Bakalářská práce. Moderní technologie tisku a jejich srovnání. Tomáš Mačuga

Masarykova univerzita, Fakulta informatiky

Bakalářská práce

Moderní technologie tisku a jejich srovnání

Tomáš Mačuga

2007

Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Tomáš Mačuga

Shrnutí Úkolem této práce bylo provést srovnání moderních technologií tisku a popsat problematiku týkající se správy barev. Práce je podpořena záběry z mikroskopu dokumentující rozdílnosti v konstrukcích odlišných tiskových hlav. Hlavní přínosem je možnost srovnání vývoje tiskových hlav, který prodělaly v průběhu více než jedné dekády. Jako testované vzorky byly vybrány dvě inkoustové a jedna laserová tiskárna. Každá z inkoustových tiskáren se nachází na opačném konci vývoje. Pro porovnání kvality tisku současných technologií tisku byla k této dvojici přidána ještě moderní barevná laserová tiskárna. Pro každou z testovaných tiskáren byl vytvořen barevný profil, pomoci kterého byly později vytištěny srovnávané výtisky. Srovnávání výtisků bylo prováděno pod mikroskopem s různou úrovní zvětšení. Byly pořízeny vždy čtyři sady záběrů, které se vzájemně porovnávaly. Součástí práce je stručné seznámení s postupem generování profilu, osvětlení výhod používání barevných profilů a popis práce s gamuty výstupních zařízení. Práce začíná letmým seznámením s metodami správy barev, snaží se čtenáři dát alespoň základní vědomosti nutné pro pochopení problematiky správy barev. Pokračuje stručným popisem procesu generování barevného profilu. Práce je podpořena ukázkami obrazovek softwaru pro tvorbu barevných profilů a popisem jejich obsahu. V části věnované inkoustovému tisku je čtenář seznámen s historií a různými technologiemi inkoustového tisku jako např. s kontinuálním, termálním či piezo-elektrickým inkoustový tiskem. Práce se zabývá také typy tiskových hlav, složením a parametry inkoustu a dalšími neméně důležitými součástmi této opravdu široké oblasti. Velký prostor je věnován praktické části, která ilustruje vývoj jednorázových tiskových hlav. Je podpořena záběry z mikroskopu. Při její tvorbě bylo pro lepší ilustraci pokroku ve vývoji znehodnoceno hned několika inkoustových kazet. Výsledkem bylo zvýraznění změn, které se za více než deset let od uvedením nejstarší zkoumané kazety do prodeje udály. Třetí část věnovaná laserovému tisku se týkala spíše teoretických základů. Byl popsán způsob tisku, rozdíly v používaných tonerových prášcích a popsány nejnovější trendy vývoje technologie laserového tisku. Mezi tyto nejnovější trendy patří především osazování tiskáren čipy. Čtvrtá závěrečné část je čistě praktická. V této kapitole jsou porovnány výsledky tisku tří zvolených tiskáren, ukázány nedostatky tisku nejstarší z nich. Byla nastíněna problematika rozpíjení inkoustu na nevhodných potiskovaných médiích. V závěru byla ještě provedena jednoduchá kalkulace nákladů tisku testovaných tiskáren na jednu potištěnou stranu.

Klíčová slova Správa barev, ICC profily, kontinuální tisk, termální inkoustový tisk, piezo-elektrický inkoustový tisk, laserový tisk, tonerový prášek, náklady na jednu vytištěnou stránku

Obsah 1. Správa barev................................................................................................................. ...........3 1.1. Podstata správy barev....................................................................................... ...............3 1.2. Historie správy barev.................................................................................................. .....3 1.3. Standardizace v oblasti správy barev.................................................................... ...........4 1.4. Podstata barvy............................................................................................ .....................4 1.5. Přístroje pro měření barev....................................................................... ........................5 1.5.1. Denzitometry................................................................................................ ...........5 1.5.2. Kolorimetry............................................................................................. ................5 1.5.3. Spektrofotometry............................................................................................. ........5 1.6. Metody reprodukce barev.................................................................................... ............5 1.6.1. Aditivní metoda....................................................................................... ................6 1.6.2. Subtraktivní metoda................................................................................................ .6 1.7. Barevné prostory...................................................................................... .......................6 1.7.1. Na zařízení závislé barevné prostory...................................................... .................6 1.7.2. Na zařízení nezávislé (CIE) barevné prostory............................. ............................9 1.8. ICC profily......................................................................................... ...........................11 1.9. Praktická ukázka měření spektrofotometru v prostoru CIE LAB............................... ....11 1.10. Praktická část........................................................................................................... ....12 2. Inkoustový tisk.................................................................................................. ....................15 2.1. Úvod..................................................................................................................... .........15 2.2. Historie inkoustového tisku.......................................................................... .................15 2.3. Kontinuální tisk............................................................................................ .................16 2.4. Drop-on-Demand tisk....................................................................................... .............17 2.4.1. Termální inkoustový tisk.............................................................. .........................17 2.4.2. Piezo-elektrický inkoustový tisk....................................................................... .....18 2.5. Tiskové hlavy....................................................................................... .........................20 2.5.1. Pevná tisková hlava.............................................................................. .................20 2.5.2. Jednorázová tisková hlava..................................................................... ................20 2.6. Náplně pro inkoustový tisk.................................................................................. ..........21 2.7. Komory s inkoustem a trysky......................................................................... ...............22 2.8. Inkoust.................................................................................................................... .......22 2.9. Záběry z mikroskopu......................................................................................... ............25 3. Laserový tisk.................................................................................................... .....................31 3.1. Historie............................................................................................................... ...........31 3.2. Technologie tisku....................................................................................................... ....31 3.3. Dělení laserových tiskáren......................................................................................... ....32 3.3.1. Monochromatické × barevné laserové tiskárny............................ .........................33 3.3.2. Jednoprůchodové × víceprůchodové laserové tiskárny................................ ..........33 3.3.3. Inline × karuselové laserové tiskárny......................................... ...........................33 3.3.4. Tiskárny používající klasický × chemický tonerový prášek............................... ....34 3.3.5. Tiskárny používající tiskový válec × pás.............................................. .................34 3.3.6. Tiskárny s optickým válcem × bez optického válce........................................ .......34 3.4. Typy tonerového prášku..................................................................... ...........................34 3.4.1. Klasický (mechanický) tonerový prášek....................................................... .........35 3.4.2. Chemický tonerový prášek (Chemically produced toner – CPT)..................... ......35 3.5. Sdílení technologií.................................................................................................. .......35 3.6. Osazování tonerových kazet čipy............................................................ ......................36 4. Závěrečné hodnocení.................................................................................................... .........37 4.1. Součásti praktické části....................................................................... ..........................37 4.2. Testované produkty...................................................................................................... ..37 4.2.1. Barevná inkoustová tiskárna HP 560C....................................... ...........................38 4.2.2. Barevná laserová tiskárna HP LaserJet 3700...................................... ...................42 -1-

4.2.3. Barevná inkoustová tiskárna Canon PIXMA i9950........................... ....................43 4.2.4. Vyhodnocení............................................................................................... ...........44 4.3. Hodnocení z hlediska finančních nákladů...................................................................... 44 4.3.1. Cena na jednu vytištěnou stranu u testovaných tiskáren.......................... ..............45 5. Literatura................................................................................................................ ...............46

-2-

1. Správa barev 1.1. Podstata správy barev Správou barev dnes rozumíme proces, který pracuje v zařízení na pozadí a obvykle nevyžaduje nebo dokonce zakazuje zásah uživatele. Jeho cílem je zajistit, aby si jednotlivá zařízení s různými druhy barevných prostorů posílala svá data jednosměrně nebo obousměrně přes určité rozhraní. Výsledkem správy barev by mělo být zobrazení či obecně řečeno výstup ve shodě se vstupem. V případě obousměrné komunikace by měl být ve shodě také vstup s výstupem. Určitou roli zde hraje termín WYSIWYG (what you see is what you get), který vyjadřuje základní myšlenku – co vidíte (na vstupu nebo výstupu), to dostanete (na výstupu). WYSIWYG v praxi je však jen obtížně realizovatelný.

1.2. Historie správy barev Správa barev je jednou z nejsložitějších oblastí celého procesu komunikace mezi jednotlivými zařízeními. Na začátku byly zařízení, které mohly reprodukovat barvu, výsadou spíše vědeckých laboratoří. Existoval jeden přístroj – například počítač v tiskárně časopisů s monitorem, na který byl navázán nějaký výstup, např. přímo tiskový ofsetový stroj. Výrobce monitoru a stroje byl obvykle ten samý, a tak na základě výsledků měření (obvykle nějakou kontingenční tabulkou) přesně popsal, jak má na obrazovce zobrazená barva být vytisknuta na tiskovém stroji. Cílem byla relativně vyvážená barevná shoda toho, co bylo na monitoru s tím, co stroj nakonec vytiskl. Problém ovšem vznikl ve chvíli, kdy přišel jiný výrobce počítače s jinak pojatým přístupem ke zobrazování barvy na svém monitoru a chtěl tisknout na tento starý ofsetový stroj. V tom případě musela být vytvořena nová tabulka, která popisovala vztahy mezi tímto novým monitorem a starým ofsetovým strojem. Analogicky se tak stalo i v případě, že byl vyroben nový ofsetový stroj a použit starý monitor. Díky různému přístupu k interpretaci

-3-

1. Správa barev

barev tak vznikalo tolik tabulek a kombinací, kolik bylo k dispozici vzájemně propojitelných přístrojů, z čehož logicky vychází jednoduchý matematický vztah popisující, že počet kombinací je roven násobku počtu vzájemně připojitelných přístrojů (n 2). Tato skutečnost začala výrobcům komplikovat situaci s kompatibilitou mezi svými zařízeními zejména na sklonku 80. let a začátku 90. let minulého století, kdy Adobe, Agfa, Hewlett-Packard, Kodak, Pantone, Xerox a další začali vyvíjet mnohdy velmi převratné přístroje, které ovšem mezi sebou nedokázaly komunikovat.

1.3. Standardizace v oblasti správy barev Firma Apple Computer, Inc. jako první pochopila, že problém nekompatibility kontingenčních tabulek – profilů, musí být řešen mnohem jednodušeji, pokud možno nějakým univerzálním způsobem přímo v jádru operačního systému. Roku 1993 proto uvolnila aplikaci ColorSync, což je software pro správu barev, a založila konsorcium firem, používajících tento systém. ColorSync Consortium, později nově nazváno jako International Color Consortium – ICC, je dnes základem úspěchu, který tato myšlenka s sebou nesla. ICC vytvořilo základní dokument ICC Profile Format Specification popisující otevřený formát profilu, který muže být použit kterýmkoli dodavatelem systému či aplikace. Z toho vyplývá, že konsorcium tímto vlastně standardizovalo správu barev založenou na využívání profilů a v podstatě dalo základ celému novému odvětví či oboru. Důležitost tohoto kroku dokládá také následný vznik samostatných vědních disciplín zabývajících se vnímáním barev – kolorimetrie a spektrofotometrie. Kolorimetrie se zabývá předpovídáním barevných shod tak, jak by je vnímal typický člověk. Je základem správy barev, protože umožňuje barvy definovat jednoznačně vůči tomu, jak by měly být vnímány lidmi. Spektrofotometrie se zabývá měřením spektrální odrazivosti. Spektrální odrazivost je poměr mezi intenzitou světla dopadajícího na objekt a intenzitou světla odraženého do detektoru, který se měří pro každou vlnovou délku zvlášť.

1.4. Podstata barvy Barva je událost vznikající mezi třemi účastníky: zdrojem světla, objektem a pozorovatelem. Barevná událost je pak vjem pozorovatele způsobený paprsky světla určitých vlnových délek vyzařovanými zdrojem světla a modifikovanými objektem. Při změně kteréhokoliv z účastníků dojde ke změně výsledné barevné události tj. změně barvy. Základním poznatkem je, že neměříme barvu, ale pouze vlnovou délku světla odraženého od povrchu měřených objektu. Pro měření barvy se používají tři druhy přístrojů, jejichž princip činnosti je shodný. Tyto přístroje vyzařují světlo s přesně definovanou spektrální charakteristikou na povrch objektu a prostřednictvím detektorů se snaží změřit vlnovou délku odraženého světla. Detektor sám není schopen změřit vlnovou délku odraženého světla, proto je třeba světlo dopadající na detektor filtrovat. Zařízení pro měření barvy se pak liší v počtu a typu použitých filtrů a citlivostí jejich detektorů. [1]

-4-

1. Správa barev

1.5. Přístroje pro měření barev Přístroje se dělí na tři skupiny: ● ● ●

Denzitometry Kolorimetry Spektrofotometry

1.5.1. Denzitometry Denzitometr slouží k měření hustoty (míry), s jakou objekt absorbuje či propouští světlo. Při tisku se používá pro kontrolu a úpravy použitého množství inkoustu. Obecně lze říci, že denzitometry slouží ke kalibraci zařízení. Denzitometry neměří hustotu přímo, ale měří poměr intenzity světla na objekt dopadajícího či jím procházejícího a světla dopadajícího do detektoru přístroje. Tento poměr je nazýván jako odrazivost (R) nebo propustnost (T). Zda jde o propustnost nebo odrazivost se určí na základě povrchu zkoumaného objektu. Při měření se využívají filtry, jejichž barva se shoduje s měřenou dominantní barvou, tzn. barva filtru odpovídá barvě měřeného povrchu. Díky použití filtru pak může detektor měřit neutrální šedé světlo.

1.5.2. Kolorimetry Kolorimetry měří světlo procházející přes filtry napodobující reakci různých typů čípků (receptorů) v lidském oku. Výsledky jsou převáděny do některého z CIE (Commission Internationale de l´Éclairage) nezávislých barevných prostorů (modelů). Základní omezení kolorimetrů vychází již z jejich návrhu. Jsou navrženy pro využívání parametrů jen nějakého konkrétního standardního svítidla a úhlu pozorovatele. Kolorimetr nerozpozná metamerii, což je jev který umožňuje získání identického barevného vjemu pro dva odlišné barevné vzorky. Funguje ale také opačně, tedy pro jeden barevný vzorek pod různým osvětlením můžeme získat odlišné barevné vjemy. Kolorimetr nerozpozná, zda se jedná o metamerní shodu nebo o objekty s totožnými spektrálními charakteristikami.

1.5.3. Spektrofotometry Spektrofotometry lze používat jako denzitometry i jako kolorimetry. Jedná se o základní univerzální nástroj pro měření barev. Ze spektrálních charakteristik lze dopočítat jak denzitu (hustotu) tak kolorimetrické hodnoty. Spektrofotometry také řeší problém rozlišení zda se jedná o metamerní shodu či nikoliv.

1.6. Metody reprodukce barev Rozlišujeme mezi aditivní a subtraktivní metodou reprodukce barev.

-5-

1. Správa barev

1.6.1. Aditivní metoda Pokud rozdělíme celé viditelné spektrum světla na třetiny, dostaneme tři zdroje světla, které lze zhruba popsat pojmy jako červené světlo, zelené světlo a modré světlo. Tyto barvy odpovídají receptorům v lidském oku, které jsou právě na tyto tři barvy citlivé. Díky různým úrovním intenzity těchto základních barev je lidské oko schopné vnímat širokou paletu barev. Teoreticky složením všech tří složek získáme bílou barvu. V praxi je ale lidské oko na každou ze základních barev jinak citlivé, proto se musí barevné složky mísit poměrně k této citlivosti. Provázanost s subtraktivní metodou lze ilustrovat na způsobu míchání barev. Překrytím modré se zelenou dojde k vytvoření azurové, modré s červenou purpurové, červené se zelenou žluté.

1.6.2. Subtraktivní metoda Z bílého světla (vlnových délek bílého světla) jsou objektem, na který dopadá, filtrovány (odečítány) komplementární barvy aditivního modelu. V praxi se dá říct, že na bílou plochu jsou nanášeny pigmenty žluté, purpurové a azurové. Sloučením všech tří barev dojde k vytvoření „skoro“ černé barvy. Protože soutiskem nelze vytvořit dokonale černou barvu, je v tiskárnách přidána ještě i náplň s černou barvou, která soutiskem s CMY zajistí dokonalejší reprodukci černé barvy. Opět je možné ilustrovat provázanost s aditivní metodou reprodukce barev. Překrytím pigmentů purpurové s pigmenty žluté dostaneme výslednou červenou barvu. Pigmenty žluté a azurové ve společné kombinaci budou odrážet zelené světlo a pigmenty azurové s pigmenty purpurové vytvoří odraz modré barvy.

1.7. Barevné prostory Barevné prostory slouží pro vyjádření množství barev, s nimiž jsme schopni pracovat. Barevný prostor je chápán jako karteziánský třírozměrný prostor, ve kterém každá osa označuje jednu základní barvu. Poloha na ose určuje intenzitu této barvy. Je třeba rozlišovat mezi barevnými prostory, založenými na metodách reprodukce barev, a mezi prostory reprezentující všechny viditelné barvy. V zásadě rozlišujeme dva barevné prostory: ● ●

Na zařízení závislé barevné prostory Na zařízení nezávislé barevné prostory

1.7.1. Na zařízení závislé barevné prostory Zobrazují pouze omezenou paletu barev dle metody reprodukce barev. Je to způsobeno omezeným gamutem (rozsahem barev a hodnot hustoty reprodukovatelných výstupním zařízením) zařízení. Rozsah barevného prostoru je závislý na zařízení, které jej zobrazuje, proto mluvíme o „na zařízení závislých barevných prostorech“.

-6-

1. Správa barev

1.7.1.1. Grey Space Paleta barev je tvořena pouze různými odstíny černé. Obvykle je používán pro práci s černobílými daty. 1.7.1.2. RGB Tento barevný prostor a oba z něj vycházející využívají aditivní metodu reprodukce barev. Barevnou paletu tvoří tři základní barvy červená (red), zelená (green) a modrá (blue). Barevný prostor vychází z předpokladu, že oko zdravého člověka obsahuje tři druhy receptorů citlivých na různé vlnové délky, které zhruba odpovídají červené (vlnová délka 630 nm), zelené (530 nm) a modré (450 nm). Barevné odstíny vznikají skládáním barev, jejichž intenzita se udává v intervalu <0;1>. V počítačové grafice se díky binární soustavě, ve které počítače pracují, Obr. 1.1 – Barevný prostor intenzita barvy udává na intervalu <0;255>. K vyjádření RGB jednotlivých barevných složek se využívá šestnáctkové soustavy a to na intervalu 00-ff (000000 pro černou a ffffff pro bílou). Z barevného prostoru RGB také vycházejí další dva barevné prostory: HSV (HSB) Barevný prostor, který dovoluje barvu popsat pro člověka mnohem přirozenějšími termíny. Jsou to barva (hue), nasycení (saturation) a barevný tón (value). Pro zobrazení barev v modelu HSV se používá šestiboký jehlan umístěný do souřadnicového prostoru tak, že vrchol jehlanu se nachází v počátku a osa jehlanu je shodná se svislou osou, která zároveň znázorňuje změny jasu. Jas i sytost, které jsou umístěny na vodorovné ose, nabývají hodnot z intervalu <0;1>. Čisté barvy jsou rozesety ve hrotech podstavy. Barevný tón určuje velikost úhlu, který je měřený od osy S proti směru hodinových ručiček. Nabývá hodnot 0 až 360˚. Obr. 1.2 – Bar. prost. HSV

Nedostatkem tohoto barevného modelu skokový přechod mezi černou a bílou barvou. Použití jehlanu má za následek skokové změny barevného tónu. Někdy se model HSV označuje jako HSB.

-7-

1. Správa barev

HLS Stejně jako HSV dovoluje mnohem širší popis barvy, ale odstraňuje jeho nedostatky. Barvu (hue) a nasycení (saturation) má společné s HSV, ale přidává ještě termín jas (lightness). Tvar modelu odpovídá skutečnosti, že schopnost rozlišovat barevné odstíny klesá se ztmavováním nebo zesvětlováním základní čisté barvy.

Obr. 1.3 – Bar. prost. HSV 1.7.1.3. CMY, CMYK Paleta barev tohoto prostoru je založena na aditivní metodě reprodukce barev. Základními složkami tedy jsou pigmenty azurové, purpurové a žluté barvy. Tento model vychází z malířských postupů mísení barev. Stejně jako v RGB i zde se intenzita barev udává na intervalu <0,1> a v počítačové grafice <0;255>. CMY je o nepříliš rozšířený barevný prostor. V současné době se používá u jednokazetových fototiskáren. Paleta barev je tvořena Obr. 1.4 – Bar. prost. CMY pouze třemi základními pigmenty. Slabinou tohoto barevného prostoru je nemožnost dosáhnout úplně černé barvy. Proto vznikl prostor CMYK, kdy ke třem základním pigmentům je přidán pigment černé barvy. Tímto se dosáhne kvalitnějších tmavých tónů. Barevné prostory RGB a CMY jsou si velice podobné (oba se dají zobrazit jako jednotková krychle, kde se v protilehlých rozích nacházejí komplementární barvy), proto převod mezi nimi je relativně snadný. Barvu vyjádřenou v modelu CMY získáme odečtením stejné barvy vyjádřené v RGB od jednotkové matice. Problém působí odlišnost gamutů obou prostorů, z čehož plyne, že některé barvy zobrazitelné v prostoru RGB nelze zobrazit v prostoru CMY a naopak. Nevýhodou obou zmíněných prostorů je obtížná změna barevného tónu při zachování jasu. Kromě zde vyjmenovaných také existují barevné systémy, které se používají v televizorech jako např. barevný systém YIQ, barevný systém YCBCR, barevný systém NCS nebo barevný systém YUV. Nejsou ale pro tuto práci podstatné, proto zůstanu pouze u vyjmenování.

-8-

1. Správa barev

1.7.2. Na zařízení nezávislé (CIE) barevné prostory Nezávisle na tom, zda-li se jedná o displej nebo tiskárnu, každé zařízení má rozdílný rozsah barev, které dokáže produkovat. Přímý převod mezi dvěma závislými prostory vykazuje určité nepřesnosti. Proto již v roce 1931 provedla společnost CIE výzkum, jehož výsledkem bylo vytvoření nezávislých prostorů, které jsou spíše známé jako CIE barevné prostory. Nezávislými jsou nazvány, protože označení jednotlivých barevných odstínů nezávisí na subjektivních vlastnostech pozorovatele. Tyto prostory jsou využívány právě pro převod mezi dvěma závislými barevnými prostory. Celý CIE barevný systém se skládá z několika základních prvků. Byla definována: ● ● ● ● ● ●

standardní svítidla – definice spektrálních charakteristik sady světelných zdrojů, při kterých jsou objekty zkoumány standardní pozorovatelé – představují sadu všech barev, které je člověk schopen vidět kolorimetrický prostor diagram chromatičnosti jednotné barevné prostory výpočty barevných rozdílů (ΔE) – po změření a zakreslení dvou barev do barevného prostoru jsme schopni vypočítat jejich vzdálenost. Dle definice by tato vzdálenost měla odpovídat rozdílu mezi barvami, který uvidí lidský pozorovatel

1.7.2.1. Diagram chromatičnosti CIE Yxy První chromatický diagram byl vytvořený organizací CIE roku 1931. Označen je jako CIE 1931 (x,y). V tomto diagramu je jas vyjádřen hodnotou Y. Stejně jako prostor CIE XYZ nepočítá s nelinearitou vnímání lidského oka. Také vzdálenost dvou bodů neodpovídá pokaždé rozdílu jejich působení na pozorovatele. Zbylé dvě hodnoty jsou spíše matematickými popisy, než aby vyjadřovaly konkrétní vlastnost barvy. 1.7.2.2. Diagram chromatičnosti CIE Yu´v´ Plné označení CIE 1976 (u´,v´). Svou definicí odstraňuje nerovnoměrnosti diagramu CIE Yxy. Je výsledkem snahy o přiblížení se barevnému prostoru CIE LAB. Složka Y opět vyjadřuje hodnotu jasu. 1.7.2.3. Kolorimetrický prostor CIE XYZ Definuje barvy pomocí tří teoretických základních barev X, Y a Z. Tento model odpovídá působení vlnových délek viditelného spektra světelného záření na receptory v lidském oku. Základní barvy jsou označeny za teoretické, protože neodpovídají žádnému reálnému zdroji světla. Barva Y má dvojí význam, mimo barvy ještě udává průměrné osvětlení receptoru v oku. Jinými slovy je barva Y nositelkou hodnoty jasu.

-9-

Obr. 1.5 – Kolor. prost. CIE XYZ 1. Správa barev

1.7.2.4. Barevný prostor CIE LAB Nejpoužívanější barevný prostor založený na principu lidského vnímání barev. Díky třem barevným receptorům v lidském oku člověk vnímá tři různé stavy: světlo × tma, červená × zelená a žlutá × modrá. Vzdálenost dvou bodů v souřadnicovém systému LAB odpovídá jejich barevné odchylce ΔE. ● ●

Obr. 1.6 – Barev. Prost. CIE LAB

●

L – hodnota jasu s rozsahem od 0 pro černou až po 100 pro bílou A – 0 < A ≤ 100 označuje červenou, -100 ≤ A < 0 označuje zelenou, A = 0 označuje bezbarvost B – 0 < B ≤ 100 označuje žlutou, -100 ≤ B < 0 označuje modrou, B = 0 označuje bezbarvost

Díky binární soustavě, s kterou pracují počítače, je rozsah hodnot A a B v grafických programech na intervalu <-127;127>, proto je třeba standardní tabulkové hodnoty násobit koeficientem 1,27. 1.7.2.5. Barevný prostor CIE LUV Svou definicí odpovídá barevnému prostoru CIE LAB, jen hodnoty A a B jsou nahrazeny hodnotami U a V. Tento barevný prostor se liší pouze pojmenováním svých složek. ● ● ●

L – analogicky k CIE LAB modelu U – označuje hue (barvu), hodnoty U se stejně jako u CIE LAB pohybují na intervalu <-100;100> resp. <-127;127> V – označuje value (barevný tón), hodnoty V se stejně jako u CIE LAB pohybují na intervalu <-100;100> resp. <-127;127>

1.7.2.6. Barevný prostor CIE LCH Podobný jako CIE LAB a CIE LUV, ale místo pravoúhlých souřadnic pro určení bodu v barevném prostoru používá souřadnice polární. Jeho výhodou je jednoduchý převod z prostoru CIE LAB resp. CIE LUV. Barevný prostor CIE LCH je svou definicí velice podobný závislému barevnému prostoru HSV (HSB). ● ● ●

L – stejný význam jako u CIE LAB C – měřítko pro sytost barvy (saturation, chroma), vyjadřuje vzdálenost od neutrální osy, počítá se jako strana trojúhelníku (C = (a2 + b2)1/2) H – měřítko barevného (hue), hodnoty z intervalu 0 až 360˚, počítá se proti směru hodinových ručiček, hodnota odpovídá odstínu barvy (H = arctg(b/a))

- 10 -

1. Správa barev

1.8. ICC profily Profil je pouze soubor definující vztah mezi hodnotami barev získaných z daného zařízení a hodnotami barev nezávislých na zařízení. Hodnoty získané ze zařízení mají obvykle formu řídících signálů, které je nutné odeslat zařízení pro reprodukci požadované barvy. Odpovídající hodnoty barev nezávislých na zařízení jsou vyjádřeny v prostoru PCS (Profile Connection Space – mezilehlý barevný prostor umožňující konverze z jednoho profilu do druhého). Jako prostory PCS se využívají CIE barevné prostory (jedná se o CIE XYZ nebo CIE LAB). Konverzní data je možné ukládat dvěma způsoby, přes matici (maticové profily) nebo tabulku (tabulkové profily). Obecně platí, že maticové jsou díky ukládání pouze devíti hodnot menší a tudíž rychlejší než tabulkové. Ovšem ale i zde platí, že rychlost degraduje kvalitu. Maticové profily vždy využívají prostor CIE XYZ jako prostor PCS. Profily pro výstupní zařízení jsou největší ze všech, musí být vždy tabulkové, protože devět hodnot matickového profilu na jejich popsání nestačí. Tabulkové profily jsou tvořeny vyhledávací tabulkou (LUT). Jedná se o tabulku čísel, kde na jedné straně jsou vstupní hodnoty a na straně druhé odpovídající hodnoty výstupní. Pokud při tisku systém pro správu barev nenajde v tabulce požadovanou hodnotu, pokusí se dohledat hodnotu nejbližší možnou. Profil zařízení obsahuje informace o třech základních proměnných popisujících chování zařízení. Jedná se o gamut, dynamický rozsah a charakteristiky reprodukce tónů barviv. Profily jsou tvořeny pro jednotlivá zařízení nebo pro celou třídu zařízení. Tzn. že vytváříme profil buď pro jednu tiskárnu např. HP 6122 (kterou máme k dispozici, pro určitý typ papíru a inkoustu) nebo pro celou třídu tiskáren HP 6122. Do druhé skupiny profilů spadají právě generické profily, které dodává výrobce již se zařízením.

1.9. Praktická ukázka měření spektrofotometru v prostoru CIE LAB

Obr. 1.7 – Problémy s průkazností ΔE Obr. 1.7 vyvrací mylnou domněnku mnoha lidí, že jediným směrodatným ukazatelem je ΔE, která by měla vyjadřovat rozdíl barev tak, jak jej vidí pozorovatel. Analýzou naměřených dat dojdeme ke zjištění, že Δb u vzorku č. 2 je oproti cíli (cílová barva v levém čtverci) více do žluta, zatímco vzorek č. 3 se oproti cíli liší zejména v jasové složce ΔL. ΔE představující - 11 -

1. Správa barev

barevný rozdíl je u obou vzorků matematicky shodná, ale vizuálně rozdílná. Z toho vyplývá, že je důležitější kontrolovat kromě ΔE vždy i ostatní odchylky v jednotlivých souřadnicích ΔL, Δa a Δb.

1.10. Praktická část Úkolem praktické části správy barev bylo vytvoření profilu pro dvě inkoustové a jednu laserovou tiskárnu. Výsledky tisku po aplikaci barevných profilů jsou umístěny v kapitole 4. Závěrečné hodnocení. Profilování tiskáren začíná tiskem kalibrační výtisků obsahujících sadu barevných polí. Hotový výtisk putuje do skeneru, který změří LAB hodnoty jednotlivých polí. Zjištěné hodnoty odešle ke zpracování softwarovému produktu určenému k vytváření barevných profilů – např. Monaco Profiler, který vytvoří barevný profil (obvykle tabulkový profil). Pro nejkvalitnější barevný profil by bylo potřeba načíst milióny barevných polí. Tak obrovské množství by vedlo k vytvoření profilu zabírajícího řádově stovky MB. Proto se obvykle pro kvalitnější profily volí okolo 2 000 barevných polí. Obr. 1.8 – Nejmodernější přístroje typu X-RITE DTP70 automatizují vytváření X-RITE DTP70 barevných profilů díky schopnosti naskenování tisíců barevných polí během několika minut. Ruční skenování takového množství polí by zabralo několik hodin.

Obr. 1.9 – Ukázka kalibračního výtisku pro skener X-RITE DTP70 (výřez vytisknut tiskárnou HP DeskJet 560C)

Obr. 1.10 – Obrazovka programu Monaco Profiler udávající počet barev, tisknutelných danou tiskárnou

- 12 -

1. Správa barev

Obr. 1.11 – Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = 89


- 13 -

1. Správa barev


Obr. 1.14 – Gamuty tří testovaných tiskáren v prostoru CIE LAB, L = 22 Z hodnot získaných při načítání kalibračního výtisku je v softwaru pro správu barev odvozen počet tisknutelných barev dané tiskárny (obr. 1.10). Kromě počtu barev je zjištěn také gamut (barevný rozsah) tiskárny. Ten je poté vykreslen do nezávislého barevného prostoru CIE LAB (obr. 1.11, obr. 1.12, obr. 1.13 a obr. 1.14). Jak je na obr. 1.11 – 1.14 patrné, uživatel může mít otevřeno více barevných profilů pro různé tiskárny (obr. 1.10). Obr. 1.11 – 1.14 popisují změny rozsahu tisknutelných barev v závislosti na jejich světlosti/tmavosti. Barvy objektů v pravé části odpovídají barvám ve sloupci 2D Color na obr. 1.10. Vzájemným porovnáním dojdeme k závěru, že tiskárna Epson 12p, která je schopná vytisknout 1 350 523 barev (vyskytuje se na obr. 1.11 – 1.14 jako červený objekt) dokáže v určitých místech vytisknout více barev, než je schopen zobrazit klasický monitor zastoupený profilem sRGB (charakterizovaný žlutým objektem). - 14 -

1. Správa barev

2. Inkoustový tisk

2.1. Úvod O všestrannosti digitálního tisku svědčí jeho široká míra využití např. v různých průmyslových odvětvích, v medicíně (tisk přesných dávek léků na papír), při výrobě plochých TFT obrazovek (přesné umísťování luminoforů) atd. Perspektivní je také tisk inkoustem viditelným pouze pod ultrafialovým světlem. Umožňuje tisk ochranných znaků, které lidskému oku za normálních podmínek zůstávají skryty.

2.2. Historie inkoustového tisku

Obr. 2.1 – Rozdělení technologie inkoustového tisku - 15 -

2. Inkoustový tisk

Předchůdcem Drop-on-Demand (D-o-D) tisku tak jak jej známe z dnešních inkoustových tiskáren, které jsou používány v kancelářích a domácnostech byl tzv. kontinuální tisk. Kontinuální tisk je výsledkem snahy vývojářů nahradit již zastaralé jehličkové tiskárny. I přes výhodu relativně rychlého tisku byl nakonec díky své neefektivnosti vytlačen D-o-D tiskárnami. V dnešní době se kontinuální tisk používá převážně v zařízeních pro velkoformátový tisk.

2.3. Kontinuální tisk Při kontinuálním tisku je vytvářen nepřetržitý proud kapek. Dle použité metody vychylování kapek rozlišujeme tiskárny s binárním nebo vícenásobným vychylovacím systémem. V případě binárního vychylovacího systému jsou kapky buď nabité nebo nikoli. Nabité kapky pokračují v letu přímo na potiskované médium. Zbytek kapek je pomocí vychylovacího plátu odváděn do odpadní nádobky. Odtud po filtraci putuje zpět do zásobníku. Princip kontinuálního tisku s binárním vychylovacím systémem ilustruje obr. 2.2.

Obr. 2.2 – Schématické znázornění binárního vychylovacího systému Vícenásobný vychylovací systém pracuje na stejném principu jako binární. Rozdíl je v nabíjení kapek. Kapkám je dáván náboj o různé intenzitě. Při průchodu vychylovacím plátem tak intenzita náboje určuje úhel pod kterým vyletí kapka na papír. To umožňuje jedné trysce vytisknout malý pruh. Princip kontinuálního tisku s vícenásobným vychylovacím systémem ilustruje obr. 2.3. Díky stálému toku inkoustových kapek lze s kontinuálním tiskem dosáhnout rychlejšího tisku, protože není nutné čekat na ochlazení topného tělesa resp. změnu velikosti piezo-krystalu.

Obr. 2.3 – Schématické znázornění vícenásobného vychylovacího systému

- 16 -

2. Inkoustový tisk

2.4. Drop-on-Demand tisk Dělení technologií Drop-on-Demand tisku dle způsobu vytváření kapek: ● ● ● ●

Termální inkoustový tisk Piezo-elektrický inkoustový tisk Elektrostatický Akustický

V případě D-o-D tisku jsou kapky vystřelovány jen pokud je to třeba, tzn. co kapka, to bod na potiskovaném mediu. V průběhu 70. – 80. let 20. století započal vývoj termálního inkoustového tisku. Jako hlavní představitelé tohoto oboru jsou obvykle označovány firmy Hewlett-Packard, Canon a Lexmark. Tuto technologii používala do roku 1993 také firma Epson, kdy uvedla do prodeje svou první tiskárnu Epson Stylus 800 fungující na principu piezo-elektrického tisku a od dalšího vývoje technologie termálního inkoustového tisku upustila. Za zmínku stojí také metody elektrostatického a akustického inkoustového tisku, jež jsou v současné době ve stádiu vývoje a patentového řízení. Zatím ovšem nedoznaly žádného výrazného komerčního úspěchu.

2.4.1. Termální inkoustový tisk Jedna z „pověstí“ praví, že roku 1985 pracovník firmy Canon náhodou přiložil rozpálenou páječku k injekční stříkačce, což způsobilo vystříknutí kapky inkoustu z trysky. Takto vznikla technologie propagovaná firmou Canon, s obchodním označením „Bubble-Jet“. Tento příběh velmi dobře a jednoduše popisuje základní princip termálního inkoustového tisku. Označení „termální“ vychází z názvu hlavního činitele, kterým je teplo. Topné těleso zahřáté na 300 °C zahřeje méně než 0,3% obsahu komory s inkoustem (oficiální informace firmy HewlettPackard). Za předpokladu, že celkový obsah komory je 130 pl, je zahříváno pouhých 3,9 pl inkoustu. Při teplotě 300 °C se u topného tělesa odpařením malého množství inkoustu vytvoří bublina, která svým rozpínáním v omezeném prostoru komory zapříčiní vystříknutí inkoustu. Poté je topné těleso ochlazeno. Tento proces se v současných tiskárnách opakuje i více než 18 000krát za vteřinu. K ohřátí topného tělesa dochází jen tehdy, je-li potřeba vytisknout jeden tiskový bod. Podle způsobu umístění topného tělesa rozlišujeme komory realizované technologii roof-shooter nebo side-shooter. 2.4.1.1. Roof-shooter V konstrukčním řešení označovaném jako roof-shooter je topné těleso umístěno přímo proti ústí trysky. Bublina vzniklá odpařením inkoustu se tak rozpíná přímo proti trysce. 2.4.1.2. Side-shooter Topné těleso je umístěno kolmo k trysce. Bublina se tedy nerozpíná přímo proti trysce, ale proti protější stěně komory. Princip tisku ale zůstává stále stejný. - 17 -

2. Inkoustový tisk

Obr. 2.4 – Schématické znázornění roof-shooter (vlevo) a side-shooter komory (vpravo) Nevýhodou termálního oproti piezo-elektrickému inkoustového tisku je tvorba sekundárních kapek tzv. satelitů. Satelity se utvářejí díky porušení povrchu kapky při jejím vystřelení z trysky. Jsou ovšem tak malé, že pro jejich pozorování je potřeba velmi silný mikroskop.

2.4.2. Piezo-elektrický inkoustový tisk Roku 1988 se firma Seiko-Epson rozhodla investovat do vylepšení technologie založené na piezoelektrickém jevu za účelem vyvinutí tiskové hlavy. Zlom ve vývoji nastal díky použití vícevrstvého piezo-krystalu, který umožnil inženýrům snížit napájecí napětí a celé zařízení tak miniaturizovat. První komerční piezo-elektrická tiskárna byla uvedena do prodeje v březnu roku 1993. Piezoelektricita je schopnost krystalu při působení tlaku generovat elektrické napětí. Tento efekt platí i obráceně, proto při působení elektrického napětí na piezo-krystal dochází k drobným změnám tvaru. Při působení záporného napětí dochází ke zmenšení piezo-krystalu, což má za následek rozšíření průměru tlakové komory a vznik podtlaku, který do komory nasaje inkoust. Při rychlém převrácení polarity napětí dochází k zmenšení průměru tlakové komory a vypuzení inkoustu. Pro snížení množství „satelitů“ je opět polarita převrácena a do trysky je nazpět nasát inkoust, ze kterého by se jinak vytvořily satelity. Jedním z materiálů, ze kterých se piezo-krystaly vyrábějí je amorfní perovskit (titaničitanzirkoničitan olovnatý). Jeho chemická značka je Pb[ZrxTi1-x]O3 0<x<1. V literatuře se obvykle označuje zkratkou PZT.

Obr. 2.5 – Ilustrační nákres tiskové hlavy piezo-elektrické tiskárny - 18 -

2. Inkoustový tisk

Změny tvaru piezo-krystalu při působení elektrického napětí jsou závislé na použitém materiálu. Piezo-elektrický inkoustový tisk se na základě odlišností změn tvaru dělí na základní čtyři typy: 2.4.2.1. Squeeze-mode (Squeeze-tube) Tisková hlava je realizována buď jako tenká trubička z piezo-krystalu obklopující skleněnou trysku nebo jako piezo-krystal potažený plastem obklopující přívodní kanálek. 2.4.2.2. Bend-mode Piezo-krystal má formu plátů, které jsou připevněny k přepážce. Tvoří tak pole bilaminárních elektromechanických měničů. Pláty piezo-krystalu jsou umístěny proti trysce. Při přivedení napětí dojde k prodloužení krystalu, který přes membránu vytlačí inkoust ven z komory. 2.4.2.3. Push-mode Teoreticky piezo-krystal tvaru tyče umístěný proti trysce při rozpínání tlačí inkoust směrem ven z trysky. V praktické implementaci se mezi piezo-krystal a inkoust umísťuje membrána, aby se předešlo neočekávaným interakcím mezi piezo-krystalem a inkoustem.

Obr. 2.6 – Schématické znázornění principu bend-mode (vlevo), push-mode (vpravo) 2.4.2.4. Shear-mode Působením smykového napětí dochází k deformací piezo-krystalu proti trysce (jak je vidět na obr. 2.7) nebo proti druhému piezo-krystalu a vytlačení inkoustu z komory.

Obr. 2.7 – Schématické znázornění principu shear-mode v klidovém stavu (vlevo) a po přivedení napětí (vpravo) - 19 -

2. Inkoustový tisk

Velkou výhodou piezo-elektrického inkoustového tisku je možnost tisknout téměř čímkoliv, co nezaschne v tryskách. Nedochází k žádnému zahřívání, a proto lze použít inkousty na alkoholové bázi. Kritickým faktorem ovlivňujícím kvalitu tisku piezo-elektrických tiskáren je zavzdušnění komor s inkoustem. Princip piezo-elektrického tisku pracuje s předpokladem nestlačitelnosti kapalin. Pokud se v inkoustu vyskytují i miniaturní bublinky vzduchu, nedojde k správnému stlačení inkoustu a vystřelení kapky z trysky. Tomuto problému se předchází při startování tiskárny odsátím relativně velkého množství inkoustu do odpadní nádobky, čímž se eliminuje možné zavzdušnění, které mohlo vzniknout v průběhu nečinnosti. Čistění má tři fáze. První fází je již zmiňované odsátí inkoustu. Poté jsou trysky očištěny gumovou stěrkou. Protože při setření může dojít k smíchání barev v tryskách, je několik kapek vystříknuto do odpadního zásobníku, čímž se trysky pročistí. Sekvence čistění se provádí vždy při každém spuštění tiskárny a odsává se inkoust ze všech barev. Toto tzv. čištění hlavy je tedy velmi drahou záležitostí.

2.5. Tiskové hlavy V oblasti inkoustového tisku existují v podstatě pouze dva způsoby, kterými jsou realizovány tiskové hlavy. Každá má své výhody i nevýhody a nelze přesně říci, že by se dala najít jediná správná. Přívodní kanálky v tiskových hlavách jsou vytvářeny pomocí fotolitografie.

2.5.1. Pevná tisková hlava Tisková hlava je nedílnou součástí tiskárny, je navržena tak, aby vydržela po celou dobu životnosti tiskárny. Základní myšlenkou je trvanlivost hlavy a že po spotřebování inkoustu v náplni není nutné vyměňovat tiskovou hlavu, ale stačí vyměnit zásobník s inkoustem. Tímto krokem se mírně sníží cena spotřebního materiálu. Výhodou je větší robustnost a také přesnost tisku těchto hlav. Problémem je možné zaschnutí inkoustu v tryskách, což ve většině případů zapříčiní znehodnocení celé tiskové hlavy. Výměna bývá dosti drahá, proto je někdy výhodnější přímo koupit novou tiskárnu. Pevná tisková hlava je používána hlavně u piezo-elektrických tiskáren.

2.5.2. Jednorázová tisková hlava Hlavy jsou umístěny přímo na náplních s inkoustem. Je součástí marketingové strategie výrobců snažit se uživatele přesvědčit, že tyto hlavy vydrží právě jedno vyčerpání inkoustu. Toto tvrzení se snaží popírat renovátorské firmy, které dokazují, že tyto jednorázové hlavy až tak jednorázové nejsou. Například inkoustová kazeta HP 51645 vytiskne až deset náplní, což představuje téměř půl litru inkoustu. To je v rozporu s tvrzením výrobce, který uvádí, že náplň je schopna vytisknout pouze 42 ml inkoustu. [R&D ABEL] Tuto technologii také po určitou dobu používala firma Canon, která ale nakonec přešla k řešení pomocí hlavy zabudované v tiskárně. Tiskárna je zařízení, jehož výrobní cena daleko převyšuje cenu, za kterou se prodává na trhu. Tímto dosahují výrobci obrovských ztrát i několik tisíc na jedné tiskárně. Například u firmy HP ale zisk z prodeje spotřebního materiálu pokryl všechny ztráty z prodeje tiskáren. Odtud

- 20 -

2. Inkoustový tisk

pramení nelibost výrobců vůči renovátorům. Renovátoři jsou díky nižším nákladům schopni zákazníkům nabídnout srovnatelnou kvalitu za lepší cenu, což se hlavně větším společnostem s mnoha tiskárnami vyplatí. Tím ovšem výrobcům klesá obrat z prodeje spotřebního materiálu. Naproti tomu renovátorský průmysl celosvětově vytváří stovky tisíc pracovních příležitostí.

2.6. Náplně pro inkoustový tisk Uchovávání inkoustu v náplních je realizováno dvojím způsobem, buď v plastových vacích nebo v houbičkách. Plastové vaky obsahují pružinu, která od sebe roztahuje stěny náplně. Tímto vzniká podtlak a inkoust samovolně neuniká z náplně. Tento systém musel být velmi precizně propočítán. Pokud by totiž pružina vytvářela příliš silný podtlak, docházelo by k nesprávnému dávkování inkoustu. Stejně jako u tiskových hlav ani u náplní není možné prohlásit, že jedna z nich by byla lepší. Faktem ale zůstává, že přibližně 80 % ze zkoumaných vzorků bylo realizováno pomocí houbičky. V poslední době například firma HP přešla Obr. 2.8 – k systému, kdy tiskárna obsahuje svůj zásobník na inkoust, který pouze Inkoustová kazeta doplňuje z náplně. Uživatel vloží do tiskárny inkoustovou náplň a tiskárna z ní přečerpá potřebnou dávku inkoustu pouze, když jí dochází inkoust v jejím vlastním zásobníku. Záběr z mikroskopu ukazuje, že komory sdílejí jeden přívodní kanálek, z kterého nasávají inkoust. Tento návrh u kazet s jednorázovou hlavou převažuje. Protože by přímé dodávání inkoustu z vaku či houbičky nemuselo být dostatečně rychlé, je v některých typech kazet mezi zásobníkem inkoustu a komorami umístěn ještě zásobovací kanál, který si lze představit jako studnu. Kapilární elevací je inkoust nasáván do komor a působením atmosférického tlaku, vlastní váhou inkoustu a podtlakem způsobeným odsáváním inkoustu je inkoust doplňován do Obr. 2.9 – Tlakové komory zásobovacího kanálu. Rozdíl mezi množstvím odsátého kazety HP 51626 a doplněného inkoustu musí být pokud možno minimální. Je nutná úprava fyzikálních vlastnosti vody ze strany výrobce. Výrobce přitom musí dát pozor, aby povrchové napětí a viskozita byly v rozmezí hodnot uvedených v tab. 1.1. Při nízké či naopak vysoké viskozitě vody by docházelo k samovolnému vytékání inkoustu z náplně, nebo k nedostatečnému doplňování zásobovacího kanálu. Vyčerpání inkoustu v zásobovacím kanálu by znamenalo jeho zavzdušnění. Při zavzdušnění přestane fungovat pumpování inkoustu, což zapříčiní vyschnutí komor a případné spálení topných těles. Náplně osazené jednorázovou hlavou mají na svém těle umístěny kontakty, prostřednictvím nichž řídící počítač tiskárny dává náplním signál pro vystřelení kapky.

- 21 -

2. Inkoustový tisk

2.7. Komory s inkoustem a trysky Rozlišujeme v zásadě dva způsoby realizace překrytí tlakových komor s inkoustem a přívodního kanálu. Jsou buď překryty plíškem (obr. 2.17), nebo ploškou z epoxidové pryskyřice (obr. 2.16). Trysky v plíšku jsou vyráběny pomocí laseru. Metodu výroby trysek do epoxidové pryskyřice se mi nepodařila ověřit, ale teoreticky jsou možné tři způsoby. Vypálení laserem, vyleptány fotolitografií nebo se jedná o odlitek. U prvních inkoustových kazet byly trysky umístěny v řadě za sebou. V současnosti došlo ke zmenšení rozestupů mezi tryskami a znásobení počtu řad. U moderních kazet jsou trysky i ve čtyřech vzájemně posunutých řadách. Rozestupy mezi tryskami jsou ovlivněny velikostí topného tělesa a ovlivňují výsledné rozlišení tiskárny. Jelikož jsou stěny komory a přívodních kanálků vyrobeny z dobře smáčejících materiálů, plnění komory s inkoustem funguje na principu kapilární elevace. Inkoust vzlíná úzkými trubičkami ze zásobníku inkoustu do komor s inkoustem. Výhodou epoxidové plošky oproti plíšku je pevnost jejího přichycení. V minulosti se stávalo, že došlo k uvolnění a odpadnutí plíšku, což mělo za následek zničení kazety. Jak je vidět na záběrech z mikroskopu kazety HP C9364E (kazeta č. 337 – obr. 2.17) momentálně již plíšek drží velmi pevně.

2.8. Inkoust Inkoust je nejdůležitější součástí tiskového systému, jehož fyzikálně chemické vlastnosti přímo ovlivňují kvalitu tisku. Inkoust pro jeden typ kazety právě proto obvykle nelze použít v kazetě jiného typu či jiného výrobce. Inkoustová tiskárna je zařízení, které soutiskem čtyř základních barev dokáže vytvořit až 16 milionů barev. Každý inkoust se skládá nejméně ze čtyř základních složek, které jsou ale pro většinu inkoustů společné. Těmito složkami jsou: ● ● ● ●

Voda Povrchově aktivní látky Regulátory pH Barviva

Neupravovaná voda je sama o sobě pro inkoust nepoužitelná, proto je třeba upravit hlavní fyzikální vlastnosti vody: ● ● ●

Povrchové napětí vody Viskozitu Čistota

- 22 -

2. Inkoustový tisk

Technologie tisku

Rozsah povrchového napětí (mN/m)

Aktuální hodnoty viskozity (mN.s/m2)

Aktuální hodnoty Rozsah viskozity povrchového (mN.s/m2) napětí (mN/m)

Termální

40 – 50

43 ± 1

1,5 – 3,0

1,8 ± 0,5

Piezo-elektrický

25 – 35

31 ± 4

3,5 – 4,5

3,7 ± 0,3

Tab. 2.1 – Srovnání hodnot povrchového napětí a viskozity vody Voda sama o sobě má vysokou hodnotu povrchového napětí. Její hodnota je 72,75 mN/m. Pro termální tisk má mít voda povrchové napětí v rozmezí 40 – 50 mN/m. Hodnoty povrchového napětí vody pro piezo-elektrický tisk se pohybují v rozmezí 25 – 35 mN/m. Povrchové napětí je výsledkem vzájemné interakce přitažlivých sil molekul, z nichž se skládá povrchová vrstva. Povrchové molekuly jsou od sebe vzdáleny právě tak, aby mezi nimi převládaly přitažlivé síly. Povrch se proto chová jako blána a snaží se dát kapalnému tělesu co nejmenší objem. Díky vysokému povrchovému napětí má voda tendenci tvořit kapky. Viskozita (dynamická viskozita, také vazkost) je fyzikální veličina udávající poměr mezi tečným napětím a změnou rychlosti v závislosti na vzdálenosti mezi sousedními vrstvami při proudění skutečné kapaliny. Viskozita vzniká z vnitřního tření a závisí především na přitažlivých silách mezi částicemi. Kapaliny s větší přitažlivou silou mají větší viskozitu, větší viskozita znamená větší brzdění pohybu kapaliny nebo těles v kapalině. Stejně jako u povrchového napětí vody, tak se také i hodnoty viskozity pro termální a piezo-elektrický inkoust dost liší. Nejblíže vodě s hodnotou viskozity okolo 1,0 mN.s/m2 má inkoust pro termální tisk, který vyžaduje viskozitu obsažené vody v rozsahu 1,5 – 3,0 mN.s/m2. Hodnoty viskozity pro piezo-elektrický tisk se pohybují mezi 3,5 – 4,5 mN.s/m2. Vodu je možno vyčistit dvěmi možnými způsoby. Demineralizací nebo reverzní osmózou. Zajistit, aby inkoust tekl dírkami, jejichž průměr je obvykle menší než průměr lidského vlasu, vyžaduje pokročilejší znalosti v oboru chemie. Metody jak dosáhnout správných parametrů inkoustu jsou např. přidávání isoprophylalcoholu nebo zvlhčujících (povrchově aktivních) látek. Důležité je také pH inkoustu. Přílišná kyselost inkoustu by mohla způsobovat korozi tiskové hlavy. U „jednorázových“ tiskových hlav to není až tak velký problém, ale pokud zkoroduje hlava piezo-elektrické tiskárny, obvykle se tato situace řeší zakoupením nové tiskárny, protože výměna samotné hlavy je velmi nákladná. Nesprávné vlastnosti inkoustu vedou ke špatným výsledkům tisku. Používáním inkoustu se špatnými parametry dochází k tzv. „head wetting“. Při tisku se kapka správně nezformuje a místo přenosu na potiskované médium se rozlije po plíšku s tryskami. Tímto postupně vznikne tenký film inkoustu, který začne neprodyšně uzavírat trysky. Důsledkem je špatné směrování kapek. Pokud tedy vůbec k nějakému tisku dojde, kapky nelétají z trysek kolmo proti potiskovanému mediu, ale vylétávají pod různými úhly.

- 23 -

2. Inkoustový tisk

Jelikož v termálních tiskárnách působí inkoust současně jako chladící prostředek, může při vyschnutí nebo zavzdušnění tlakové komory dojít ke spálení topného tělesa a znehodnocení celé náplně. Čtvrtou základní složkou inkoustu jsou barviva. Barviva se v zásadě dělí na dvě skupiny: ● ●

organická barviva pigmentová barviva

Organická barviva jsou jednoduché molekuly, které dokáží pohlcovat určitou část spektra a jinou naopak odrážet. Obecně díky tomu inkousty na organické bázi produkují daleko jasnější barvy než inkousty s pigmentovým základem. Organická barviva jsou rozpustná v kapalině, v níž jsou rozptýlena. Pigmentové barvivo vzniká hořením složek ropy v prostředí se sníženým množstvím kyslíku. Při tomto procesu vznikají velmi jemné černé částečky. Pigmentové barvivo je nerozpustné v kapalinách. Důvodem popularity pigmentového inkoustu je jeho voděodolnost a relativně vysoká světlostálost. Potažením každé pigmentové částečky pryskyřicí se zabránilo zasychání inkoustu v tryskách. Inkoustem na pigmentové bází lze ovšem vytisknout menší barevný rozsah než s inkoustem obsahujícím organické látky.

- 24 -

2. Inkoustový tisk

2.9. Záběry z mikroskopu Typ kazety: HP 51626A Barva: černá Počet trysek: 50 trysek Obsah inkoustu: 40 ml Výtěžnost: 794 stran při pokrytí 5% Způsob uchovávání inkoustu: plastový zásobník s vakem obsahujícím pružinu

Obr. 2.10 – Odstraňování plíšku kryjícího tlakové komory a topná tělesa

Obr. 2.11 – Trysky (vlevo) a tlaková komora s topnými tělesy (vpravo)

Obr. 2.12 – Ze zásobovacího kanálu je do tlakových komor dodáván inkoust - 25 -

2. Inkoustový tisk

Typ kazety: HP 51649A Barva: tříbarevná Počet trysek: 16 trysek pro každou barvu, celkem tedy 48 trysek Obsah inkoustu: 22,8 ml Výtěžnost: 310 stran při pokrytí 15% Způsob uchovávání inkoustu: tři samostatné oddělené komory s houbičkami

Obr. 2.13 – Trysky kazety HP 51649 s lidským vlasem pro názornost

Obr. 2. 14 – Přímé porovnání tloušťky lidského vlasu s velikostí tryskou (viditelná je i nečistota v podobě vlákna papíru)

- 26 -

2. Inkoustový tisk

Obr. 2.15 – Popis prvků tiskové hlavy kazety HP 51649

- 27 -

2. Inkoustový tisk

Typ kazety: HP 51645A Barva: černá Počet trysek: 300 trysek Obsah inkoustu: 42 ml Výtěžnost: 833 stran při pokrytí 5 % Způsob uchovávání inkoustu: vak obsahující pružinu

Obr. 2.16 – Tryskový systém po odstranění epoxidové plošky Typ kazety: HP C9364E (kazeta č. 337) Barva: černá Počet trysek: 104 trysek ve čtyřech řadách, celkem tedy 416 trysek Obsah inkoustu: 11 ml Výtěžnost: 400 stran při pokrytí 5 % Způsob uchovávání inkoustu: houbička

Obr. 2.17 – Ukázka trysek s tlakovými komorami - 28 -

2. Inkoustový tisk

Typ kazety: HP C6578A Barva: tříbarevná Počet trysek: 136 trysek pro každou barvu, celkem tedy 408 Obsah inkoustu: 38 ml Výtěžnost: 970 stran při pokrytí 15 % Způsob uchovávání inkoustu: tři samostatné oddělené komory s houbičkami

Obr. 2.18– Oblast trysek, vlevo plíšek s tryskami, vpravo odkryté tlakové komory

Obr. 2.19 – Srovnání velikosti topných těles kazet HP C6578 (vlevo) a HP 51626 (vpravo) (při zachování měřítka zvětšení – zvětšeno 100×) - 29 -

2. Inkoustový tisk

Typ kazety: Canon BC 02 Barva: černá Počet trysek: cca 84 (nemožno dohledat, odhad dle záběru z mikroskopu) Obsah inkoustu: 44 ml Výtěžnost: 500 stran pro pokrytí 5% Způsob uchovávání inkoustu: houbička

Obr. 2.20 – Inkoust pod epoxidovou ploškou (nahoře) a otvory trysek (dole)

- 30 -

2. Inkoustový tisk

3. Laserový tisk

3.1. Historie Laserový tisk vychází z xerografického tisku, který v roce 1938 vyvinul Chester Carlson. Nazval jej elektrofotografie, později vešel ve známost jako xerografie. Na počátku tato technologie valný zájem nevzbudila, oslovené společnosti nepovažovaly za důležité vyvíjet novou technologii, když to samé lze dosáhnout s průklepovým papírem. V roce 1971 upravil vývojář Gary Starkwheather kopírku firmy Xerox. Revoluční myšlenkou zde bylo připojení kopírky k počítači. Tím položil základy řízení xerografického tisku externím zařízením. V roce 1975 uvedla do prodeje svou první tiskárnu firma IBM, jednalo se o IBM model 3800. Tiskárna byla dosti vzdálená představě dnešních tiskáren. Rozměrově se o ní jako o osobní tiskárně mluvit nedalo. Váha prvních tiskáren se pohybovala v řádu desítek až stovek kilogramů. Ale již tenkrát využívala propracovaného systému přenosu laserového paprsku na optický válec pomocí 18bokého zrcadla, které se otáčelo 12000krát za minutu. Díky tomu byla dráha laserového paprsku měněna milionkrát za vteřinu, což zaručovalo už tenkrát velmi přesný přenos obrazu na optický válec. První relativně přenosnou tiskárnu v roce 1981 začala prodávat firma Xerox pod typovým označením Xerox Star 8010. Díky vysoké ceně cca 17 000 USD nedoznala velkého rozšíření. Později své výrobky na trh uvedly firmy Hewlett-Packard, Brother, IBM a další.

3.2. Technologie tisku Laserový tisk obvykle zahrnuje šest kroku: 1. Nabíjení – Polovodivá vrstva na povrchu tiskového válce nebo pásu, která je schopná udržet elektrostatický náboj, je koronově (u starších tiskáren) nebo pomocí nabíjecího - 31 -

3. Laserový tisk

válce (PCR – primary charge roller) nabita kladným nábojem na potenciál několika kV. Povrch válce většinou bývá vyroben z selenu (někdy germania). Tento náboj si udrží, dokud není vystavena elektromagnetickému záření o určité vlnové délce. Protože je tiskový válec ve tmě, chová se polovodivá vrstva jako izolant. Jedná se o tzv. fotoelektrický jev, který vysvětlil v roce 1905 A. Einstein s využitím právě se rodící kvantové fyziky. 2. Zapisování – RIP (Raster Image Processor) převede přijatá data na rastrový obraz, který se poté pomocí laseru či vysoce svítivých LED diod promítne na fotocitlivou vrstvu optického válce. Obraz se vždy na tiskový válec promítá po bodech a řádcích. V případě laseru se toto děje pomocí soustavy čočky a rotujícího zrcadla, která promítá laserový paprsek souběžně s otáčejícím se válcem. V případě LED diod dochází k ozáření jednoho celého řádku vždy najednou. V místech, která byla exponována laserem, dojde k převrácení hodnoty elektrického náboje, tímto vzniká latentní elektrofotografický obraz. 3. Vyvolání – Záporný náboj vytvořený na exponovaných místech k sobě přitáhne kladně nabité částečky tonerového prášku. Na místech kam světlo nedopadlo zůstává kladný náboj, zabraňující přichycení kladně nabitých částeček tonerového prášku. Na válci tím dojde k vytvoření viditelného obrazu, který je připraven pro přenos na papír. 4. Přenos – Tonerový prášek je z tiskového válce otiskem přenesen na potiskované medium. U novějších tiskáren je tento přenos ještě podpořen záporně nabitým přenosovým válcem umístěným zespoda papíru. 5. Zatavení – Výtisk putuje do zapékací pece (fuser), kde za pomoci tlaku a teploty cca 300 ºC dojde k jeho zapečení do papíru. 6. Čistění – Po přenosu tonerového prášku na papír je zbytkový tonerový prášek jak z povrchu optického válce tak i z povrchu ostatních prvků kazety setřen pryžovou stěrkou do odpadního zásobníku. Těchto základních šest kroků se vyskytuje u všech laserových i LED tiskáren. V případě, že se jedná o barevný laserový tisk, opakuje se tento postup vždy podle počtu barev. Podle konstrukce tiskárny se můžou vyskytnout ještě jeden nebo dva mezikroky. Laserové tiskárny stejně jako inkoustové používají subtraktivní metodu reprodukce barev, různé barevné odstíny se vytvářejí soutiskem čtyř základních barev.

3.3. Dělení laserových tiskáren V průběhu existence technologie laserového tisku bylo vyvinuto několik konstrukčních řešení přenosu tonerového prášku na potiskované médium. Laserové tiskárny lze dělit podle: ● ●

počtu barev na monochromatické × barevné množství průchodů na jednoprůchodové × víceprůchodové - 32 -

3. Laserový tisk

● ● ● ●

vnitřního ustavení tonerových kazet na inline × karuselové typu použitého tonerového prášku na tiskárny používající klasický × chemický tonerový prášek typu přenosového mechanismu na tiskárny využívající tiskový válec × pás konstrukce tonerových kazet na tiskárny s optickým válcem × bez optického válce

3.3.1. Monochromatické × barevné laserové tiskárny Základní rozdělení, které víceméně určuje pořizovací cenu tiskárny. Monochromatické tiskárny obsahují pouze jednu, obvykle černou, tonerovou kazetu. V barevných tiskárnách je výsledný obraz tvořen překrýváním čtyř různě barevných pigmentů tonerového prášku. Z toho vyplývá, že v tiskárně musí být přítomny čtyři tonerové kazety. Tyto kazety obsahují černý, azurový, purpurový a žlutý tonerový prášek. Při porovnávání srovnatelných monochromatických a barevných laserových tiskáren jsou vždy barevné tiskárny dražší než monochromatické. V současné době dochází k razantnímu snížení cen barevných laserových tiskáren, které se tímto dostávají na cenovou úroveň monochromatických tiskáren.

3.3.2. Jednoprůchodové × víceprůchodové laserové tiskárny Toto rozdělení se týká množství průchodů papíru pod tiskovým válcem resp. tiskovým pásem. U jednoprůchodové tiskárny projde potiskované médium pod tiskovým válcem resp. pásem pouze jednou, přičemž je na potiskované médium nanesena jedna resp. čtyři vrstvy tonerového prášku. U víceprůchodových tiskáren potiskované médium prochází pod tiskovým válcem resp. pásem pokaždé, když je na tiskový válec resp. pás nanesena vrstva skládající se z pigmentů pouze jedné barvy. Vrstvou, která se přenáší z tiskového válce na potiskované médium, se myslí výsledný obraz přenesený na tiskový válec resp. pás z optického válce.

3.3.3. Inline × karuselové laserové tiskárny Rozdíl je v ustavení kazet v tiskárně. Jak již název napovídá, varianta inline označuje ustavení kazet v řadě za sebou. Tiskový válec prochází rovnou pod tonerovými kazetami. V případě této varianty obvykle tonerové kazeta obsahuje vlastní OPC válec. Karuselové ustavení odpovídá bubnu, na němž jsou rozmístěny všechny čtyři tonerové kazety. Při tisku dochází k rotování bubnu a postupnému nanášení vrstvy tonerového prášku na optický válec. Tonerové kazety jsou obvykle řešeny bez vlastního optického válce, obsahují tedy pouze magnetický válec. Válec nemusí být vždy nutně magnetický, někdy je jeho povrch vyroben z plastu. Neměnností funkce, kterou vykonává se ale jako magnetické válce označují všechny válce, které slouží pro přenášení tonerového prášku ze zásobníku na optický válec. Toto rotování výrazně zpomaluje rychlost tisku. Zajímavostí je, že jakmile projde tonerová kazeta kolem optického válce, dojde k zvýšení čítače vytisknutelných kopií uloženého v paměti čipu nacházejícího se na kazetě o jednu stranu, a to i v případě, že nedošlo k použití této barvy. Proti očekávání, pokud je tisknuta stránka, která obsahuje monochromatickou grafiku, prorotuje celý buben také. Dojde při tom opět k přičtení strany do čítačů všech čtyř barev, i když použita byla jenom jedna. Tento problém se týká pouze tonerových kazet osazených čipy a uživateli jsou tak uměle zkreslovány údaje o počtu vytištěných stran. Týká se například tiskárny HP LaserJet 4500.

- 33 -

3. Laserový tisk

3.3.4. Tiskárny používající klasický × chemický tonerový prášek Rozdíly obou typů tonerových prášků se již od základu liší, proto není možné v tiskárnách, které využívají klasický tonerový prášek, používat chemický tonerový prášek. Klasický tonerový prášek se díky vysokému obsahu magnetitu přichytává na povrch magnetického válce, odkud potom putuje na optický válec. Klady a zápory obou typů jsou popsány níže v samostatných kapitolách.

3.3.5. Tiskárny používající tiskový válec × pás Použití tiskového válce nebo pásu závisí na zvoleném vnitřním ustavení tiskárny. Pokud se jedná o karuselovou tiskárnu, je zpravidla použit tiskový válec. V případě inline ustavení je většinou používán tiskový pás. Použití jednoho nebo druhého způsobu je spíše vynuceno technickými požadavky. Není ovšem pravidlem, že v karuselových tiskárnách by se používal pouze tiskový válec a v inline tiskárnách pouze tiskový pás. Lze najít také inline tiskárny využívající tiskového válce stejně jako karuselové tiskárny používající tiskový pás.

3.3.6. Tiskárny s optickým válcem × bez optického válce Tonerová kazeta je realizována dvěma způsoby, a to s optickým válcem (OPC drum) nebo bez OPC. Pokud tonerová kazeta neobsahuje OPC, je OPC umístěno v tískarně. V každém případě obsahuje magnetickým válec, který zprostředkovává přenos tonerového prášku ze zásobníku tonerového prášku směrem k OPC. Magnetické válce se dále děli dle toho, pro který typ prášku jsou určeny. Pokud se jedná o nemagnetický (zpravidla chemický) tonerový prášek, je válec vyroben z plastu nebo plsti, které na sobě drží tonerový prášek po nabití statickou elektřinou. V případě, že kazeta má svůj vlastní OPC válec, je součástí tonerové kazety soustava dvou stěrek umístěných na počátku i konci obnažené části válce. Obě stěrky zabraňují vysypání tonerového prášku z kazety. Druhá stěrka kromě funkce ochranné čistí válec od zbytkového tonerového prášku, který stírá do odpadního zásobníku umístěného v kazetě. Pokud je použit magnetický resp. plastový povrch válce, obě stěrky pouze chrání před vysypáním tonerového prášku z kazety. Stírání zbytkového tonerového prášku je prováděno až na optickém válci v samotné tiskárně.

3.4. Typy tonerového prášku Jako většina komponent v tomto odvětví také tonerový prášek prošel významným vývojem. Tento vývoj se netýkal pouze velikosti částeček tonerového prášku, ale také jeho složení. Vývoj tonerového prášku začal u klasického (mechanického) tonerového prášku. S rozvojem chemického průmyslu a vývojem chemických postupů byl později klasický tonerový prášek, díky poměrně nedokonalému způsobu výroby, nahrazen chemickým tonerovým práškem, který po celou dobu svého výrobního procesu dovoluje kontrolu kvality výsledného produktu.

- 34 -

3. Laserový tisk

3.4.1. Klasický (mechanický) tonerový prášek Proces výroby lze popsat jako „shora – dolů“. Toner vzniká drcením větších kusů tonerového prášku na menší. Obecně jsou všechny typy klasických tonerů vyráběny stejným postupem. Tento proces zahrnuje mísení základních surovin (umělá pryskyřice, magnetovec a pigment), následované průtlačným lisováním tekutého polymeru do výsledného granulátu, v kterém jsou rozptýleny základní suroviny. Granulát je poté drcen na částečky velikosti v řádu jednotek µm. Výsledné částečky jsou rozděleny podle potřebné velikosti. Částečky, které jsou rozlišeny jako příliš velké či malé jsou vráceny zpět a znovu využity. I přes rozdělovaní částeček podle velikosti je ve výsledném tonerovém prášku vetší různorodost tvarů i velikostí něž ve výsledném chemickém toneru. Různorodost způsobuje mírnou ztrátu kvality ostrosti výtisků. Nepřesnosti jsou většinou lidským okem těžko rozpoznatelné. Při uvedení prvních laserových tiskáren byl průměr částeček 12 µm. V současné době se průměr částeček tonerového prášku pohybuje okolo 3 – 8 µm.

3.4.2. Chemický tonerový prášek (Chemically produced toner – CPT) Když v roce 1998 firma Hewlett-Packard (HP) spustila prodej barevné laserové tiskárny HP LaserJet 4500, došlo k průlomu v odvětví laserového tisku. Jednalo se totiž o první laserovou tiskárnu používající chemický tonerový prášek který, v dnešních tiskárnách již prakticky nahradil klasický mechanický tonerový prášek. Jak již z názvu vyplývá výrobní proces je postaven na chemickém procesu. Těchto procesů je více typů: suspension polymerization, emulsion polymerization and aggregation, micro encapsulation, dispersion polymerization a condensation polymerization. Proces výroby chemického toneru lze popsat jako „zdola – nahoru“. Princip výroby chemického toneru lze ilustrovat na postupu emulsion aggregation. Na vstupu jsou monomery o velikosti 0,2 – 1 nm. Polymerací dojde k vytvoření makromolekul potažených umělou pryskyřicí o velikosti 10 – 300 nm. K dispozici je široká paleta materiálů vhodných k potahování např. styrenová, akrylátová nebo polyesterová pryskyřice. V dalším kroku dojde k vytvoření částeček o průměru jednotek µm smícháním s ve vodě rozptýleným magnetitem a s pigmenty barviva za přítomnosti pojícího činidla. Nastavení poměru směsi, teploty, typu pryskyřice a dalších podmínek ovlivňuje velikost, tvar a rozdělení finálního produktu. Po dosažení odpovídající velikosti a tvaru jsou částečky toneru odfiltrovány a vysušeny. Díky kontrole velikosti a tvaru lze vyrobit hladké částečky bez povrchových vad, díky čemuž dochází ke zvýšení kvality tisku. Laserový tisk má oproti inkoustovému tisku výhodu daleko menších nároků na potiskované médium. Nedochází k žádnému rozpíjení, výtisky jsou mnohem voděodolnější a světlostálejší. Tisknout umí na mnohem širší paletu povrchů. Tím že jsou částečky tonerového prášku přímo zapékány do potiskovaného média, není potřebná žádná doba pro schnutí. Nedojde k rozmazání výtisku. Oproti inkoustovým tiskárnám dokáží laserové tiskárny tisknout i na nesavé povrchy.

3.5. Sdílení technologií Zajímavým fenoménem v oblasti laserového tisku je sdílení úspěšných technologií mezi různými výrobci. Kupříkladu firma HP pro svou tiskárnu HP LaserJet 5L používá tonerové kazety HP C3906A, které vyvinula firma Canon pod označením Canon T určené pro tiskárny - 35 -

3. Laserový tisk

Canon Fax L380 a L400. Pokud se návrh tonerové kazety ukázal jako úspěšný, použila se ve více typech tiskáren. Již zmiňovaná kazeta HP C3906A je použitelná přibližně v osmi různých zařízeních. Ale tak jako je možno jeden typ tonerové kazety využívat ve více tiskárnách, dovolují některé laserové tiskárny používání více než jednoho typu kazety. Obvykle se ale jedná pouze o rozdíly ve velikosti zásobníku tonerového prášku. Výsledkem je navýšení výtěžnosti kazety. Příkladem je monochromatická laserová tiskárna HP LaserJet 4250, která může využívat dva druhy tonerových kazet. Tonerovou kazetu Q5942A a Q5942X. Tonerová kazeta s označením A má výtěžnost 10 000 kopií a kazeta s označením X 20 000 kopií.

3.6. Osazování tonerových kazet čipy V roce 1997 začala jako první firma XEROX používat ve svých laserových tiskárnách čipy, které zajišťovaly komunikaci mezi tonerovou kazetou a laserovou tiskárnou. Tento způsob postupně převzala většina výrobců laserových tiskáren. Čipy mimo počet vytištěných stran obsahují také údaj o tom, že kazetě dochází toner. Uživatel si tak může kdykoliv orientačně zjistit, kolik kopií ještě na své laserové tiskárně může vytisknout. Pokud v kazetě dojde toner, tiskárna tento stav vyhodnotí a do čipu uloží informaci „Toner Out“. Pokud uživatel kdykoli v budoucnu vloží kazetu zpět do libovolné či totožné tiskárny, bude kazeta odmítnuta díky informaci zapsané v čipu. Zapsání příznaku „Toner Out“ do čipů však znemožní renovaci vypotřebované tonerové kazety. Na trhu tak vznikla poptávka po alternativních čipech, které by nahradily originální čipy. Tím by umožnily opětovné přijetí renovované tonerové kazety tiskárnou. Vzniklo tak nové průmyslové odvětví, když mnohé firmy pomocí reverzního inženýrství začaly produkovat své vlastní čipy. Dle názoru výrobců tak došlo k porušení autorského zákona. Dobrým příkladem, že autorská práva nebyla porušena, je spor mezi firmou Lexmark a Static Control, kdy Nejvyšší soud USA rozhodl ve prospěch firmy Static Control. Verdikt soudu zněl, že výroba alternativních čipů pomocí reverzního inženýrství není v rozporů s „Digital Millenium Copyright Act“. Stejně jako USA také Evropská komise poté toto počínání zhodnotila jako snahy o cílenou likvidaci konkurenčního prostředí, v tomto případě renovačního odvětví. Static Control pomocí reverzního inženýrství vyvinul řadu čipů SMARTek, které dokáží komunikovat s tiskárnou, a tím umožní renovaci vypotřebované kazety. O ekologičnosti přístupu alternativních výrobců čipů svědčí resetovatelnost těchto čipů. [12] Od uvedení prvního čipu došlo v této oblasti k velkému vývoji. V současné době již je dokonce v čipech implementováno šifrování komunikace mezi laserovou tiskárnou a tonerovou kazetou. Jeden z posledních návrhů na patent firmy HP se týká automatické aktualizace firmwaru tiskárny při instalaci tonerové kazety.

- 36 -

3. Laserový tisk

4. Závěrečné hodnocení 4.1. Součásti praktické části Součástí této práce je také praktická část skládající se z: ● ● ● ● ●

vytisknutí testovacích výtisků na inkoustové tiskárně HP DeskJet 560C bez použití barevného resp. generického profilu vytisknutí testovacích výtisků na jedné laserové a dvou inkoustových tiskárnách s barevnými profily prozkoumání výtisků pod mikroskopem vzájemné porovnání výtisků a vyhodnocení kvality vyhodnocení finančních nákladů na vytištěnou stranu

4.2. Testované produkty Účelem této práce bylo mimo jiné porovnat kvalitu tisku laserové a inkoustové tiskárny. Pro tento účel byla vybrána jedna z nejstarších inkoustových tiskáren HP DeskJet 560C, novější tiskárna Canon PIXMA i9950 a barevná laserová tiskárna HP LaserJet 3700. Cílem bylo ukázat, jak se kvalita tisku výrazně posunula, a proč nelze od barevné laserové tiskárny očekávat stejnou kvalitu tisku jako od tiskárny inkoustové i přesto, že rozlišení tiskáren je stejné.

- 37 -

4. Závěrečné hodnocení

4.2.1. Barevná inkoustová tiskárna HP 560C Rok výroby: 1994 Rozlišení tiskárny: 600×300 dpi pro monochromatický tisk a 300×300 pro barevný tisk Počet barev: dvě inkoustové kazety, CMY a Bk Technologie pro fotografický tisk: REt (Resolution Enhanced technology)

Obr. 4.1 – Tisk za použití generického profilu (tisknuto na fotopapír určený pro inkoustové tiskárny) Výtisk prezentovaný na obr. 4.1 se skládal ze sedmi čtverců. První čtyři jsou klasické CMYK barvy, potom dva čtverce s různou úrovní šedé a poslední ilustruje ukázku tisku rámečku. V předloze v počítači byly první čtyři barvy nastaveny čistě tak, aby je tiskárna tiskla bez příměsi ostatních tří barev. I přesto je vidět, že tiskárna HP DeskJet 560C si vynutila použití dalších barev pro tisku každého pole. Asi nejmarkantnější je tato chyba tisku vidět na purpurovém poli.

- 38 -


Zajímavě vypadá také tisk šedé. Simulace šedé probíhá zvyšováním nebo snižováním hustoty barevných teček. Výsledný obraz na dálku dokáže oklamat lidské oko, ale jsou nedostatky výrazné i při pohledu lidským okem. Ukázka rámečku slouží pouze pro ilustraci metody tisku černé barvy. I když by stačilo tisknout pouze černou barvou, tiskárna se snaží dosáhnout, co nejtmavší barvy pomocí přidávání zbylých tří barev.

Obr. 4.2 – Rozdíl při tisku shodné grafiky při použití generického profilu (vlevo) a při použití vygenerovaného ICC profilu (vpravo) (tisknuto na fotopapír určený pro inkoustové tiskárny) Přestože by se od tisku vyprofilované tiskárny dal očekávat lepší tisk, ne vždy tomu tak je. Právě tiskárna HP DeskJet 560C je dobrým důkazem toho, že použití barevného profilu tiskárny může spíše zhoršit než zlepšit kvalitu tisku. Snahou o dosažení co nejlepší kvality tisku dojde k velkému zašumění výsledného výtisku. I když barva na pozadí bude lépe odpovídat předloze, velké množství bodů, kterými se tiskárna snaží nasimulovat správné barvy, znehodnotí celý výsledný výtisk. Při porovnání se obrázek vpravo jeví jako daleko hrubší (méně prokreslený) než obrázek vlevo. Pro testovací výtisk bylo použito logo firmy ABELComputer, s.r.o. Přesněji pravý horní roh písmena A a levý horní roh písmena B. Problémem tiskárny, který způsobil nekvalitu tisku s barevným profilem, bylo její male rozlišení při barevném tisku. Tiskárna nebyla schopna přesně umístit velké množství barevných bodů, což způsobilo zhoršení kvality tisku, i když výtisk byl celkově barevně věrnější.

Obr. 4.3 – Logo firmy ABEL-Computer

- 39 -


Obr. 4.4 – Ukázka kvality tisku písma velikosti 6 pt a 12 pt tisknutého barevně (vlevo) a monochromaticky (vpravo) (tisknuto na fotopapír)

Obr. 4.5 – Ukázka rozdílů v tisku na fotografický (vlevo) a kancelářský papír (vpravo) Díky buničinové struktuře obyčejných kancelářských papírů dochází k degradaci výtisků. Oproti fotopapíru nedojde u kancelářského papíru k uzamčení a zaschnutí inkoustu v potahové vrstvě, ale k jeho rozpití do buničiny.

Obr. 4. 6 – Rozpíjení inkoustu na kancelářském papíru (vlevo) a ostrý tisk na fotopapíru (vpravo) - 40 -


Na obr. 4.6 lze porovnat rozdíly ve struktuře kancelářského papíru a fotopapíru. Zatímco fotopapír má povrch hladký, na kancelářském papíru lze rozeznat jeho strukturu. Kapky kolem písmen jsou výsledkem tvorby satelitů popsaných v kapitole 2. Inkoustový tisk

Obr. 4.7 – Ukázka kvality tisku tiskárny HP DeskJet 560C (tisknuto na fofopapír s vygenerovaným ICC profilem) Tiskárna HP DeskJet 560C je jednou z nejstarších barevných inkoustových tiskáren na trhu. Obr. 4.7 ilustruje její neschopnost vypořádat se s příliš velkým množstvím bodů. Výsledný výtisk pak obsahuje velké množství barevného šumu. Jak již bylo výše uvedeno, problematické je malé rozlišení tiskárny.

- 41 -


4.2.2. Barevná laserová tiskárna HP LaserJet 3700 Rok výroby: ?2004? Rozlišení tiskárny: 600×600 dpi pro barevný tisk při nejvyšší kvalitě tisku Počet barev: čtyři tonerové kazety C, M, Y, Bk Technologie pro fotografický tisk: HP Imageret 2400

Obr. 4.8 – Ukázka kvality tisku tiskárny HP LaserJet 3700 (tisknuto na fofopapír s vygenerovaným ICC profilem) Barevná laserová tiskárna HP LaserJet 3700 je průmyslová tiskárna s důrazem kladeným na rychlost tisku. I přesto, že kvalita tisku není upřednostňována, je její tisk dostatečně kvalitní, aby se daly vyvodit směrodatné závěry. Z obr. 4.8 je patrné, že princip tvorby barev se oproti tiskárně HP DeskJet 560C nezměnil. Např. různé úrovně šedé jsou stále tvořeny různou hustotou tisku čtyř základních barev. Ke zkvalitnění tisku došlo díky zmenšení bodů a zvýšení rozlišení tiskárny.

- 42 -


4.2.3. Barevná inkoustová tiskárna Canon PIXMA i9950 Rok výroby: ?2004? Rozlišení tiskárny: až 4800×2400 dpi pro barevný tisk při nejvyšší kvalitě tisku Počet barev: osm oddělených zásobníků Technologie pro fotografický tisk: FINE (Full-photolithography Inkjet Nozzle Engineering)

Obr. 4.9 – Ukázka kvality tisku tiskárny Canon PIXMA i9950 (tisknuto na fofopapír s vygenerovaným ICC profilem) Tiskárna Canon PIXMA i9550 patří mezi profesionální fotografické inkoustové tiskárny. Oproti druhé testované inkoustové tiskárně má až 4krát vyšší rozlišení a minimálně 5krát menší velikost kapky. Vysokou kvalitu a věrnost barev podporuje větší množství náplní. Kromě základních čtyř barev CMYK obsahuje ještě další čtyři doplňkové napomáhající např. při tisku šedé barvy, která je u předchozích dvou tiskáren při bližším pohledu problematická.

- 43 -


4.2.4. Vyhodnocení Visuální hodnocení pořízených výtisků (obr. 4.7, 4.8 a 4.9) dává celkem jasné výsledky. Ukazuje především propastný rozdíl jedné dekády mezi inkoustovými tiskárnami HP DeskJet 560C a Canon PIXMA i9950. Zajímavostí ale je kvalita tisku laserové tiskárny. Ze srovnání obr. 4.8 a 4.9 je zřejmé, proč nelze od laserové tiskárny očekávat výtisky ve fotografické kvalitě. Je to způsobeno fyzikálními vlastnostmi dané technologie tisku. I když mají částečky tonerového prášku v průměru pouze jednotky μm, nemohou se rovnat bodu, který vytvoří kapka o obsahu 1 pl. Oproti kapkám současných inkoustových tiskáren jsou částečky tonerového prášku stále příliš hrubé na vytvoření jemné grafiky. Jak je v praktické části kapitoly 1. Správa barev vidět na srovnání gamutů (barevných prostorů) testovaných tiskáren, nemůže tiskárna HP LaserJet 3700 se svými 600 000 barvami konkurovat osmibarevné tiskárně Canon PIXMA i9950 s více než dvojnásobným počtem tisknutelných barev.

4.3. Hodnocení z hlediska finančních nákladů Vzorec pro výpočet ceny inkoustu nebo toneru použitého na potištění jedné strany:

CK.............. cena kazety VK.............. výtěžnost kazety CITP........... cena inkoustu nebo toneru použitého na potištění jedné strany Výpočet nelze považovat za směrodatný, protože se do něj nepromítá cena potiskovaného média, která hraje významnou roli. Poněkud lepší vypovídací schopnost by měl mít tedy výpočet:

CK.............. cena kazety VK.............. výtěžnost kazety

CZLP..........cena za jeden list potiskovaného média CZVS......... cena za jednu vytištěnou stranu

Hodnoty takto vypočtené lépe odrážejí skutečnost. Výrazně se bude lišit cena za jednu vytištěnou stranu, pokud použijeme klasický kancelářský papír nebo kvalitní fotopapír. Rozdíl se pak bude pohybovat v řádu korun. Tato metoda výpočtu finančních nákladů ale nezohledňuje cenu tiskárny. Výpočet zahrnující i cenu tiskárny musí vycházet také ze znalosti životnosti tiskárny a maximálního množství měsíční produkce tiskárny. Pokud bychom potřebovali opravdu detailní porovnávání z hlediska dlouhodobých nákladů, je třeba zohlednit také cenu servisních zásahů.

- 44 -


4.3.1. Cena na jednu vytištěnou stranu u testovaných tiskáren Tiskárna HP DeskJet 560C

Náplň

Cena náplně

Výtěžnost náplně

Cena za stranu

HP 51626 Bk

999 Kč

794 stran

1,50 Kč

HP 51625 CMY

1049 Kč

150 stran

8,39 Kč

Výsledná průměrná cena za 1 list papíru HP LaserJet 3700

4,95 Kč

Q2670A Bk

3749 Kč

6000 stran

0,75 Kč

Q2681A Cyan

4799 Kč

6000 stran

0,96 Kč

Výsledná průměrná cena za 1 list papíru Canon PIXMA i9950

BCI-6Bk

0,91 Kč 338 Kč

N/A

3,56* Kč [27]

Tab. 4.1 – Srovnání nákladů na vytištěnou stranu Cena listu papíru = 0,2 Kč * Konfigurace: čistě barevný tisk 5% pokrytí, papír Standard – 80 g/m2 Po dosazení hodnot v tabulce do výše uvedeného vzorce vyjdou hodnoty umístěné ve sloupci „Cena za stranu“. Částka odpovídá ceně za stranu pro danou náplň, proto je třeba vypočítané hodnoty zprůměrovat. Zprůměrované hodnoty vyjadřují náklady spojené s vytištěním jedné strany pro danou tiskárnu. Z výsledného srovnání jasně vyplývá, že nejnižších nákladů dosahuje laserová tiskárna. Výsledné hodnoty nekalkulují s pořizovací cenou tiskárny, která se v případě testované tiskárny pohybuje okolo 50 000 v závislosti na konfiguraci. I když v současné době došlo k razantnímu snížení cen laserových tiskáren, stále platí, že laserová tiskárna se vyplatí spíše podnikům s požadavky na rychlost tisku a množství vytištěných kopií. Pro domácího uživatele zůstává stále dostupnější a přijatelnější inkoustová tiskárna, i přes poněkud vyšší náklady na jednu vytištěnou stranu.

- 45 -


5. Literatura Knižní zdroje: 1. Fraser, B., Murphy Ch., Bunting F.: Správa barev, Brno, Computer Press, 2003 Periodika: 2. Digital Printing – fertile ground for inkjet, The Recycler Trade Magazine, Issue 151, 2005, str. 18 3. Printing photographs – getting the right mix, The Recycler Trade Magazine, Issue 151, 2005, str. 24 4. Avecia and the art of chemically produced toner, The Recycler Trade Magazine, Issue 152, 2005, str. 20 5. Ink – Digital Champagne? Part 1, The Recycler Trade Magazine, Issue 154, 2005, str. 77 6. Ink – Digital Champagne? Part 2, The Recycler Trade Magazine, Issue 155, 2006, str. 79 7. Just how environmentally friendly is a remanufactured cartridge?, The Recycler Trade Magazine, Issue 157, 2006, str. 124 Internetové zdroje: 8. Čerba, O., Barevné modely; URL: http://www.gis.zcu.cz/studium/pok/Materialy/Book/ar03s01.html (01/2007) 9. Brabec, S., Grafika v UNIXu - než začneme skenovat; URL: http://www.root.cz/clanky/nezzacneme-skenovat/ (01/2007) 10. Wikipedia, Piezoelectricity; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity (01/2007) 11. Wikipedia, PZT; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Lead_zirconate_titanate (01/2007)

- 46 -

5. Literatura

12. Wikipedia, Lexmark vs. Static Control; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Lexmark_v._Static_Control (01/2007) 13. Wikipedia, Viscosity/Viskozita; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity, http://cs.wikipedia.org/wiki/Viskozita (01/2007) 14. Wikipedia, Surface tension/Povrchové napětí; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Surface_tension, http://cs.wikipedia.org/wiki/Povrchov%C3%A9_nap%C4%9Bt%C3%AD (01/2007) 15. Dudáček, K., Tiskárny; URL: http://home.zcu.cz/~dudacek/PZ/tiskarny.pdf (01/2007) 16. Hue P. Le, Progress and Trends in Ink-jet Printing Technology; URL: http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007 17. Produktové specifikace, Hewlett-Packard; URL: http://h20195.www2.hp.com/V2/pdf/59808096EEE.pdf, http://h20195.www2.hp.com/V2/pdf/5980-8092EEE.pdf, http://h20195.www2.hp.com/V2/pdf/5980-8093EEE.pdf (01/2007) 18. Colorants, Pigments and Dyes Specifications; URL: http://materials.globalspec.com/Specifications/Materials_Chemicals_Adhesives/Chemicals_Ra w_Materials/Pigments (01/2007) 19. Wikipedia, Laser printer; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_printer (01/2007) 20. Wikipedia, Raster Image Processor; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Raster_Image_Processor (01/2007) 21. Wikipedia, Toner; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Toner (01/2007) 22. Wikipedia, Photoelectric effect/Fotoelektrický jev; URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Photoelectric_Effect, http://cs.wikipedia.org/wiki/Fotoelektrick%C3%BD_jev (01/2007) 23. Okidata LED Versus Laser Printers; URL: http://www.compudirect.net/oki/led_versus_laser.htm (01/2007) 24. Eisenhammer, Z., OKI B4250n: LED technologie tisku; URL: http://www.svethardware.cz/art_doc-304D8698E800E425C12571B4005FE769.html (01/2007) 25. IBM 3800 Printer; URL: http://www03.ibm.com/ibm/history/exhibits/vintage/vintage_4506VV3103.html (01/2007) 26. Výtěžnost tiskárny HP LaserJet 4250, Hewlett-Packard; URL: http://h10060.www1.hp.com/pageyield/cz/cs/4250/index.html (01/2007) 27. Výtěžnost tiskárny Canon PIXMA i9950, Canon; URL: http://www.tiskovenaklady.cz/kalkulator.php (01/2007) Zdroje obrázků: Obr. 1.1 – Barevný prostor RGB: http://www.gis.zcu.cz/studium/pok/Materialy/Book/ (01/2007) Obr. 1.2 – Barevný prostor HSV: http://www.gis.zcu.cz/studium/pok/Materialy/Book/ (01/2007) Obr. 1.3 – Barevný prostor HLS: http://www.gis.zcu.cz/studium/pok/Materialy/Book/ (01/2007) Obr. 1.4 – Barevný prostor CMY: http://www.gis.zcu.cz/studium/pok/Materialy/Book/ (01/2007) Obr. 1.5 – Kolorimetrický prostor CIE XYZ: http://web.infoweb.ne.jp/mpm/inkjet/japanese/proof/yougo.html (01/2007) Obr. 1.6 – Barevný prostor CIE LAB: http://www.gecolorxpress.com/jsp/extranet/user/start/quantifying4.jsp (01/2007)

- 47 -

5. Literatura

Obr. 1.8 – X-RITE DTP70: http://www.quentin.cz/produkty/MonacoSys/spektrofotometry.html (01/2007) Obr. 2.1 – Rozdělení technologie inkoustového tisku: http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.2 – Schématické znázornění binárního vychylovacího systému: http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.3 – Schématické znázornění vícenásobného vychylovacího systému: http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.4 – Schématické znázornění roof-shooter (vlevo) a side-shooter komory (vpravo): http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.5 – Ilustrační nákres tiskové hlavy piezo-elektrické tiskárny: http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.6 – Schématické znázornění principu bend-mode (vlevo), push-mode (vpravo): http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007) Obr. 2.7 – Schématické znázornění principu shear-mode v klidovém stavu (vlevo) a po přivedení napětí (vpravo): http://www.imaging.org/resources/web_tutorials/inkjet.cfm (01/2007)

- 48 -

5. Literatura

Bakalářská práce. Moderní technologie tisku a jejich srovnání. Tomáš Mačuga

Recommend Documents