喷墨打印机技术详解
喷墨打印机以其打印质量高、噪声小、价格低的特点，使其成为家庭市场的主流产品。那么喷墨打印机的工作原理你知道吗？
　　顾名思义，所谓喷墨打印机，就是通过将墨滴喷射到打印介质上来形成文字或图像。早期的喷墨打印机以及当前大幅面的喷墨打印机都是采用连续式喷墨技术，而当前市面流行的喷墨打印机都普遍采用随机喷墨技术。这两种喷墨技术在原理上是有很大差别的。
　　一、连续式喷墨技术
　　 连续喷墨技术以电荷调制型为代表。这种喷墨打印原理是利用压电驱动装置对喷头中墨水加以固定压力，使其连续喷射。为进行记录，利用振荡器的振动信号激励射流生成墨水滴，并对其墨水滴大小和间距进行控制。由字符发生器、模拟调制器而来的打印信息对控制电报上电荷进行控制，形成带电荷和不带电荷的墨水滴，再由偏转电极来改变墨水滴的飞行方向，使需要打印的墨水滴飞行到纸面上，生成字符／图形纪录。不参与纪录的墨水滴由导管回收。对偏转电极而言，有的系统采用两对互相垂直的偏转电极，对墨水滴打印位置进行二维偏转型；有的系统对偏转电极采用多维控制，即多维偏转型。
　　这种连续循环的喷墨系统．能生成高速墨水滴，所以打印速度高，可以使用普通纸。不同的打印介质皆可获得高质量的打印结果，还易于实现彩色打印。但是，这种喷墨打印机的结构与随机式相比，比较复杂：对墨水需要加压装置，终端要有回收装置回收不参与纪录的。并且工作方式的效率不够高，而且不精确。现在采用这种技术的喷墨打印机已经极少见到。
　　二、随机式喷墨技术
　　 随机式喷墨系统中墨水只在打印需要时才喷射，所以又称为按需式。它与连续式相比，结构简单，成本低，可靠性也高，但是，因受射流惯性的影响墨滴喷射速度低。在这种随机喷墨系统中，为了弥补这个缺点，不少随机式喷墨打印机采用了多喷嘴的方法来提高打印速度。
　　目前，随机式喷墨技术主要有微压电式和热气泡式两大类
　　 1．热气泡喷墨技术
喷墨打印机一般多采用热气泡喷墨技术，通过墨水在短时间内的加热、膨胀、压缩，将墨水喷射到打印纸上形成墨点，增加墨滴色彩的稳定性，实现高速度、高质量打印。由于除了墨滴的大小以外，墨滴的形状、浓度的一致性都会对图像质量产生重大影响，而墨水在高温下产生的墨点方向和形状均不容易控制，所以高精度的墨滴控制十分重要。热泡式喷墨打印的原理是将墨水装入到一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点。这样就生成了一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射到毛细管的顶端。停止加热，墨水冷却，导致蒸汽凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生蒸汽并生成一个墨滴。
　　2．微压电技术
　　微压电技术把喷墨过程中的墨滴控制分为3个阶段：在喷墨操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩；然后，元件产生一次较大的延伸，把墨滴推出喷嘴；在墨滴马上就要飞离喷嘴的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把墨水液面从喷嘴收缩。这样，墨滴液面得到了精确控制，每次喷出的墨滴都有完美的形状和正确的飞行方向。　　微压电式喷墨系统在装有墨水的喷头上设置换能器，换能器受打印信号的控制，从而控制墨水的喷射。根据微压电式喷墨系统换能器的工作原理及排列结构可分为：压电管型、压电薄膜型、压电薄片型等几种类型。
　　采用微电压的变化来控制墨点的喷射，不仅避免了热气泡喷墨技术的缺点，而且能够精确控制墨点的喷射方向和形状。压电式喷墨打印头在微型墨水贮存器的后部采用了一块压电晶体。对晶体施加电流，就会使它向内弹压。当电流中断时，晶体反弹回原来的位置，同时将一滴微量的墨水通过喷嘴射出去。当电流恢复时，晶体又向后外延拉，进入喷射下一滴墨水的准备状态。　　这两种方法相比，热泡式打印头由于墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，在一定程度上影响了打印质量，这都是它的不足之处。微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。对墨滴控制能力较强，还将色点缩小许多，产生的墨点也没有慧尾，从而使打印的图像更清晰。容易实现高达1440dip的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。另外，压电式打印头被固定在打印机中，因此只需要更换墨盒就可以了。热泡式喷墨打印机需要在每个墨盒中安装喷墨嘴：这样会增加墨盒的成本。但压电式喷墨打印机的缺点是，如果压电打印头被损坏或者阻塞了，整台打印机都需要维修。
　　不论是采用加热方式还是采用振动方式来产生墨滴，结果都是一样的：将微小的墨点附着到纸上。墨点越小，打印图像的分辨率就越高，色彩效果就越好。
三、喷墨打印机的关键技术
　　 喷墨打印机的关键技术集中在喷头和墨水两方面。
　　1．高分辨率喷头是衡量产品技术的重要因素
　　彩色喷墨打印机目前流行的1440dpi x 720dpi分辨率与其最初时的分辨率已不可同日而语，但各大公司仍在追求这方面的突破。打印分辨率的高低，主要取决于喷墨头的好坏。目前彩喷使用的喷墨头分为两种：单喷墨头与双喷墨头。佳能的BJC-8200作为6色打印机，它的高分辨率双喷墨头采用全新的双排喷嘴设计，喷墨头上设有两个加热器：气个加热器喷射小的墨滴或两个加热器一起喷射一个普通大小的墨滴。两者结合在一起，便可产生精美的照片品质输出。该机型每种颜色有256个喷嘴，喷嘴数量大幅度提高，使打印头的硬件分辨率提高到了1200dpiXl200dpi，打印的墨点与墨点之间的距离仅仅为1／1200英寸，在每平方英寸上可打印144万个墨滴，是普通1440dp x 720dpi打印机的1.4倍，加上低浓度墨水，可以获得相当于1800dpi的分辨率，实现了肉眼无法分辨的零颗粒打印。以往 2400dpi只出现在价值数万元的高档彩色激光打印机的性能指标中，而今分辨率为2400dpi x1200dpi的彩色喷墨打印机也已有很多机种不断面市，它的分辨率比目前市场上最高精度的1200dpi x 1200dpi彩色喷墨打印机提高了200％，超过了一般激光打印机的打印效果，如： HPDeskJet950c、LexmarkZ52等新机型。其中，利盟公司的LexmarkZ52十分有特色，它采用了墨盒与喷墨头连体式设计，每次更换墨盒的同时就换上了新的喷墨头，不会因为喷头长期使用所产生的损耗而降低打印精度。一般产品是通过软件来实现2400dpi x l200dpi的效果，并必须在特殊的照相纸上才能实现这一打印精度，而它则通过硬件完成，加上独特的打印墨水，在任何介质上都可以实现这一超高打印精度，这标志着彩色喷墨打印进入了一个新的技术层次。
　　2．墨水质量和使用寿命是用户必须考虑的重要因素
　　彩色喷墨打印机厂商一直认为，能否打印出色彩亮丽、永不褪色的高品质效果，核心问题是在墨水上。如果墨水中的墨色成分耐受不了光线(特别是阳光中的紫外线)的长时间照射，亮丽的输出稿件就会渐渐衰退暗淡。常见的染料型(Dye)墨水便是如此，尽管它能很快渗透进打印介质，也很容易缩小墨滴的尺寸，但它致命的问题是染料在紫外线照射下会褪色，而且也不防水，难以在户外得到应用。另一类墨水被称为颜料型(Pigment)，它是由大量悬浮在水中的色素颗粒组成的。颜料墨水具有相对出色的耐磨、耐水性能，但色彩表现一直难如人意，很难走入“艺术的殿堂”。　　 染料型和颜料型墨水只能追求质量或是寿命的某一方面，有没有两全其美的方案呢?爱普生最新的“世纪色彩”油性墨就采用“胶囊”技术成功地解决了这一难题。在这种新型墨水中包含大量的色素颗粒，其外部由一层树脂材料包裹，形成一个个特殊的“胶囊”。由于树脂的隔离作用，墨水中的色素颗粒尺寸非常小，只有0．1微米，是以往颜料墨水颗粒的1／100。其实这层胶囊的作用还不只是让色素颗粒变小，它可以反射紫外线，大大延长打印作品的色彩寿命；“胶囊”落在介质上可以融合成光滑的表面，在提高画面光洁度的同时，还增强了输出的耐水、耐磨能力。其优势首先是使大幅面喷墨输出几乎变得长生不老，降低了户外广告的成本和维护难度；其次，“胶囊”技术也让颜料墨水达到了前所未有的图像质量。用户这下真的可以放心把大幅面打印作品展示在户外了。　　 目前爱普生的多种机型主要采用的是六色快干墨水，在10微秒内可快速渗透进纸纤维，这不仅减少了墨水的干燥时间，使其在打印输出时墨滴就已定型，而且由于墨滴的快速着色也提高了墨水的使用效率。
　　其他厂商的新产品除保留了各自的传统优势外，在墨水性能方面也都有新的突破。 CanonBJC-6500中采用的黑色颜料墨水与染料墨水相比有了质的飞跃，它可以使打印的文字更黑，边缘更加锐利，同时在防水性和防褪色等方面均有明显改善，这些优点在打印那些需要长期保存的重要商务文件时显得尤为突出。此外，采用的彩色墨水有浓淡不同的两种类型，在确保打印对比度清晰、色彩平衡精确的同时，还能产生平滑、细腻、自然的色彩过渡。而惠普的DeskJetl220C等产品在使用漆基墨水后，降低了普通纸上的洇纸现象，因此无论是黑白文本、彩色文本还是彩色图形图像，在普通纸上打印清晰自然。上述两种墨水与染料墨水相比，其墨水中的溶剂不再使用水质载体，可以减小墨点在普通纸上的扩散，大大提高了在普通复印纸上的打印质量，同时提高了打印内容的耐水性。
四、喷墨打印机的四大豪门技术
　　 目前在喷墨打印机领域，爱普生、惠普、佳能、利盟四家公司生产的液态喷墨打印机代表了市场的主流产品，而它们在技术方面的特色也是各有所长：
　　 1、爱普生
　　爱普生公司在微压电技术的基础上又推出了超微压电喷墨打印技术和PPIS(Perfect Picture lmaging System)完美成像系统)技术。完美成像系统从打印头、墨水、图像调整技术、打印介质四个方面来提高打印的分辨率，增强图像的色彩。该系统主要包括4个部分，即微压电打印头技术、速干墨水(Quicklnk)、精细图像半色调调整技术(AcuPhoto Halftoning)和照片质量打印纸。
　　超微压电打印头技术利用晶体加电时以稳定的频率振动的特性，利用晶体在加压时放电的特性，通过多层压电板来稳定控制电压于晶体上，用电流变化控制喷嘴的压力，在常温及稳定状态下，打印头喷出的墨水体积只有普通墨滴的l／3大小，使墨滴微粒形状让人感觉起来更为规则，定位更加准确，分辨率也同时得到了提高，能够精确地控制墨点的大小和圆度，从而避免了传统气泡喷墨和热喷墨方式下墨点大小不一、分布不均、色彩不准确的缺点。这一方面降低了墨水的用量，另一方面，由于不用加热，墨水不会因受热而发生化学反应。
　　 从理论上来说，决定喷墨打印效果的因素主要有三个方面：首先从分辨率来看，爱普生Photo系列的喷墨打印技术都可以实现不低于720x1400dpi分辨率的打印效果，这是目前业界的最高水平。其次是墨盒的数量，爱普生Photo系列在CKMY(黑色、洋红、蓝色、黄色)的基础上增加了浅洋红和浅蓝色，可以实现六色打印，使得图像的色彩更加逼真，层次更加丰富。最后在墨滴大小上，爱普生独有的微压电技术创造了世界上最小的6皮升墨滴，其直径仅为发丝的四分之一，小得连放大镜也无法分辨，真正实现了“无点打印的完美效果”。此外SP750和1200还具有爱普生首创的“智能墨滴变幻技术”。智能墨滴变幻技术提供了大(19微微升)、中(10微微升)、小(6微微升)三种／之寸的墨滴，可根据打印图像区域的不同，在颜色一致、浓度高的大块区域自动选择大墨滴，而在打印纹珥细腻的区域选择小尺寸墨滴，从而实现真正照片品质的打印效果。
　　爱普生公司采用的微压电打印技术，利用了压电晶体在两端电压变化的情况下伸展或收缩的特性，通过电信号驱动喷墨室内的压电晶体运动，压迫墨水喷出。
　　2、惠普
　　惠普推出了第二代照片色阶增强技术(即“富丽图”Photo Ret 11)和第二代智能色彩增强技术(Color Smartll)。HP Photo Ret II能够表现出近似印刷的打印效果，其秘密在于充分提高了打印机的色彩深度。按照传统技术，墨滴只有喷与不喷两种选择(即有墨滴和没有墨滴两种情况)。于是在每一点上，使用三色墨水(青蓝、洋红、黄)的普通喷墨打印机所能产生的色阶数只有8种(2x2x2=8)，即：青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)、蓝色(C+M)、红色(M+Y)、绿色(C+Y)、黑色和“白色”(无油墨)。而HP Photo Ret II技术采用了一种新型墨盒，每一喷嘴可以实现从不喷到喷的十几种变化，各点上最多能有 16个墨滴，可产生每像素约30种不同的颜色。它利用原色的小墨滴量达到每像素有四个级别，第一级为无油墨：第二级有一个墨滴，产生浅色：第三级为两个墨滴，产生中等密度：第四级为三个墨滴，产生无空白部分的全饱和原色。利用三种原色和黑色的各种组合，可产生浅的全饱和与灰白原色和复色以及中间色，可以使每个墨滴的体积小到lOpl，肉眼无法看见。正因为有如此小的墨滴，所以在每一点上可以产生成千上百种变化，而且无论在普通纸上或是专用纸上，效果都很好。
　　第二代智能色彩增强技术可以让使用者不用费心去调节各项打印参数，这在打印一份同时含有图像、图表、彩色文本和黑白文本的文件时更能体现出它的便利性。HPDeskJet 890C多色阶喷墨打印就使用了这两种最新的技术。而且HP也不是简单地追求高分辨率，而是强调采用独特的算法设计，使系统传送给打印机的信息量减少，大大提高打印速度。
　　惠普公司富丽图3代技术中的墨滴自动变换技术，使用了独特的喷墨头，在普通模式—下喷射墨滴的体积达到了5pl，而在高分辨率模式下，喷射墨滴只有4.3pl：富丽图技术中的色彩分层技术可使图像中的每一个像素点最多喷射出29个墨滴(富丽图2代技术只能达到16滴)，实现每一种颜色17个层次，每一个像素点上多个墨滴可以调和出上千种色彩，比传统喷墨打印机高出400多倍。从而做到了在普通4色喷墨打印机上大幅度地提高色阶变化，提高了图像的分辨率，使之线条轮廓分明，色彩层次过渡柔和自然，照片打印效果逼真，即使用普通纸效果亦是如此。上述技术在惠普公司的彩色喷墨打印机 DeskJet990cxi／950c／930c中得到了极好的印证。
　　目前，惠普公司的富丽图技术已发展到期第四代，分辩率更是达到了4800dpix1200dpi，完全可以打印出与传统照片相媲美的效果。
　　 3、佳能
　　佳能公司的墨滴调整及墨水优化液技术是喷墨技术上的一次革新，它可以在同一打印头，一条打印线里喷出普通大小和一半大小两种墨滴。这种新的打印头设计了两个加热器，一个加热器喷射小的墨滴，或两个加热器一起喷射一个普通大小的墨滴。两种大小的墨滴结合在一起就可以产生更细致的、对比度更高的输出。佳能的喷墨打印机系统，特别是打印头结构和驱动软件使得这种精细的墨水喷射方式成为可能。尽管这项技术爿：没有在整体上增强分辨率，但利用这项技术可以减少色彩的颗粒状现象，从而提高照片图像的输出质量。佳能公司还开发了P-PERWEPIP技术(墨水优化液技术)，它是在喷墨前先在纸张上涂上一层墨水优化液，此优化液能和纸张紧密地粘合而形成一个理想的打印表面，使得在普通纸上的打印能够避免墨水扩散，确保了色彩的清晰度，且能够防水，例如佳能BJC—7100打印机就采用了这种技术。
　　佳能力推多重色控技术(Photo Realism)，众所周知要使打印出来图像的颜色漂亮，就是说能呈现更多种不同颜色的变化，即每一个墨点可以产生多达九种的颜色变化，在同行业中的其他公司致力于增加打印机墨盒中色彩数目以产生更微妙的色彩浓度时，佳能公司推出了一个全新的解决方案：即保持墨盒中现有的色彩数目，减淡浓度并增加打印头经过纸页上每行的次数。在Photo打印机中，每个墨盒中的青色和品红色的浓度都稀释了三分之二，黑色稀释了一半(黄色没有被稀释，因为人类的眼睛不能分辨这种颜色的浓度差别)。为了保持六色打印的这一特点并产生不同的色彩和色调组合，打印头在纸页的每一行上要经过三次，这样就拓宽了色彩表现的可能范围。同时佳能公司还采用了细粒度的纸张以减小纸上墨点的直径。这些方法的组合最终使输出照片质量的图像成为可能，而且输出速度与其它全彩色喷墨打印机相同。在原有4重色的基础上，又创新出了3种Photo墨水，从而实现7重色彩。在其高端机种中还有9重色控的技术。四重色控技术强调的是打印出的照片效果，色调的过渡更细致自然，效果更好。佳能的Photo打印实现了多层色彩之间的渐次显示，使得打印效果十分细腻，极具照片的品质。而且Photo打印继承了佳能多介质打印功能。
　　 佳能公司通过先进的超精微墨滴技术使其BJC-8200产品中的墨滴体积达到4pl，由于采用1／6浓度的新型墨水，取得了0．67pl大小的墨滴，低于人眼分辨的极限尺寸，从而实现了零颗粒打印。同时佳能采用传统相片中的多重色控制技术在图像中的每一个像素点可以喷射42个墨滴，每一种颜色可以实现33个层次变化。由此可获得媲美卤化银照片的打印质量，完成了从照片效果打印到真正照片打印的飞跃。
　　再以佳能公司的BJC-8200为例，它的超精微墨滴技术可以确保喷射的墨滴形状规则、浓度均匀、定位准确。其独创的星形喷嘴能够在喷射墨滴时，使墨滴获得较大的表面张力，精度非常高，从而最大程度地维持规则的圆形。
　　4、利盟
　　利盟（Lexmark）在彩色喷墨打印机的领域里，一直在强调体贴的使用界面和最人性化的操作方式，从全中文化的驱动程序到操作界面，几乎每一个细节都相当的注意，尽可能的让其简单又明了，另外还提供了非常独特的图像显示界面和语音提示功能，在通过这实时的语音系统，墨水的存量和打印状况都随时会回报给使用者。
　　利盟的打印机是采用热感喷墨式（Thermal inkjet）的打印方式，虽然说从过去到现在皆是以热感喷墨式打印，但是在内部的雷射光技术，利盟可是不遗余力的在精进加强，这就像CPU的制程不断的提升一样，单位面积所能容纳的晶圆数和打印机常提到的分辨率dpi（Dot per inch）是差不多的观念。利盟在新世代打印机中都使用了独家的“EXCIMER”雷射光切割技术，而“EXCIMER”是外科雷射手术切割蚀刻的方式，在早年即使用在蚀刻半导体超微集成电路上，在眼科的矫正显微手术上也使用了不少。
　　利盟将“EXCIMER”雷射光技术应用在切割墨水头的层面，它在一次过程中即可完成墨水导管、加压舱和墨水孔的切割，在这过程中跳过了粘合的程序，所以墨水导管和墨水孔的位置能更加精确的切出，根据试验，通过EXCIMER的雷射光技术，要切断一根发丝必须经过200次的切割才能完成，由此可见，墨水喷出的表现相当细致，而且通过这样的技术，墨水的射出更顺畅、墨点更小不易扩散。
　　而利盟近来更是提升“EXCIMER”雷射光技术的精细程度，更创造出最高2400 x 1200dpi的分辨率，这也表示其可在每平方英寸达2.88百万点墨水的解析能力，再配合利盟独特的色彩管理能力，以及独特调配的100%防水黑色墨匣，就可表现出相当逼真的相片级打印效果，目前市面上推出的Z32、Z42和Z52彩色喷墨打印机即有如此优异的输出表现。
　　其实目前市面上许多的打印机常会出现卡纸的现象，不论是前方进前方出的模式，或是后进前出的方式，多半会有一个不小心就进歪的情形发生，所以卡纸现象似乎就是家常便饭的事，尤其有些厂商又将喷嘴头直接作在打印机机身中，卡纸时的拉扯非常容易造成喷嘴头的伤害。还有的厂商干脆直接设置了后方的开口来解决这类的问题，不过这些都是治标不治本的方法。
　　利盟User Friendly的操作接口，在纸张的处理方面，推出了精准的定位进纸系统（Acuu-Feed），它将能同时处理各式打印媒介，举凡信纸、投影片、卷标、长条型海报、卡片纸、名信片和转印纸的打印都可轻松定位打印，有效的减少了夹纸的机会，在这套定位进纸系统（Acuu-Feed）中，纸张最大的厚度可达到272g/m2。而其还内建了智能型馈纸系统（Drop & Go），瞬间即可感应，自动将纸张调正列出，这也就是其所声称“歪的进，正的出”的神奇功能。