйных принтеров нет привычных маленьких картриджей вовсе - вместо них сбоку корпуса встроены прозрачные баки, которые заправляются из отдельных бутылочек чернил. Такую конструкцию, встроенную прямо производителем, стоит отличать от кустарных внешних систем, которые мастерские в своё время допаивали к обычным принтерам с картриджами: заводской бак - часть исходной конструкции принтера, а не переделка. Смысл в обоих случаях один: заменить дорогой в пересчёте на миллилитр маленький картридж на большой резервуар, который заправляется дешёвыми бутылками чернил.

Экономика здесь меняется заметно. Бутылка чернил по объёму в разы больше стандартного картриджа, а цена миллилитра в ней обычно ниже, потому что производителю не нужно закладывать в неё стоимость сопел, электроники и корпуса картриджа - вся эта начинка не расходуется заново при каждой заправке, а остаётся в печатающей головке принтера. За счёт этого цена одной напечатанной страницы на принтере с баком для чернил может оказаться сопоставима с ценой страницы на лазерном принтере, а иногда и ниже, особенно при активной печати текста. Стартовая цена самого такого струйного принтера при этом обычно выше, чем у сопоставимой модели с обычными картриджами: производитель закладывает более сложную конструкцию бака и системы подачи заранее, а зарабатывает уже позже, на сравнительно недорогих бутылках чернил.

Такая конструкция не отменяет физику самого процесса печати - капли по-прежнему выбрасываются через сопла термоструйным или пьезоэлектрическим способом, просто резервуар для чернил стал больше и дешевле в пересчёте на миллилитр. Риск подсыхания сопел при долгом простое сохраняется точно так же, как и у обычного струйного принтера с маленькими картриджами, потому что он связан не с размером бака, а с самой печатающей головкой и открытыми на конце соплами.

Когда выгоднее выбрать каждый из типов

Струйный принтер оправдан там, где печать нерегулярна и в первую очередь важен цвет: домашние фотографии, плавные градиенты неба или кожи на портретах, поздравительные открытки. Жидкие чернила, впитываясь в специальную фотобумагу, дают более плавные переходы тона, чем дискретные частицы тонера, а порог входа по цене самого устройства обычно ниже, чем у цветного лазерного аналога. Обратная сторона - тот самый риск подсыхания при долгих паузах между сессиями печати и более высокая цена страницы при активном ежедневном использовании.

Лазерный принтер выигрывает там, где печатают много и в основном текст или чёткую графику: офисные документы, счета, инструкции, учебные материалы. У него нет проблемы высыхания при простое, он обычно быстрее выдаёт страницы в минуту и дешевле обходится в пересчёте на большой объём печати. Обратная сторона - более высокая стартовая цена, особенно у цветных моделей, где четыре тонер-картриджа и более сложная оптическая система стоят заметно дороже, чем цветная струйная альтернатива, и менее плавная передача полутонов на фотографиях по сравнению со струйной печатью на специальной бумаге.

Что ещё, помимо принципа печати, влияет на итоговый результат

Даже внутри одного и того же принципа печати конкретные модели заметно различаются между собой. Разрешение печати определяет детализацию картинки: чем выше заявленное число точек на дюйм, тем более сложные переходы способен передать принтер. Число цветов тоже имеет значение: некоторые фотопринтеры используют не четыре, а шесть и более чернильниц, добавляя, например, светло-голубой и светло-пурпурный цвета именно для того, чтобы сгладить переходы там, где четырёх базовых цветов недостаточно. Заявленный производителем рекомендованный месячный объём печати подсказывает, для какой нагрузки на самом деле спроектирован узел - печатающая головка или барабан с печкой, и превышение этой нормы обычно быстрее изнашивает механизм независимо от типа принтера. Скорость печати в страницах в минуту в основном определяется тем, насколько быстро механика способна двигать головку или вращать барабан, а не самим принципом печати - среди лазерных моделей есть и медленные бытовые, и очень быстрые офисные, то же справедливо и для струйных.

Итог

Оба типа принтеров решают одну задачу - точно положить краситель на лист бумаги, но идут к ней разными физическими путями: один продавливает жидкость через микроскопические сопла, другой рисует зарядом на барабане и переносит на бумагу сухой порошок, который потом впаивает нагревом. Именно из этой разницы в механике вырастают и разница в цене отпечатка, и разница в областях, где каждый тип принтера раскрывается лучше: струйный - там, где важен цвет и печать нерегулярна, лазерный - там, где печатают часто и в основном текст.