ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE KATEDRA MAPOVÁNÍ A KARTOGRAFIE
Digitální tisk - princip a vývoj semestrální práce
Stelšovský, Těhle, Nepřašová, Procházka Editor: Kratinohová Zuzana
V Praze dne 7. 1. 2010
Kartografická polygrafie a reprografie
Úvod Tato semestrální práce je zaměřena na princip a vývoj digitálního tisku a to od jehličkových tiskáren až po laserové tiskárny. Pod pojmem digitální tisk se rozumí takový způsob tisku, kdy lze vytvořit tiskoviny přímo z počítače bez dalšího mezikroku a to již od jednoho kusu.
1
Vývoj
První pokusy o digitální tisk začaly pochopitelně s nástupem prvních počítačů. Historicky první tiskárnou o které se už nechá tvrdit že tiskla digitálně byla jehličková tiskárna LA30. Tato tiskárna tiskla 30 znaků za sekundu a byla uvedena na trh v roce 1970 firmou Digital Equipment Corporation v Maynardu, Massachusetts. Snaha nahradit ne příliš kvalitní jehličkové tiskárny inkoustovými tiskárnami začala už od 70. let. V té době byl ovšem s inkoustovým tiskem ještě značný problém, který se vyřešil až s pokrokem výrobních technologií. Počátkem 90. let se kvalita a cena inkoustových tiskáren dostaly na takovou úroveň, že se staly, i díky barevnému tisku, na celém světě velmi oblíbené a vyhledávané a to jak v domácím, tak i kancelářském využití. Historie laserových tiskáren je spjata se jménem Gary Starkweather, který laserovou tiskárnu vyrobil v Xerox PARC modifikací kopírky Xerox již v roce 1971. V roce 1976 firma IBM instalovala první laserovou tiskárnu IBM 3800, nicméně do komerčního prostředí se dostala až tiskárna Xerox 9700 od firmy Xerox a to v roce 1977. Do domácností nabídla laserovou tiskárnu HP Laserjet 8ppm firma HP až v roce 1984. V dnešní době se digitální tisk ve většině případů již provádí na bázi laserového tisku pomocí suchých tonerů, které vyrábějí téměř všichni velcí výrobci domácích a kancelářských zařízení. Dříve se nenabízela tak vysoká kvalita tisku, která by mohla být srovnána s ofsetovým tiskem, ale dnes se situace změnila. Mnoho výrobců nabízí produkční stroj, který nabídne jak odpovídající tiskovou rychlost, tak i kvalitu.
2 2.1
Druhy tiskáren a jejich princip Jehličková tiskárna
Princip Tyto tiskárny používají k tisku tiskovou hlavu, která se pohybuje ze strany na stranu po listu papíru a přes barvící pásku naplněnou inkoustem se na papír otisknou jemné body. Z těch se následně skládají písmena a obrázky. Lze si to také představit jako klasický psací stroj ovšem s tím rozdílem, že si můžeme vybírat různé druhy písma, nebo popřípadě tisknout obrázky. Vzhledem k tomu, že se při tisku využívá mechanického tlaku, tak tyto tiskárny mohou vytvářet kopii průpisem (tzv. přes kopírák).
1
Obr. 1: Princip jehličkové tiskárny Typy tiskáren U jehličkové tiskárny se k tisku využívá tisková hlava, která obsahuje sadu pod sebou umístěnou jehliček. V závislosti na počtu těchto jehliček se dále jehličkové tiskárny rozlišují na: ∙ 1 jehličkové a 2 jehličkové: technické rarity vyráběno svého času v ČSSR ∙ 7 jehličkové: poskytují tisk s velmi nízkou kvalitou a jsou používány pouze ve speciálních případech, kde na kvalitu tisku nejsou kladeny téměř žádné nároky ∙ 9 jehličkové: dovolují tisk v režimu NLQ (Near Letter Quality). Tento režim svou kvalitou tisku odpovídá přibližně kvalitě elektrického psacího stroje. Tyto tiskárny jsou vhodné pro tisky výpisů programů a pro tisk dokumentů, na jejichž kvalitě příliš nezáleží. ∙ 24 jehličkové: V roce 1980 zvýšili výrobci počet jehliček až na 24. Zvýšení počtu bylo nezbytné kvůli obchodu na asijských trzích a nečitelnosti znakového písma. Tyto tiskárny umožňují kvalitnější tzv. LQ (Letter Quality) režim tisku. V porovnání se staršími modely s menším počtem jehliček je tisk rychlejší a kvalita tisku vyšší. Použití jehličkové tiskárny dnes Jehličkové tiskárny se již moc nevyužívají, neboť kvalitou tisku nemůžou konkurovat inkoustovým nebo laserovým tiskárnám. Dnes je můžeme najít v zařízeních jako jsou pokladny, bankomaty, nebo prodejní terminály. Jsou více odolné vůči teplotě a špatným provozním podmínkám a tak je můžeme najít v mnoha průmyslových zařízeních. 2
Výhody jehličkových tiskáren Tyto tiskárny mají velmi nízké náklady na tisk a další výhodou je, že tisková páska se opotřebovává postupně a nedojde najednou. Stejně tak je často používán "nekonečný"papír s boční perforací, který může být tenčí (a tím i levnější) a jeho vedení tiskárnou je spolehlivější. Nevýhody jehličkových tiskáren Většinou dosti hlučné a pomalé, lze tisknout jen grafiku s nízkým rozlišením a omezenou paletou barev, velice náchylné k ohnutí jehliček.
2.2
Inkoustová tiskárna
Princip tisku inkoustove tiskárny Princip tisku je založen na tom, že inkoust je na papír vymršťován velkou rychlostí v podobě kapek o velikosti 35 pl (pikolitr). Objem kapek má na kvalitu tisku velký vliv. Některé tiskárny mají funkci měnitelného objemu kapek. Rychlost kapek se pohybuje mezi 50 a 100 km/h, vzdálenost mezi listem papíru a tiskovou je zhruba 1 mm. ∙ Termální inkoustové tiskány: V termální inkoustové tiskárně pracuje tisková hlava s tepelnými tělísky zahřívajícími inkoust.Při zahřátí vznikne v trysce bublina, která způsobí vymrštění inkoustové kapky na papír. ∙ Piezoelektrické inkoustové tiskárny: Tisková hlava v tiskárně pracuje s piezoelektrickými krystaly, což jsou vlastně destičky schopné měnit svůj tvar. Trysky jsou uloženy v komůrkách z piezoelektrických krystalů. Tyto Obr. 2: Princip termální inkoustové komůrky jsou roztahovány a zužovány a tryska tiskárny podle toho vystřikuje inkoust. ∙ Voskové inkoustové tiskárny: Způsob tisku se podobá tisku termální inkoustové tiskárny, rozdíl je však v inkoustu. Ve voskových inkoustových tiskárnách je místo tekutého inkoustu užíván speciální vosk (bývá také nazýván tuhý inkoust). Tiskárny se liší i tím, že dokáží namíchat potřebnou barvu bodu i bez nutnosti překrývání rastrů. Tisk je kvalitnější a také podání barev je živější. Inkoust Pro barevný tisk je nutný systém barev schopný namíchat ostatní odstíny a barvy. Nejčastěji se používá systém CMYK – z angličtiny azurová (Cyan), purpurová (Magenta), 3
žlutá (Yellow) a černá (blacK). Někdy je v systému ještě jedna cartridge s černým inkoustem zvlášť pro tisk stínu a různých odstínů černé a šedé na fotografiích. Dalším barevnám systémem, který se používá a to především v některých inkoustových tiskárnách, bývá CMYKcm – zde je ještě navíc světlejší varianta azurové a purpurové.
Obr. 3: uložení inkoustu v tiskárně
Druhy Inkoustu ∙ Homogenní inkoust: Tento inkoust je ředitelný vodou, což mu umožňuje nasáknutí do papíru. Potisk je tak odolnější proti vnějším vlivům. ∙ Pigmentový inkoust: Naproti tomu tento inkoust obsahuje nerozpustné částice, které zůstávají na povrchu papíru. Tento typ inkoustu je nejvhodnější pro tisk textu a to proto, že vytváří dobře čitelné ostré hrany. Výhody inkoustových tiskáren Klidnější provoz, jemnější tisk , kvalitní fotografický tisk, černobílý i barevný tisk, hladší detaily, relativně nízká pořizovací cena a další. Nevýhody inkoustových tiskáren Inkoust je často velmi drahý, trysky jsou náchylné k ucpání uschlým inkoustem, inkoustový potisk je rozpustný ve vodě a proto je třeba chránit dokumenty před každou kapkou, životnost inkoustů je časově omezená neboť časem vyblednou.
4
2.3
Bublinkové tiskárny
Tyto tiskárny používají k vytváření kapek tlaku, který v tiskové komůrce vytvářen bublinkou vypařujícího se inkoustu. Základní uspořádání tiskového mechanismu je znázorněno na obrázku. Řada tiskových komůrek je vytvořena v základním materiálu (polymer). Jednotlivé komůrky jsou napojeny na rozváděcí kanál, kterým se do nich kapilární vzlínavostí plní inkoust. Přední strana komůrky je zakryta niklovou destičkou, ve které je otvor představující trysku. Zadní strana je zakryta křemíkovou deskou (dobrý odvod tepla). Na křemíkové desce je uvnitř komůrky polovodičové topné tělísko. Jednotlivé komůrky jsou v odstupu, který odpovídá požadované bodové hustotě tisku.
Obr. 4: Bublinková tiskárna. Řez při pohledu zpředu (vlevo) a z boku (vpravo)
2.4
Laserová tiskárna
Princip tisku laserové tiskárny Hlavní součástí laserové tiskárny je kovový válec, který je pokryt vrstvou polovodiče, obvykle to bývá selen. Mechanický stěrač setře zbytky toneru a žárovka odstraní náboj z předchozí fáze tisku. Poté je povrch válce v celé šířce nabit z korony. V bodech, které se mají tisknout je válec osvícen laserem, tím je odpor polovodiče v bodě snížen a náboj z povrchu se vybije do středu válce. Toner (suchý jemný prášek) je vlivem otáčení válce nabit na stejnou polaritu jako povrch válce a přilne k válci pouze na místech, kde byl odstraněn náboj. V ostatních místech je toner od válce odpuzován, protože má stejnou polaritu. Následně se toner přenese z válce na papír, který je nabit na opačnou hodnotu než povrch válce. Papír se pod válec dostane ze vstupního zásobníku a je nabit opačným nábojem než povrch válce a toner. Toner se z míst na válci s neutrálním nábojem přenese na papír, který je nabit nábojem opačným (než toner). Dále je toner pomocí vysoké teploty (okolo 180∘ ) a tlaku roztaven a zapečen do papíru a následně je z papíru sejmut náboj a papír je uložen do výstupního zásobníku. 5
Obr. 5: princip laserové tiskárny Varianty tiskáren ∙ Laserová s deflektorem: Laserový paprsek prochází deflektorem, což je součástka, která v závislosti na přivedeném napětí propouští nebo nepropouští světlo (laserový paprsek). Napětí přivedené do deflektoru je obrazem bitmapy tištěné stránky. Rotující zrcátko (hranol) rozprostírá paprsek po celé šířce válce. ∙ LED: V LED tiskárně je celá soustava laseru a příslušné optiky nahrazena řadou nebo maticí LED v těsné blízkosti válce a pokrývající celou jeho šířku. Každá z těchto diod ozařuje na válci jeden bod ze vstupní bitmapy.
2.5
Barevné laserové tiskárny
Barevné laserové tiskárny pracují na principu subtraktivního míchání barev. Tiskárna proto musí mít čtyři tiskové jednotky (pro základní složky Cyan, Magenta, Yellow a doplňující složku Black). Vzájemné uspořádání tiskových jednotek se u různých typů barevných laserových tiskáren liší. Někdy se k přenosu barviva na papír používá kromě válce i přenosový pás, na který se postupně přenáší obrazy z tiskových válců jednotlivých tiskových jednotek.
Obr. 6: Různé uspořádání barevných laserových tiskáren (podle OKI)
6
2.6
Tepelné tiskárny
Přímý tisk Tiskárny používající speciální papír. Základem je tisková hlava, která je vybavena řadou polovodičových topných tělísek, která odpovídají jedné rastrové řádce tištěného obrazu. Poté následuje posuv papíru o rozteč rastrových řádek a tisk dalšího rastrového řádku. Každé topné tělísko může být vybaveno samostatným regulačním obvodem, který umožňuje rychlé dosažení požadované teploty a zabraňuje přehřátí tělíska. Tisk se provádí na speciálně upravený papír – v místě ohřevu se změní barva papíru. Termotransferový tisk Jedná se o sublimační tisk, princip je stejný jako u přímého termálního tisku, jen je mezi hlavou a papírem speciální termotransferová fólie, ze které se barva teplem přenese na potiskované medium. Barvivo je v přímém kontaktu s papírem. K jeho přenosu na papír dojde pouze v místech, kde je barvivo tepelnou tiskovou hlavou roztaveno. Při tisku se fólie s barvivem postupně posouvá tak, aby nad tiskovou hlavu bylo přiváděno nové barvivo. Při barevném tisku jsou na nosné fólii střídavě naneseny proužky s barvivem v základních barvách (CMYK). Tisk se provádí postupně čtyřmi průchody papíru tiskárnou. Při každém průchodu se fólie s barvivem posune a nastaví nad tiskovou hlavu další barevný proužek. Výhody tepelných tiskáren Výhodou je, že jediným spotřebním materiálem je u přímého tisku papír, další výhodou je vysoká rychlost tisku a malá hlučnost. U termotransferového tisku je výhoda, že tisk se může provádět nejen na obyčejný papír, ale i na např. plastové karty, štítky nebo fotografie o vysoké kvalitě. Nevýhody tepelných tiskáren Nevýhodou u přímého tisku je vyšší cena papíru a malá stabilita tisku. Tento druh tisku se často používá v supermarketech. Tepelné tiskárny používající speciální barviva K tisku se používá speciální termoplastická barviva, nanesená ve formě proužků na nosné fólii. Barvivo je v přímém kontaktu s papírem. K jeho přenosu na papír dojde pouze v místech, kde je barvivo tepelnou tiskovou hlavou roztaveno. Při tisku se fólie s barvivem postupně posouvá tak, aby nad tiskovou hlavu bylo přiváděno nové barvivo. Při barevném tisku jsou na nosné fólii střídavě naneseny proužky s barvivem v základních barvách (CMYK). Tisk se provádí postupně čtyřmi průchody papíru tiskárnou. Při každém průchodu se fólie s barvivem posune a nastaví nad tiskovou hlavu další barevný proužek.
7
Obr. 7: Tepelná tiskárna s barvivem neseným na speciální fólii
Obr. 8: Uspořádání barevných proužků na fólii
8
Závěr Digitální tisk se postupně stává využívanou technologií.Využívá se při tisku nižších nákladů tiskovin a začínají se objevovat nové typy zakázek, které daleko lépe zvládá digitální tisk oproti ofsetovému tisku, který se využívá na tisk novin, letáků, katalogů atd. Můžeme tedy předpokládat, že zájem o digitální tisk i nadále poroste.
Literatura [1] : WWW stránky, [online], [cit. 2009-05-26], URL: http://infyz.cz/data/skola/inf/ html/technologie/technologie_tisku.htm [2] NAVRÁTIL, V.: WWW stránky, [online], [cit. 2009-05-26], URL: http://www. grafika.cz/art/tiskarny/ldshot.html [3] : WWW stránky, [online], [cit. 2009-05-26], URL: http://cs.wikipedia.org/wiki/ Laserov%C3%A1_tisk%C3%A1rna [4] WWW stránky: WWW stránky, [online], [cit. 2009-05-26], URL: http://cs. wikipedia.org/wiki/Inkoustov%C3%A1_tisk%C3%A1rna [5] : WWW stránky, [online], [cit. 2009-05-26], URL: http://cs.wikipedia.org/wiki/ Jehli%C4%8Dkov%C3%A1_tisk%C3%A1rna>
9
