Управление печатающей головкой спектра: Печатающие головки Spectra и Xaar. Статьи компании «HONGKONG AD SOLUTION LTD» – Биопринтер своими руками / Habr

Содержание

Печатающие головки Spectra и Xaar. Статьи компании «HONGKONG AD SOLUTION LTD»

Печатающая головка – это устройство, которое пропускает определённый объём жидкости через заданное количество форсунок. Посыл капель управляется электрическими сигналами. Из микрокапель (точек) на носителе складывается изображение.

     Печатающие головки Spectra и Xaar

Печатающая головка – это устройство, которое пропускает определённый объём жидкости через заданное количество форсунок. Посыл капель управляется электрическими сигналами. Из микрокапель (точек) на носителе складывается изображение.   Два крупнейших в мире производителя головок, устанавливаемых на принтерах для печати уличных изображений — это Spectra и Xaar. Продукция и технологии этих компаний используются в промышленной и коммерческой печати, а также в других областях. Утверждать абсолютное превосходство тех или других не возьмётся ни один эксперт. Тем более, что на прошедшей выставке DRUPA-2004 обеими компаниями были представлены новые решения и пока нельзя спрогнозировать, какое из них окажется эффективнее. Сравнивать можно лишь определённые характеристики головок. Также необходимо учитывать, на каком оборудовании они установлены.  

 Технология печати и строение головки

Цифровые технологии позволили печатать изображения, посылаемые непосредственно с компьютера, минуя подготовительные стадии, свойственные офсетному и шелкографическому производству. Существуют несколько видов цифровой печати. При создании изображений для наружной рекламы наиболее популярна пьезоэлектрическая печать.   Пьезоэлектрические печатающие головки могут иметь различную конструкцию, но в ней обязательно присутствуют чернильные камеры пьезоэлектрик, к которому проведены электроды. Чернила и воздух попадают в полость камеры через каналы.   Строение обусловлено принципом работы головки. Для посыла каждой из миллиарда капель на пьезоэлектрический элемент сначала подаётся высокое напряжение, затем снимается. Стены чернильных камер деформируются, вследствие чего за счёт изменения объёма камеры чернила сначала втягиваются в камеру через соответствующий канал подачи, потом выдавливаются каплей через форсунки (сопла, дюзы, инжекторы) на носитель. Данный алгоритм носит название «принцип сдвига» (share mode). Достоинством являются малые затраты энергии. Фактическое движение пьезоэлектрического материала – приблизительно одна миллионная дюйма, тем не менее оно может контролироваться, что позволяет откалибровать объём капли с высокой степенью повторяемости.  
Алгоритм цифровой технологии печати
«капля по требованию» (drop-on-demand-DOD) – до сих пор не меняется. Компьютерная программа раскладывает изображение на точки, рассчитывает, сколько форсунок и в каком порядке должны быть задействованы, чтобы отобразить исходный файл с требуемым качеством, и посылает команды на печатающую головку (подает электричество на электроды соответствующих камер).   Одним из главных параметров остаётся разрешение, с которым печатает головка, — количество точек (капель) на дюйм. Большинство работающих сейчас моделей функционируют по двоичному принципу (binary). Каждая точка на носителе покрывается чернилами или остается непокрытой. Из точек складывается изображение. Его качество зависит от объёма капли.   Реальное разрешение головок с одинаковым количеством сопел может различаться за счет системных конструкционных решений и интегрированной электроники. Конструкционные решения принтера не повышают реального разрешения головок. Запечатывание одного фрагмента изображения в несколько проходов позволяет устранить эффект полошения, но не помогает добиться четкости мельчайших деталей. Подобное «повышенное» разрешение на практике используется нечасто. Предельно малый объём капли также не является идеальным решением, так как для пропечатывания фоновой заливки требуется установка от 2 до 6 головок на цвет. Последнее время компания Xaar внедряет новую технологию greyscale, которая позволяет менять объём капли во время прохода каретки над носителем – вплоть до 16 уровней полутонов. Конструкционные особенности этой новинки не разглашаются.
 

Место в системе

Печатающие головки собраны из нескольких модулей (например, 256-канальная головка Spectra состоит из 4 модулей по 64 сопла). Несколько головок собираются в блок одного цвета, затем блоки в печатающую батарею, которая монтируется в каретке. На поверхности остается только лицевая пластина (плита) каждой головки, в которой находятся сопла. У головок Spectra она изготовлена из металла, у некоторых моделей Xaar – из пластика.   Каретка может быть расположена вертикально или горизонтально (над или под носителем). Данные решения запатентованы различными производителями принтеров и не могут быть повторены конкурентами. Поэтому существуют головки, работающие в различных положениях.   На каретку через трубопроводы, расположенные в подвижном шлейфе, подаются воздух, чернила и в некоторых моделях – растворитель. От их исправной подачи во многом зависит и работа головок. Воздух необходим для поддержания воздушно-вакуумного баланса, предотвращающего произвольное вытекание чернил из форсунок, и для подачи чернил в камеру головки из резервуара, установленного на принтере или каретке.   Сольвент используется для автоматической чистки головок (где подобная функция предусмотрена) и их консервации на время длительного простоя. Если чистка производится вручную(вакуумом), то такой режим не является щадящим и приводит к уменьшению срока службы головки. Головки, работающие с УФ — отверждаемыми чернилами, менее требовательны в обслуживании.   Для чернил на основе растворителя важен такой показатель, как
вязкость
. Она зависит от качества самих чернил и от условий эксплуатации. При изменении вязкости меняется текучесть чернил, скорость заполнения головки, частота выстрелов и объём капли. Соответственно требуется корректировка работы вакуумной системы и величины электрического импульса, посылаемого на пьезоэлемент в головках.   Также меняется адгезия чернил к носителю, что компенсируется подогревом стола. В связи с этим в спецификациях головок Spectra особо подчёркивается наличие в стандартной комплектации или возможность опциональной установки узлов контроля температуры и автоматической деаэрации. Последняя представляет собой запатентованное устройство, которое называется «лёгкое», по аналогии с дыхательным органом человеческого организма. Технология «лёгкого» позволяет удалить из чернил газы ( пузырьки воздуха ) непосредственно перед попаданием в чернильную камеру головки. Чернила подаются через порт мимо фильтрующей мембраны, затем выходят из «лёгкого». Мембраны проницаемы только в одном направлении. Умеренный вакуум с противоположной стороны мембраны оттягивает из чернил воздух и не позволяет ему проходить обратно.   Учитывая важность всех систем каретки, взаимодействующих с головкой, такой крупный производитель, как VUTEk, закупает у Spectra не печатающую голову целиком, а только   «дорожку»: чернильную камеру с пьезоэлементом, каналами и лицевой пластиной с форсунками. Системы управления и подачи чернил, сольвента и воздуха разрабатываются непосредственно компанией VUTEk. Подобное использование предусмотрено и для головок Xaar.   Управление головкой включает автоматизированную систему настройки, калибровки, синхронизации с движением каретки. Это необходимо для точного согласования транспортных механизмов машины и работы головки в процессе печати. Все сопла располагаются в один ряд. Если алгоритмизировать процесс печати, одна форсунка печатает одну часть изображения, следующая – другую. Чем шире печатное поле головки, тем больше возможных режимов печати.   При различных режимах печати каретка может двигаться с различными скоростями ( к примеру, 0,5; 1 и 1,5 м \ сек). Так как при печати изображений для уличных рекламоносителей высокое качество не требуется, производители чаще всего печатают в в самом быстром или среднем режиме. Соответственно, головка должна посылать капли с той же скоростью. Это зависит от частоты («скорострельность») и линейной скорости, под которой понимается быстрота заполнения чернильной камеры. Чем они выше, тем больше возможностей использования головки. Низкая частота компенсируется удвоением числа головок. В некоторых моделях не дорогостоящих принтеров головки с низкой частотой выстрелов работают на высоких скоростях, что снижает срок их службы в разы.   При соблюдении всех условий эксплуатации головки обоих производителей стабильно работают не один год.

  Модельный ряд На практике производителям наружной рекламы приходится сталкиваться лишь с некоторыми моделями из всего ассортимента, выпускаемого компаниями Spectra и Xaar. Spectra Spectra SE-128, Spectra SL-128, Spectra SM-128, Spectra SX-128 – варианты 128-канальной печатающей «дорожки», отличающиеся друг от друга калиброванным размером капли и адресуемым разрешением. Spectra SX-128 создавалась специально для производства электронных дисплеев (жидкокристаллических панелей).   Nova PH 256\80 AAA , Nova-Q, Nova JA 256\80 AAA-256-канальные печатающие головки и отдельная «дорожка», созданные для работы с большими объёмами промышленной и коммерческой печати, от конвертов и упаковки до широкоформатных изображений и печати на текстиле.   Galaxy JA 256\30 LQ – 256-канальная печатающая головка и отдельная «дорожка», созданные для работы с большими объёмами промышленной и коммерческой печати. Устанавливается на принтерах, предназначенных для печати на жёстких материалах. Работающих на УФ-отверждаемых чернилах.   Galaxy PH 256\30 HM, Galaxy PH 256\80 HM, Galaxy PH 512\70 HM – головки, разработанные для печати составами hot melt с разрешением до 900 dpi. Укомплектованы множеством дополнительных опций и не поставляются в виде « дорожек», только в сборке.   SX-2 – печатные головки нового поколения, которые появились на рынке во второй половине 2004 г. Выполнены по новой технологии Shaped Piezo Silikon MEMS (Micro Electro Mechanikal Systems). Конструкция включает полностью интегрированную «бортовую» электронику. Использование новой технологии привело к новой архитектуре изделия с малыми размером и массой, пониженным расходом энергии.  

Xaar

  Xaar Jet 126-200, Xaar Jet 126-300 (XJ126) — 126-канальные головки, не предназначенные для печати чернилами на основе растворителя. Имеют улучшенную электронику и показатели линейной скорости.   Xaar Jet 128-200, Xaar Jet 128-200 Plus Unit, Xaar Jet 128-360, Xaar Jet 128-XL (XJ128)- семейство самых популярных 128-канальных головок для работы как с сольвентными, так и с УФ-отверждаемыми чернилами.   Xaar Jet 500-180, Xaar Jet 500-360 (XJ500)-две версии 500-канальной печатающей головки, созданные для работы с УФ-отверждающими чернилами на масляной основе. Несмотря на это, они часто используются на принтерах, предназначенных для печати сольвентными чернилами.   Xaar Leopard — 318-канальная печатающая головка, выполненная по технологии greyscale. Предназначена для УФ-отверждаемых чернил, основное назначение – маркировка упаковки. Произведена в Японии компанией Toshiba TEC в 2003 г.. Установлена на машине The. Factory (Dotrix).   Xaar OmniDot 380 – одна из последних разработок, продолжающих двоичный принцип печати. Будет выпускаться в двух версиях с реальным разрешением 180 и 360 dpi.   Xaar OmniDot 760 GS3, OmniDot 760 GS8 – последние разработки по технологии scgreyale. Отличительная особенность – наличие 764 сопел. По заявлению компании Xaar, это первые головки, печатающие разными типами чернил : на водной основе , на основе растворителя, на масляной основе, УФ-отверждающими. Головка OmniDot 760 GS 3 создана в сотрудничестве с компанией Agfa.  

Резюме

  Ассортимент печатающих головок обоих производителей в равной мере охватывает все возможные сферы применения. Но конструкторские решения и технические параметры различаются. Головки Xaar проигрывают аналогичным по числу каналов головкам Spectra по следующим показателям:
 
  • калиброванный объём капли;
  • рабочая частота сокращений;
  • линейная скорость;
  • ширина области печати;
  • максимальное число сокращений пьезоэлемента (срок службы).
Кроме того, среди неоспоримых преимуществ головок Spectra: патентованная технология дегазации, надёжное промышленное исполнение повышенной прочности и возможность восстановления при выходе из строя.   В то же время головки Xaar выигрывают по следующим показателям:
 
  • ― масса головки;
  • ― низкие энергетические требования;
  • ― низкая себестоимость головки (за счёт уменьшения издержек на материалы и производство головок, а также существующей конкуренции).
К тому же компания Xaar раньше конкурентов довела разработку головок нового поколения (технология greyscale) до производственной стадии.   Любые преимущества и недостатки относительны. Если экономичный плоттер, на котором установлено 6 печатающих головок, стоит 30000у.е., то это могут быть только головки производства Xaar, так как Spectra будет сопоставимо со стоимостью станка.   По мнению некоторых пользователей оборудования выгоднее приобрести два комплекта дешёвых головок, имеющих меньший срок службы, чем изначально заплатить высокую цену. Даже притом, что смена печатающей головы требует перекалибровки всего принтера. По мнению других, скупой платит всю жизнь.   Все сходятся во мнении, что установка дорогостоящих головок оправдана, если другие составляющие печатной системы организованы на соответствующем уровне, а на производстве будут жестко соблюдаться требования к эксплуатации и обслуживанию.   Факторов оценки очень много. Самым главным, пожалуй, остается целесообразность использования различных моделей на том или ином оборудовании.

Биопринтер своими руками / Habr


От переводчика: Это руководство поможет вам создать биопринтер из подручных материалов (не путать с 3D биопринтером!!!, об этом в следующий раз).

Биопечать — это печать биологическими материалами. Думайте об этом как о 3D печати, но спрессованными ингредиентами! Большая работа была проведена исследовательскими лабораториями и крупными компаниями, такими как Organovo занимающимися проблемой печати человеческих тканей и органов человека, с целью тестирования лекарств, и трансплантации органов людям.
Все это звучит невероятно сложно, но дело в том, что основные технологии широко доступны — все это основано на струйной и / или 3D-печати! Так что мы на BioCurious решили поиграть с этой технологией сами — и проект BioPrinter Community появился на свет!




Шаг 1: Разбор старого струйного принтера


Берём старый струйный принтер, в нашем случае HP 5150, но подойдёт практически любой. Можете просто срывать все пластиковые крышки, но убедитесь, что кнопка перезагрузки на передней панели всё ещё работает.
В нём есть маленький быстродействующий переключатель, который следит открыта ли крышка. После снятия крышки, нужно зафиксировать этот переключатель во включённом положении. вручную, с помощью зубочистки или приклеив маленький кусочек пластика, в общем включите фантазию.

Так же внутри есть быстродействующий переключатель механизма подачи бумаги, который определяет загружена ли бумага. С ним нужно сделать тоже самое.
Чтобы убедиться, что всё сделано правильно, распечатайте пару листов. Смотреть как разобранный принтер печатает, само по себе интересно.

Следующей задачей является вскрытие картриджа, для замены чернил на что-то более органическое. Лучше взять новый картридж, у которого сопла ещё не засорены, но вы можете попробовать и старый, только перед использованием включите режим очистки головки, если ПО принтера это позволяет.

После снятия всех наклеек вы увидите, что большинство картриджей имеют приклеенную крышку с небольшим вентиляционным отверстием для подачи воздуха во время вытекания чернил. Крышку нужно снять ножом или специальным инструментом, только имейте ввиду, что в будущем картридж нужно будет снова вставлять в принтер.
Как только вы вскроете картридж вы увидите, что весь резервуар занимает небольшая губка, которая удерживает чернила на месте. Цветные картриджи имеют отдельные отсеки чернил со своими губками (обычно голубой-пурпурный-желтый, а не красный-зеленый-синий, так как цвета печати на белой бумаге является процессом вычитания цвета). Вы можете выжать оставшиеся чернила и сохранить их для последующих экспериментов (например, для бумажной хроматографии). Затем промыть, промыть, и ещё раз промыть картридж дистиллированной и деионизированной водой, чтобы не засорить печатающую головку минеральным остатком. Независимо от того как хорошо вы промоете его, вряд ли у вас получиться вымыть всё, поэтому залейте в картридж дистилированной воды и напечатайте что-нибудь, потом ещё и ещё пока мельчайшие частицы чернил не перестанут выходить.
Теперь необходимо чем-нибудь заполнить наш картридж. Тут всё зависит о вашей фантазии. Мы решили начать с чего-нибудь простого, а не прыгать сразу к печати живых клеток. Мы решили напечатать что-то с помощью раствора арабинозы на фильтрованной бумаге.
Мы решили напечатать с помощью раствора арабинозы на фильтровальную бумагу. Затем мы вырезали её и положили на пластину агарозы, с выращенной плёнкой из кишечной палочки, чем спровоцировали перенос pGLO плазмид. Этот плазмид содержит зеленый флуоресцентный белок (GFP), под управлением арабинозочувствительного ускорителя.
В результате, там, где мы распечатали арабинозу на фильтровальной бумаге, мы увидели под ультрафиолетовым излучением зелёный свет излучаемый кишечной палочкой! Обратите внимание, что красота этого эксперимента заключается в его простоте (прим. переводчика: ну да, ну да… могли бы и что-то по интереснее придумать): мы только должны были печатать простым раствором сахара, а не объемными живыми клетками, причём на бумаге, так что нам даже не придётся менять технологию работы с бумагой. Также можно попробовать печать с помощью антибиотиков или даже белков, таких как ферменты или факторы роста.

На первой фотографии мы распечатали половину страницы арабинозой (Прим. переводчика: надо приглядеться, сочувствую дальтоникам.).

А на этом фото мы распечатали логотип глазного яблока. К сожалению, резкость изображения оставляет желать лучшего.
Шаг 2: Проблема — существующие принтеры имеют слишком высокое разрешение


Мы провели немало времени, смотря на струйные печатающие головки под микроскопом. Серебристая полоска в нижней части картриджа называют пластиной с соплами. Это просто ленты из нержавеющей стали. В этом картридже, сопла расположены в четыре ряда, из которых вы можете увидеть две на первом изображении выше. Сопла фактически пронумерованы от 1 до 416. 416 сопел в печатающей головке это примерно 1/3 дюйма выходит до 1200 точек на дюйм.
Теперь, 1/1200 на дюйм означает интервал в 21 мкм. Кроме того, сами сопла фактически около 23 микрон в диаметре. Это порядка размера эукариотической клетки — Ой-ой! Мы должны по-прежнему иметь возможность печатать клетки E.coli гораздо меньше размера (~ 1 мкм в диаметре ) с этой печатающей головки, а также возможно дрожжевые клетки (~ 10 мкм в диаметре ).
Но подождите — это еще не все!
Когда вы удаляйте металлическую пластину сопла, вы получаете фактически возможности печатающей головки — чуда инженерного кремния, который включает в себя как наливные, микроскопические нагреватели, которые испаряют часть чернил в термическом струйном принтере, так и кучу встроенной электроники. Отличная мишень для продвинутых микроскопистов!




Последнее изображение волнует нас гораздо больше. Там, кажется, фильтр, интегрированный в кремний, расположенный между резервуаром чернил и печатающей головкой! По изображению с микроскопа, мы оцениваем отверстия в фильтре, размером около 3 мкм, что может оказаться недостаточно даже для клеток кишечной палочки!

Вдобавок, использую коммерческий принтер придётся изменить весь путь движения бумаги, к тому же существующие драйвера предоставляют ограниченные возможности для управления печатающей головкой, если конечно не адаптировать драйвера под Linux.
Так что давайте создавать собственную печатающую платформу, над которой мы будем иметь полный контроль.
Шаг 3: Используем печатающую головку InkShield

Итак, похоже на то, что мы не сможем печатать чем-либо, что больше дрожжевых клеток, используя последнее поколение струйных принтеров. И мы не не в состоянии напечатать даже дрожжи или клетки E.coli с помощью струйного картриджа на данном принтере!
Другим путём является использование древних HP принтеров с разрешением 300 dpi, и сопел размером предположительно около 80 микрон или около того, что должно быть достаточно для печати клеток человека. Например, HP DeskJet 500, дошедший до нас их 90-х. Удачи в поиске этого антиквариата.

Сейчас, комплект разработки Parallax для струйных принтеров и картридж HP 51604A позволяет печатать с разрешением в 96 dpiпроблема в том что они сняты с производства несколько лет назад.


К счастью для нас, Николас Льюис признал необходимость DIY-платформы для струйной печати, и начал на Kickstarter кампании по созданию Inkshield: An Open Source Inkjet Shield for Arduino. InkShield строится вокруг HP C6602 струйного картриджа, с 12 соплами и 96 точками на дюйм, предназначенный для печати этикеток на вещи, как кабели. 96 точек на дюйм равно шагу в 265 микрон. Как вы можете видеть в последнем изображении, фактический диаметр сопла составляет только около 1/3 от расстояния между точками, или около 85 микрон — просто идеально подходит для наших целей!

InkShield предназначен для управления Arduino, но нуждается в более высоком напряжении, чем 5V Arduino получаемые им от USB. Таким образом, вы должны предоставить 9-12V питания через специальный разъем питания на InkShield или через разъем питания на Arduino.

Шаг 4: Версия 2: Hackteriabot!


Для нашей второй биопечатающей платформы, мы построили XY-платформу из пары старых CD-приводов, вдохновленные красивым DIY лазерным резаком / микрофлюидо платформой от наших друзей из Hackteria:
hackteria.org/wiki/index.php/HackteriaLab_2011_Commons#Micro_Manipulator
hackteria.org/wiki/index.php/DIY_Micro_Dispensing_and_Bio_Printing
hackteria.org/wiki/index.php/DIY_Micro_Laser_Cutter
hackteria.org/wiki/index.php/DIY_Microfluidics#Advanced_DIY_Microfluidics
hackteria.org/?p=1186
diybio.org/2012/06/12/gaudilabalgaepicker

Расположив движущиеся механизмы, перемещающие головку в CD/DVD приводе, под углом в 90 мы получаем XY-платформу с очень маленькой строительной областью, но с очень большой точностью позиционирования
Использование позиционирования лазерной головки от механизма CD привода для строительства высокоточной XY платформы — не новая идея: builders.reprap.org/2010/08/selective-laser-sintering-part-8.html

Шаг 5: Сборка X-Y платформы из Б/Ушных CD приводов


Сперва собираем стопку старых приводов. Открываем лоток с помощью скрепки. Возможно вам придётся перебрать несколько приводов прежде чем вы найдёте с шаговым двигателем. По крайней мере половина из тех что мы разобрали имели двигатель постоянного тока. Если кто-то знает как по виду отличить их между собой, то сообщите нам об этом.

Их легко отличить друг от друга разобрав привод: DC имеют два провода, а Stepper 4 и короткий шлейф.

В отличие от постоянного тока, шаговые двигатели предназначены для перемещения на определенное число шагов, где каждый шаг представляет собой часть полного оборота. Это делает удобным для высокоточного позиционирования, без необходимости создания системы обратной связи, проверяющей позицию нахождения головки. Например, 3D принтеры обычно используют шаговые двигатели для позиционирования печатающей головки.

После онлайн-проверки некоторых серийных номеров, мы наткнулись на хорошо документированный биполярный шаговый двигатель, помеченный как PL15S-020. Остальные найденные двигатели очень похожи на него, так что вероятно они имеют одинаковые параметры.

Технические данные: robocup.idi.ntnu.no/wiki/images/c/c6/PL15S020.pdf

Данный шаговый двигатель делает 20 шагов на оборот (не много, но достаточно), а ходовой винт имеет шаг 3 мм за один оборот. Таким образом, каждый шаг равен 150 мкм перемещения лазерной головки — не плохо!
На Arduino.cc сайт мы нашли схемы для биполярных шаговых двигателей, а также пример кода для их управления. Мы заказали несколько SN754410NE H-мостов для реализации схемы, показанной на последней картинке.

Старый CD / DVD приводы имеют множество других интересных комплектующих! В том числе, лоток механизма открытия / закрытия, содержащий двигатель постоянного тока с низкоскоростной передаче, двигатель шпинделя, который вращает CD, имеет как правило, высокопроизводительный бесщеточный двигатель постоянного тока, который можно использовать в игрушечных самолетах и вертолетох. Плюс, куча переключателей, потенциометры, чёртовы лазеры, и даже соленоиды! В общем, извлеките всё!!!

Шаг 6: Соберите всё вместе


Материалы:
— Два механизма перемещения лазерной головки с шаговыми двигателями (желательно одинаковые) из старых приводов. Стоимость: несколько долларов за штуку.
— Один InkShield комплект, с картриджем и держателем картриджа. Стоимость: $ 57
— Дополнительно: дополнительный HP C6602 струйный картридж. Стоимость: 17 $
— Arduino Uno. Стоимость: $ 30
— Два SN754410NE H-Bridge Motor. Стоимость: $ 5
— Комплект для прототипирования Arduino и / или крошечная макетная плата. Стоимость: $ 4-21
— Провода, винты, стойки, корпуса. Стоимость: от бесплатно до $ $ $, в зависимости от воображения.


Общие затраты на производство составили около 150$, включая стоимость доставки и обработки деталей. Выше на фотографии показаны две разные модели. Вторая версия обладает верхней пластиной из качественного акрила и большим внутренним пространством.







Механизм перемещения CD привода, находящийся внизу, перемещает синюю пластину на которой вы что либо печатаете (например, пластину агарозы). Верхний механизм привода, установленый под прямым углом, перемещает струйную печатающую головку. Мы использовали Shapelock и некоторые винты для крепления нижней платформы к лазерной головке, и крепления держателя картриджа к верхней головке лазера. Электроника состоит из Arduino Uno в нижней части, белого InkShield (подключенного к струйному держателю картриджа с хорошим белым ленточным кабелем), и протоплаты с шаговыми двигателями наверху.




Бумажные полоски, из бумаги в клеточку, на нижней и верхней платформах позволяют нам отслеживать положение по X и Y осям. Общая площадь печати составляет около 1,5 дюйма в обоих направлениях, с разрешением 150 мкм за один шаг. Следует отметить, что разрешение шаговых двигателей похоже на разрешение печатающей головки: 96 точек на дюйм 265 микрон шаг, но точки напечатанных печатающей головки четко разделены — больше как 150-200 микрон.


Шаг 7: Успех


Это наш первый по-настоящему-рабочий Биопринтер. Мы заправили картридж жидкой культуры кишечной палочки + pGLO. Слегка модифицировали «I
Как вы можете видеть, печать живыми клетками E.coli работает отлично! Мы, вероятно, дали колонии бактерий развиваться дольше чем нужно, так что буквы немного расплываются. Мы получили распыление небольших колоний по углам клетки — вероятно, из-за некоторого распыления от струйной головки. Мы можем улучшить качество регулировкой вязкости или плотности клеток культуры, загружаемых в картридж.
Но в целом, не плохо для первого раза!
После печати мы дезинфицировали поверхность и внутренность картриджа отбеливателем, а потом пропустили немного отбеливателя через головку. После чего промыли всё дистилированной водой.
Вероятно, было бы хорошей идеей, вложиться в ультразвуковой очиститель ювелирных изделий, который может разрушать в том числе и органические вещества в самых труднодоступных местах.
Шаг 8: Полученный урок и планы на будущее

Мы обратились к этому проекту с практически нулевым опытом работы с Биопечатью, шаговыми двигателями, струйными картриджами, и даже программирования Arduino! Поэтому, естественно, не все наши действия были оптимальными. Вот некоторые вещи, которые мы могли бы сделать иначе в следующий раз:

— Изучая работу шаговых двигателей мы получили действительно ценный опыт, но мы могли сэкономить кучу времени и усилий, адаптируя некоторые из RAMPS (RepRap Arduino MEGA Pololu Shield) технологий, которая уже была хорошо развита именно с этой целью в сообществе 3D-печати. В частности, шаговый двигатель Pololu уже имел встроенные микрошаговые возможности.

— Строительство собственной XY-платформы — это здорово! Но мы используем эти шаговые двигатели для того, для чего они никогда не были предназначены, что начинает себя проявлять. Мы уже получаем некоторые проблемы с иногда пропускающей нижней ступенью, по-видимому, из-за частых ручных сбросов, изнашивающих пластиковые детали. Было достаточно легко купить новые шаговые двигатели, чтобы держать их, добавить немного микропереключателей для конечных остановок, и код функции сброса позиции в программном обеспечении.

— Как только вы начинаете поиск новых шаговых двигателей и RAMPS электроники, возникает вопрос почему бы не начать сразу с 3D-принтеров вместо этого? Если мы устали от нашей текущей версии биопринтера, то, наверное, из-за выбранного направления. Стоимость, скорее всего, увеличится на порядок и так, хотя…

— Наличие одной печатающей головки имеет свои ограничения. Если бы мы действительно хотели заняться какой-то тканевой инженерией, мы хотели бы иметь возможность печати нескольких типов клеток. Мы могли бы потенциально положить два струйных картриджа друг к другу. Решением Больших Мальчиков в этой области является использование шприцевых насосов. Представьте себе, что имея несколько шприцевых насосов рядом с принтером, каждый из которых подаёт свой материал на печать через тонкую трубку, а иглы установлены на печатающую головку. Следите за обновлениями…

Теперь слон в посудной лавке… Что, черт возьми, вы делаете с вашим собственным биопринтером?! Я не думаю, что BioCurious будет когда-либо конкурировать с такими компаниями как Organovo с точки зрения печати человеческих тканей или органов. С одной стороны, содержание клеток животных отнимают гораздо больше усилий. С растительными клетками намного легче работать! Не хочу, чтобы всё пошло прахом, так что следите за некоторыми из наших следующих руководств!

Между тем, вот несколько идей:

— Печать градиентов питательных веществ и / или антибиотиков на слой клеток для изучения комбинаторных взаимодействий — или даже для выбора различных изолятов из образца из окружающей среды.
— Печать шаблонов факторов роста на слой эукариотических клеток для изучения клеточной дифференцировки.
— Печать двух или более видов микроорганизмов на различных расстояниях друг от друга, чтобы исследовать метаболические взаимодействий.
— Настройка вычислительной задачи как 2D модель строительства микроорганизма на агаровой пластине.
— Исследование систем реакция-диффузия
— Печать 3D структур с помощью повторной печати слоёв. Теперь вы можете рассмотреть возможность сделать все выше в 3D!
— Распечатать клетки в раствор альгината натрия, на поверхности пропитанной хлористым кальцием, для создания гелевых 3D структур (по аналогии с процессом spherification в молекулярной гастрономии)

— Есть ещё идеи? Оставьте их в комментариях!

Шаг 9: Добавлено: Так что вы хотите сделать для реальной науки?

Биопринтер, показанный здесь, очевидно, всего лишь прототип. Но так как у нас были очень серьезные запросы об использовании этого в академических лабораториях, вот некоторые рекомендации:

— Группа Дельфин Дин в университете Клемсон работает на Bioprinting с использованием модифицированного HP DeskJet 500. Определенно посмотрите их видео на JoVE on Creating Transient Cell Membrane Pores Using a Standard Inkjet Printer! Множество информации, о том как иметь дело со с струйными принтер, использующимися в качестве лабораторного оборудования, как очистить картриджи, готовить соответствующие клеточные суспензии, и некоторые интригующие не 3D приложения для печати.

— Мы еще не получили удовлетворительных доказательств того, что картриджи HP C6602 могут печатать эукариотические клетки. Мы считаем, что скорее всего это связано с засорением печатающей головки продуктами распада клеток. Мы будем держать вас в курсе по поводу использования ультразвуковых установок для очистки…

— Печать может занять несколько минут, так что держите принтер в капюшоне, чтобы избежать загрязнения.

— Оберните электронику в пищевую пленку или постройте корпус, чтобы сохранить её сухой и чистой. Все остальное можно протереть с хлоркой после использования.

D'haeseleer, P. (2013, 22 января).

Технология печати Epson MicroPiezo

  "Сердцем" струйного принтера Epson является пьезоэлектрическая печатающая головка - настоящий технологический шедевр.

За одну секунду из одной дюзы печатающей головки Epson MicroPiezo выталкиваются от 20 000 до 30 000 капель чернил.

В процессе печати участуют от 90 до 384 дюз черного цвета, благодаря чему текстовые документы могут распечатываться с высокой скоростью, а для цветных чернил используется от 29 до 128 дюз на каждый цвет.

Только представьте: при печати цветного изображения выполняется несколько миллионов операций в секунду.

   Стационарная печатающая головка Epson MicroPiezo


Выполняя миллионы операций в секунду, печатающая головка постоянно работает с высокой эффективностью.

Это происходит благодаря тому, что компания Epson применяет в своих струйных принтерах не сменную, а стационарную печатающую головку, срок службы которой равен сроку службы принтера.

На печатающую головку Epson MicroPiezo распространяется гарантия 12 месяцев.

   Технология печати Epson MicroPiezo

Основным элементом уникальной печатающей головки Epson MicroPiezo является пьезоэлемент или пьезокристалл.

Принцип работы печатающей головки Epson MicroPiezo основан на свойствах пьезокристалла, который может сжиматься и разжиматься при воздействии на него электрического импульса.

   Как работает пьезоэлектрическая технология печати Epson MicroPiezo?


1. На пьезоэлемент подается напряжение.

2. Пластина, на которую воздействует пьезоэлемент, начинает изгибаться, создавая давление в резервуаре с чернилами и выталкивая необходимое количество чернил.

3. После завершения процесса пластина изгибается в обратную сторону, втягивая лишние чернила в резервуар.

   Как работает пьезоэлектрическая технология печати Epson MicroPiezo?

Процесс выталкивания капель чернил срабатывает за счет короткого импульса тока. Уже через 5 микросекунд внутри резервуара с чернилами создается максимальное давление. В последующие 5 микросекунд после снятия напряжения давление вновь падает до нуля. 1 микросекунда = 1 миллионная часть секунды

Какими параметрами качественной печати обладает печатающая головка Epson MicroPiezo?

1. Минимальный размер капли

2. Точное позиционирования

3. Идентичные ровные капли

4. Точное позиционирование

Во всех печатающих устройствах Epson осуществляется полный контроль за формированием капли. При пьезоэлектрической технологии печати после того как капля покинула дюзу, чернила втягиваются вовнутрь, образуя форму дуги или "эффект мениска".

Важно, чтобы из дюзы вышло имеенно то количество чернил, которое необходимо, а лишние чернила затянулись обратно в дюзу таким образом, чтобы при возникших колебаниях на поверхности жидкости не появились капли-сателлиты - это и называется контроль мениска.

   Контроль мениска

Контроль мениска в устройствах Epson обеспечивает отсутствие капель-сателлитов - лишних капель, выходящих из дюзы вместе с основной каплей.

 

   Технология печати каплями переменного размера

Компания Epson постоянно совершенствует технологию печати Epson MicroPiezo.

Но не только минимальная капля печати отвечает за высокое качество отпечатков. В устройствах Epson применяется также технология печати каплями переменного размера.

С помощью этой технологии сегодня возможно применение 5 различных размеров капель чернил. При этом осуществляется более точное позиционирование капли.

Преимущества для потребителей:

Точная градация цветов и более четкие детали при высокой скорости печати.

   Драйвер принтера - безупречное управление печатью

Для управления печатью и получения наилучшего качества отпечатка, компания Epson разработала драйвер для принтера. Драйвер сам выбирает и контролирует процесс подачи чернил в зависимости от типа бумаги и изображения. Драйвер принтера выполняет и другие функции. Технология Epson PhotoEnhance автоматически распознает изображение на фотографии (портрет, пейзаж и т.д.) и при необходимости оптимизирует параметры яркости, цветопередачи и контрастности изображения.

Перед началом печати вы задаете тип распечатываемого изображения: черновик, текст, текст с изображением или фотография. Всеми остальными параметрами управляет драйвер принтера, который передает соответствующие команды на печатающую головку.

Преимущество: Вы получаете отличные отпечатки без дополнительных временных затрат, связанных с обработкой изображения.

   Выводы:

Технология струйной печати Epson MicroPiezo является лидирущей в области печати.

Струйные принтеры и МФУ Epson обеспечивают:

КАЧЕСТВО ПЕЧАТИ благодаря точной цветопередаче, передачи полутонов и оттенков, мелких деталей на фотографиях.

НАДЕЖНОСТЬ благодаря отсутствию нагрева и стационарной печатающей головке.

ЭКОНОМИЧНОСТЬ за счет использования СНПЧ и перезаправляемых картриджей.

  Благодаря сочетанию пьезоэлектрической печатающей головки Epson MicroPiezo, программого обеспечения Epson, высококачественных чернил и лучшей фотобумаги Epson вы получите превосходное качество отпечатков!

 

 

К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов. Принтеры.

К вопросу оценки ПЭМИН цифровых сигналов. Принтеры.

Автор: Кондратьев А.В.

Перейдём к рассмотрению следующего класса устройств, весьма распространённых в составе типового набора офисной ПЭВМ – принтерам.

Прежде всего, обратим внимание читателя на то, что, как и при анализе других устройств ПЭВМ, принтер необходимо разделить на функционально отличающиеся узлы (блоки) и рассматривать каждый из них раздельно (со своими параметрами сигналов ПЭМИН).

В качестве таких узлов, a priori, можно назвать интерфейс связи с системным блоком (или локальной сетью), контроллер обработки сигналов самого принтера (включая внутреннюю память) и узел печати. Сегодня основными моделями принтеров являются принтеры струйные и лазерные (за весьма малыми исключениями). Распространённые ранее модели матричных принтеров уже неактуальны и рассматривать их не имеет смысла.

Упомянутые две основные линейки принтеров, с точки зрения механизма и особенностей их ПЭМИН в части интерфейсов связи и внутренней обработки информации не различаются. Разница существенна только в отношении построения узлов печати.

Рассмотрим кратко с нашей профессиональной точки зрения эти основные составляющие принтера.

ИНТЕРФЕЙСЫ связи

На сегодняшний день, почти безраздельно, принтер подключается по интерфейсу USB. Ранние варианты с подключением по последовательному COM-интерфейсу или параллельному LPT уже настолько мало применяются, что часто на системных блоках просто отсутствуют соответствующие разъёмы. Поэтому рассматривать эти интерфейсы мы не будем, тем более, что сложного в них нет ничего.

Оставив, пока, за пределами рассмотрения интерфейс локальной сети (LAN) сосредоточимся на интерфейсе USB.

Этот интерфейс на сегодняшний момент эксплуатируется в четырёх вариантах протокола – 1.0; 1.1; 2.0 и последняя версия, пока ещё мало распространённая – 3.0. Версия 1.0 давно устарела и применяется только в самых низкоскоростных устройствах, например клавиатурах или манипуляторах «мышь».

USB версии 1.1 поддерживает две скорости – режим full speed 12 Mbits/s и режим low speed 1.5 Mbits/s. Режим 1.5 Mbits/s медленнее, и менее чуствителен к EMI (помехам), чем уменьшает стоимость кабелей и ферритовых фильтров на них, снижает требования к качеству компонентов. Например, кварцы могут быть заменены на дешевые резонаторы. USB 2.0, который в настоящее время господствует, в том числе и для подключения принтеров, поднимает планку до 480Mbits/s. Эти 480Mbits/s обозначены как режим High Speed, и по этому параметру он может конкурировать с последовательной шиной Firewire (IEEE 1394).

Подробное рассмотрение спецификации протокола, насчитывающее около 650 страниц, не входит в наши планы. Однако некоторые параметры нам необходимы. Важны, например, тактовые частоты интерфейса, устанавливаемые в секции 7.1.11 спецификации USB.

  • High speed data тактируются 480.00Mb/s с допуском на скорость ± 500ppm.
  • Full speed data тактируются 12.000Mb/s с допуском на скорость ±0.25% или 2,500ppm.
  • Low speed data тактируются 1.50Mb/s с допуском на скорость ±1.5% или 15,000ppm.

Эти цифры дают нам информацию о том, вблизи каких именно частот ожидать ПЭМИН этого интерфейса и возможные отклонения от них.

У USB есть пакет start of frame (SOF), который строго периодично (каждые 1 мс для low speed и full speed) посылается на шину для поддержания её в активном состоянии. Это препятствует тому, чтобы шина стала неактивной (вошла режим приостановки) при отсутствии данных на шине.

  • Шина high speed имеет микрофреймы, отсылаемые каждые 125.0 µs ±62.5 ns.
  • Шина full speed отправляет фрейм каждые 1.000 ms ±500 ns.
  • Шина low speed имеет keep alive EOP (End of Packet) каждые 1ms только в случае отсутствия любых low speed данных.

Для нас это означает, что должен существовать (может существовать) ПЭМИН с тактовой частотой 1 кГц (для USB 1.1 и 2.0) или 8 МГц (для USB 3/0) и он не относится к передаче данных, то есть – неинформативен. Причём эти частоты (этот ПЭМИН) должен проявляться, прежде всего, в периоды паузы в передаче данных (при типовом старт-стопном построении теста). Последняя частота имеет очень большой допуск по периоду, фактически ± 50%.

Рассматривая пакет данных (а пересылка по данному интерфейсу осуществляется только пакетами). Из 4-х типов пакетов, формируемых протоколом, нас интересуют только пакеты данных - пакеты data содержащие payload. Построение их несложно.

Имеется 2 типа пакетов данных, каждый из которых может передать до 1024 байта данных.

Data0 

Data1

Режим High Speed задает два других data PID - DATA2 и MDATA. 

Пакеты Data имеют следующий формат:

Рисунок 12.1 – Формат пакета DATA

Максимальный размер полезной нагрузки (payload) для low-speed устройств составляет 8 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для full-speed устройств составляет 1023 байт. Максимальный размер полезной нагрузки для high-speed устройств составляет 1024 байт. Из приведённых сведений следует, что только для варианта USB1.1 или 2.0 длина информационной части пакетов достаточно велика (порядка 1024 байт) по сравнению с служебной частью (заголовком пакета, Sync и PID в начале; CRC и EOP в конце пакета).

Возвращаясь мысленно к ранее изложенным принципам образования линейчатой структуры спектра таких сигналов, вспомним следующее. Предположим, реализован и ведутся СИ интерфейса USB 1.1 c тактовой частотой 12 МГц. Как показано выше, длина пакета данных 1024 байт. Поле SYNC имеет длину 8 бит на low speed и full speed или 32 бита на high speed. PID - 4 бита, однако чтобы обеспечить его правильный прием, 4 бита дополнены (complemented) и повторены, в результате получился 8-битный PID заголовка. В сумме это 12 бит (полтора байта).

В конце пакета поля CRC-контроль пакета и EOP занимают 14 байт плюс 2 бита.

Итого, длина пакета составляет 1024+16=1040 байт. Соответственно, это 1040*8=8320 бит. Считая, что в течении каждого периода тактовой частоты передаётся один бит, получим тактовую частоту следования пакетов, равную 12000/8320=1,442 МГц.

ris-12-2.jpg

Для нас это означает, что спектр должен иметь линейчатую структуру с «главными» составляющими через 12 МГц и справа и слева от них «боковые» с шагом, кратным 1,44МГц (разумеется, с должными допусками на точность кварцев контроллера).

Причём (и это принципиально важно), все частоты (составляющие спектра), меньшие нулевой гармоники на частоте 12 МГц будут связаны только с чередованием пакетов и, принципиально, неинформативны. Аналогично прикидка может быть проведена и для основной частоты передачи 480МГц.

Исследования интерфейса 2.0 усложняется ещё и тем, что он является адаптивным. В связи с чем, «не договорившись» с девайсом на скорости High speed хост перейдёт на более низкую скорость, вплоть до full speed, периодически возвращаясь к попытке работы на максимальной скорости. Для нас это означает наличие в ПЭМИН составляющих, соответствующих произвольным тактовым частотам. А, значит, на оператора (автоматика измерительных систем, пока, делать этого не умеет) ложится задача сортировки всех выявленных информативных («имеющих признаки информативности») составляющих по своим тактовым и расчёт их с разными параметрами.

Но это ещё не все сложности с этим интерфейсом. Данные (data) кодируются в физической линии методом NRZI (Non Return to Zero Invert – «без возврата к нулю с инверсией», рисунок 32). Кроме того, для исключения длительных периодов одного и того же направления тока применяется вставка бит (bit stuffing), чтобы обеспечить нужные изменения уровня в потоке данных.

ris-12-3.jpg

Таким образом, крайне сложно (реально – невозможно) создать такое наполнение байтов в блоке данных, чтобы обеспечить постоянный период их следования как внутри пакета, так и от пакета к пакету. В подавляющем числе тест-программ для СИ этого интерфейса это и не пытаются реализовать, а применяют передаче случайных байтов. Как следствие – «скачущая», причём – нерегулярно, тактовая частота и, в полном соответствии с теорией – сплошной спектр ПЭМИН.

На практике это выглядит как участки спектра с наличием «окраски» (за счёт старт-стопного режима работы теста), с невыраженными или достаточно выраженными «краями» занимаемой частотной области. Типичные спектры приведены на рисунке 37.

ris-12-4.jpg

Разумеется, приведённые сведения верны для любого интерфейса USB, а не только для подключения принтера. В заключение можно посоветовать только выбор для подключения принтера качественных кабелей высокотехнологичных производителей (обычно имеют обозначение «High speed»), с хорошим симметрированием и экранированием витой пары «data». Это затрудняет выявление и измерения ПЭМИН, но крайне благотворно сказывается на результатах оценки защищённости. Нелишнем будет напомнить, что физический кабель в данном случае является элементом интерфейса, во многом определяющим уровень защищённости. Посему кабель должен быть промаркирован и вписан в «Предписание на эксплуатацию». Его замена без дополнительных СИ должна быть исключена.

УЗЛЫ ОБРАБОТКИ информации принтера.

К таковым следует отнести входные буферные регистры интерфейса, сигнальный процессор, знакогенератор и внутреннюю память.

Как правило, вся циркуляции информации в этих блоках осуществляется в параллельных кодах и с разрядностью, не менее 8 (16;32). Эту разрядность никто не мешает подтвердить изучением тех. документации на изделие, обращением в сервис-центр и т.д.). Все эти функции сосредоточены (за некоторыми исключениями в больших, дорогих, многофункциональных моделях) на одной плате. Соединительные линии короткие, неплохо согласованные.

Разумеется, если в составе принтера имеется SATA HDD, то это отдельное устройство с, принципиально, последовательным интерфейсом.

Если же Ваш принтер типовой HP или Stylus, то эти блоки просто исключаются из рассмотрения (читайте НМД!). Упомянув в Протоколе, на каком, собственно, основании.

ПЕЧАТАЮЩИЕ УЗЛЫ.

Вот тут начинаются различия. Чтобы обосновано рассуждать об именно этих узлах, придётся, хотя бы кратко, вспомнить о принципах печати, заложенных в струйные и лазерные принтеры.

Разумеется, здесь не место для подробного изложения принципов работы этих устройств. Необходимую информацию каждый легко найдёт в сети. Однако некоторый минимум надо осветить…

Итак, струйные принтеры «рисуют» элементы изображения на бумаге из микроскопических точек-капель красителей. При этом капли настолько малы, что в поперечном изображении вертикального элемента любой буквы их помещается несколько. Ниже приведён снимок 12-5, показывающий как это выглядит реально.

ris-12-5.jpg

Надо отметить, что для микросъёмки расстояние между каплями красителя было увеличено. При печати текста (то есть графически элементов текста) капли (на обычной бумаге) почти сливаются.

Можно долго рассуждать на тему того, как именно строиться изображение (как распределяются микрокапли красителя, сколько микронасосов срабатывает одновременно, как двигается печатающая головка) при печати на струйных принтерах. И бессмысленно…

Дело в том, что каждая фирма – изготовитель (Canon, Samsung, HP, Lexmark и т.д.) аппаратно задаёт свои алгоритмы формирования графических элементов. Едино одно – все сигналы управления печатающей головкой поступают в неё по гибкому плоскому кабелю (шлейфу), который изгибается и следует за печатающей головкой при её движении поперёк листа. Отметим, что абсолютно так же работают большинство моделей струйных плоттеров.

Именно этот кабель и является самым «радиоярким» источником ПЭМИН в принтере (струйном).

ris-12-6.jpg

А вот в каких именно его проводниках идут сигналы управления микронасосами печатающей головки – придётся устанавливать экспериментально. И какую именно компоненту поля прежде всего искать – электрическую (если управление микро насосами, например – пьезоэлектрическими) или магнитную (для «термо» головок), придётся выяснять отдельно. Как и конкретную структуру сигналов в этом кабеле, даже при самом простом тест-режиме «пиксель через пиксель». Поэтому осциллограф в руки, подключайтесь к разъёму плоского кабеля и да не оставят Вас своею милостью боги специсследований!

Кстати, если есть свои боги почти у всего, то почему бы им не быть и для области специальных исследований??? Почему бы таковым не считать, например, Одина?

Судите сами:

«Один — бог волшебства и мудрости, который ради знания неоднократно приносил в жертву собственное тело: первый раз — пожертвовав свой глаз, во второй — распнув себя на стволе Иггдрасилля. Таким образом, он достиг просветления, добыл и даровал асам, ванам, гномам, альвам, гигантам и людям смысл рун. Им же рождены многие искусства, включая поэзию. На плечах у него сидят два ворона: Гугин и Мунин, а у его ног лежат волки Гери и Фреки. Гугин и Мунин каждый день облетают землю, а Гери и Фреки каждую ночь обегают её и рассказывают своему хозяину обо всем, что они видели и слышали»

Чем не «СИшник», которому и надо быть мудрым и, порою, волшебником? Он же «кладёт на алтарь» всё своё умение, знания, чуть ли не «живот», ради «нескольких строк в Протоколе» 😉 А его измерительные приборы - чем не «вороны» и «волки», кстати те самые, которых «ноги кормят» J

Впрочем, вернёмся к сути.

Понятно, что заранее, «а priori» задать для расчёта результатов, тактовую частоту и длительность импульса не получится. Надо измерить оба параметра именно для выбранного тест-режима и никак иначе. Благо, частоты невелики и для этого пригоден, практически любой осциллограф с нормальным кабелем-пробником. Нужно только учесть, что осциллограф измеряет (визуализирует) напряжение. А в токовых цепях (например, для термоголовок), напряжение сигнала может быть невелико и составлять всего десятки-сотни мВ. Следует учитывать и возможность дифференциальной подачи управляющих сигналов. В этом случае полезен пробник с дифференциальным входом. Подключение к проводникам кабеля осуществляется при (строго!) выключенном и обесточенном принтере. Либо к «pin» его разъёмов, либо к самим проводникам (токоведущим жилам» кабеля около неподвижного разъёма. Это уже «технология»…

Сам тест-режим, как правило, остаётся тем же, традиционным, «пиксель-через-пиксель). Только при этом принтер печатает полосы, высотой в одну печатную строку. Каждая полоса состоит из вертикальных чёрных и белых полосок. А вот в сколько перемещений (микросдвигов) головки печатается «чёрная» полоска, сколько фильер (дюз) срабатывает одновременно надо выяснять, анализируя сигналы в шлейфе головки, изучая документацию на принтер и т.д. Это важно, так как будет определять «тактовую частоту». Не исключён вариант, когда собственно чёрная полоска печатается в 2÷3 микросдвига головки разно расположенными фильерами, а передвижение головки к следующему знакоместу (следующей чёрной полоске) будет занимать иное время. То есть структура сигнала будет иметь во времени следующий вид (рисунок 12-6).

ris-12-7.jpg

В этом случае и структура ПЭМИН (спектр) будет «линейчатым», с расстояниями по частоте между компонентами спектра, соответствующими выявленным периодам импульсов и периодом следования «пакетов». Это поможет Вам обнаружить компоненты ПЭМИН, заранее зная частоты, на которых их искать.

ris-12-8.jpg

В заключение «эссе» о струйных (впрочем, и о лазерных!) принтерах упомянем, что сигналы управления микро насосами печатающей головки надо искать (измерять, рассчитывать) как в эфире (по «Е» и «Н» компонентам), так и в отходящих линиях (если они имеют выход за пределы КЗ или от них возможна наводка на линии, имеющие выход за пределы КЗ). Тактовые частоты этих сигналов, обычно, составляют десятки кГц. Пример приведён на рисунке 12.8.

При проведении СИ весьма характерным признаком того, что выделенный сигнал именно «то самое», служит плавное нарастание и спадание уровня ПЭМИН синхронно с движением каретки печатающей головки. Особенно это заметно на «Н» компоненте. Как правило, при этом «рамка» размещается над принтером, посередине и её плоскость перпендикулярна направлению движения каретки.

Перейдём к принтерам лазерного типа. В их интерфейсе и обработке сигналов в сигнальном процессоре нет ничего, отличающегося от струйных принтеров, что заслуживало бы отдельного рассмотрения. А вот печатающий узел у них совсем иной.

Устройство этого узла более чем достаточно освещено в литературе. Поэтому обратим внимание на то, что важно именно для СИ. Нам абсолютно необходимы тактовая частота импульсов управления лазерным диодом (полупроводниковым лазером) и длительность этих импульсов. Разумеется, потратив кучу времени, почти разобрав сам принтер, можно добраться до самого диода и подключить к его выводам пробник осциллографа. Если мы сумеем запустить принтер в таком, «хирургически вскрытом» состоянии, то проблема решена. Все нужные параметры сигнала измеряются непосредственно и точно (лучше применять дифференциальный вход пробника).

Возможно ли обойтись без такой, не очень простой и очень длительной «операции»?

Можно, с разумной степенью точности. Именно с той точностью, с которой удастся выполнить нижеследующие действия (особенно хронометраж процесса печать в избранном тест-режиме).

Луч лазера, «разворачиваемый» по горизонтали на поверхности печатающего барабана вращающимся многогранным зеркалом или призмой, прочерчивает строку за строкой с одной и той же скоростью. Задавая режим печати мы устанавливаем и горизонтальное (число «пискелей», обычно на 1 дюйм, в строке) и вертикальное (число строк на дюйм) разрешение печати.

Если провести хронометраж процесса печать (возможно и считать число листов в минуту где-то в параметрах принтера), то можно вычислить, сколько строк печатается в секунду. Соответственно, это количество «пакетов» импульсов управления лазером, равное числу строк.

А в каждом пакете столько импульсов, сколько «пикселей» уместится в одну строку (горизонтальное разрешение/2* число дюймов в горизонтали формата А4 с учётом полей; например 600/2*7,87= 2362). Это число импульсов в одном «пакете» (строке).

Предположим, что лист печатается за 10 с (5 листов в минуту и учитываем паузу на подачу следующего листа, данные условные!). Тогда за секунду будет отпечатано (при вертикальном разрешении те же 600 dpi, только уже без «белых» пикселей!) 297-10 мм; 287/10=28,7 мм; 600*(28,7/25,4)= 678 (строк).

Тогда тактовая частота находится простым перемножением двух полученных чисел:

2362*678=1601325

То есть частота импульсов в лазерном диоде должна быть в районе 1,6 Мгц. Там её и будем искать, равно как и на частотах, кратных вычисленной.

Сразу предупрежу, что отыскать удаётся редко. Ток в современных лазерных диодах невелик (высокий КПД), напряжение в цепи и того меньше, проводники весьма короткие. Но искать нужно, хотя бы для того, чтобы иметь право утверждать, что сигналы от этого узла ниже уровня помех. Размещение антенны индивидуально для каждого типа принтера, как и её ориентация в пространстве.

Вот, собственно, и всё о СИ принтеров.

Другие узлы и устройства ПЭВМ в последующих публикациях.

Как устроен струйный принтер.

Как устроен струйный принтер.

                В качестве примера рассмотрим построение струйного принтера  BJC-1000. На рис. 1 приведено расположение платы управления принтера и местоположение элементов на ней. Построение  струйного принтера CANON BJC-1000   реализовано достаточно просто. Одна плата управляет всеми процессами в принтере. Плата управления находится сзади принтера и жестко закреплена на раме принтера (см. рис. 1). Двигатели также жестко крепятся к раме.  На самой плате находятся все узлы управления принтером это – главный процессор управления, ПЗУ, ОЗУ, микросхемы-драйверы для двигателей принтера,  датчики и различные разъемы в том числе и для подключения ПК.  На плату управления подается два напряжения питания +27,6 Вольт и +5 Вольт который выполнен отдельным модулем в принтере и расположен снизу принтера под рамой. Конструкция рамы выполнена так, что она еще является и экраном.

 Рис. 1.

 Назначение элементов платы управления (рис. 2, 3).

Главный процессор управления  (IC1) является  16-разрядной микросхемой  содержит  в себе оперативную память размером 1K-бит, 20-разрядную шину адреса, контроллеры шаговых двигателей, АЦП, контроллер интерфейса, контроллер ОЗУ, буферный контроллер, контроллер печатающей головки, порты ввода-вывода и другие компоненты. Процессор синхронизирован внешними частотами  на 22.11 МГЦ на 16 МГЦ.

Адресная шина. Представляет собой 20 разрядную  шину данных которая связывает процессор управления с ПЗУ емкостью 8 M-bit.

Шина данных. По 16 разрядной шине данных производиться обмен данными с ПЗУ.  Емкость микросхемы 8 M-bit.

Контроллер шаговых  двигателей. Контроллером осуществляется управление  шаговыми двигателями – перемещения каретки и двигателем загрузки  и подачи бумаги.

Для управления микросхемами главный процессор управления имеет на каждый двигатель по четыре порта ввода-вывода. Через них осуществляется управление микросхемами-драйверами.

АЦП. Аналоговые сигналы на процессор подаются на четыре аналоговых входа AN0-AN3.

AN0:  определяется внутренняя температура принтера, сигнал подается на этот порт и датчика температуры реализованного на терморезисторе.

AN1: Этот вход определяет наличие картриджа в принтере.

AN2: Осуществляется контроль за напряжением подаваемым на печатающую головку.

AN3: Сигнал подаваемый на этот вход определяет тип картриджа и вариант его  исполнения.

Контроллер параллельного интерфейса интерфейса. Контроллер параллельного интерфейса получает от компьютера данные по  8 битной параллельной шине данных. Обмен и передача данных между ПК и принтером осуществляются по протоколу передачи данных на интерфейсе Centronics.

Контроллер ОЗУ. Контроллер ОЗУ управляет 8 разрядной шиной адреса и 16 разрядной шиной данных для обращение к ОЗУ, также управляет процессами чтения и записи, формирует чтения - записи, управляет сигналами  RAS/CAS, а также управляет  регенерацией ОЗУ.

Контроллер динамического буфера. Контроллер автоматически читает буфер печати, и очищает данные после того, как эти данные  читаются.

 Рис. 2

Контроллер печатающей головки. Контроллер печатающей головки  управляет печатающей головкой принтера, формирует управляющие импульсы , а также управляет их длительностью, управляет подогревом печатающей головки.

Порт ввода – вывода. Используются для отслеживания состояния датчиков, контроля напряжения подаваемого на печатающую головку, осуществляется контроль за температурой принтера.

ПЗУ (IC3). Микросхема ПЗУ содержит программу для управления принтера.

ОЗУ (IC4). В основном используется как буфер, где хранятся временные данные при печати.

Схема сброса (RESET) (IC7). Осуществляется контроль за питающим напряжением. В случае сбоя по питанию формируется сигнал RESET  сбрасывающий главный процессор управления и принтер в целом.

 Флэш память  (IC8). Данные хранящие в этой микросхеме записываются сюда главным процессором. Здесь хранятся текущие настройки принтера, счетчик отпечатанных страниц, счетчик количества чернил.

Микросхема-драйвер двигателя подачи и протяжки  бумаги (IC6). Используется для управления двигателем подачи и протяжки бумаги, управление микросхемой драйвером осуществляется сигналами с главного процессора.

Микросхема-драйвер двигателя каретки (IC12). Используется для управления двигателем подачи и протяжки бумаги, управление микросхемой драйвером осуществляется сигналами с главного процессора.

 

Рис. 3

 

Виды печатающих головок

Виды печатающих головок

На данной странице расписаны головки, встречающиеся на принтерах infiniti, Wit-Color, Challenger, Icontak.

Печатающие головки XAAR 126

Головки XAAR-126 обладают способностью работать с широким диапазоном жидкостей и благодаря этому являются идеальным решением для печатника. Скорость XJ126 составляет до 660мм/сек и может обеспечить скорость печати до 38 кв. метров в час. Внутренний механизм контроля волны минимизирует воздействие на качество печати, которое проявляется волнами чернил, когда печатающая головка ускоряется/замедляется.
Приспособленная под широкий диапазон одобренных к использованию чернил эта гибкая печатающая головка обладает широким спектром областей применения.



Печатающие головки XAAR 128

Печатающая головка XAAR XJ 128-80 ( другое название XAAR 128-200 ) одна из самых распространенных голов, выпускаемых английской корпорацией XAAR . Разработанная для графического и промышленного рынка головка XJ-128 давно зарекомендовала себя, как идеальное решение для пьезо-струйной печати "drop on demand" с проверенным качеством отпечатка широкого формата. Печатающая головка XАAR 128- 200 подходит к большому числу широкоформатных принтеров, и позволяет работать на разных видах чернил: сольвентных, UV, масляных.

Печатающая головка XAAR 128-80 W (128-200 PLUS ) отличается от головки XAAR 128-80 (128-200) тем, что рабочая поверхность головки смачивается краской в ходе образования капли, кроме того имеет свою рабочую частоту. Головку можно отличить по цвету изолятора. У головки XAAR 128-80 W (128-200 PLUS ) - он фиолетовый, а у головки XAAR 128-80 (128-200) голубой.

Печатающая головка XAAR 128-40 (128-360 ) имеет меньший размер капли (40 пл), бОльшую частоту впрыска капли (8,3кГц) , что в итоге дает разрешение печати 360 dpi. Головка XAAR 128- 40 W (128- 360 Plus) имеет аналогичные параметры, но относится к смачиваемому типу головы. Визуально головки можно также различить по цвету изолятора: XAAR 128-40 - темно серый, XAAR 128-40 W (светло-серый).



Печатная головка Seiko ( SPT) 255, 510, 1020

Оригинальная японская печатающая головка Seiko ( SPT ) 510 имеет 510 активных сопел , рабочую ширину печати 71,8 мм, и максимальную частоту "выстреливания" (12,8 кГц),что позволяет достигать разрешения печати 720 dpi. Печатающая головка SPT-510 рассчитана на применение сольвентных, экосольвентных и масляных типов чернил. Размер капли в раных версиях голов предусмотрен 12 пл и 35 пл.
В основе работы печатающих головок Seiko SPT 510 – пьезоэлектрическая струйная технология, которая обеспечивает высокие показатели скорости и длительный срок эксплуатации.



Печатающая головка Spectra Polaris PQ-512/15/35

Печатающая головка Spectra Polaris PQ-512/15/35 для пьезоструйной печати позволяет получать размер капли от 15 до 85 пкл. Наследуя лучшие качества Q-класса, печатные головы Spectra Polaris PQ-512 отличаются высокой скорострельностью, плотностью размещения дюз и функциональной гибкостью. Polaris PQ-512/15/35 совместима с широким спектром чернил, включая УФ-отверждаемые чернила и агрессивные сольвентные чернила. Печатающая головка Polaris PQ-512/15 AAA имеет 512 независимых каналов, расположенных в нескольких рядах на расстоянии 200 точек на дюйм для одной операции с цветом, или на расстоянии 100 точек на дюйм для операций с 2-мя цветами. Печатающая головка предназначена для бинарной печати с использованием родного размера капли 15 pl с номинальной скоростью падения 8-м в секунду для струйных жидкостей диапазоне в 8 до 20 сП. Использование технологии VersaDrop в печатающей головке позволяет регулировать операции с бинарными жидкостями  при печати размером до 30 пкл.



Печатающая головка Spectra Nova 256 / 80

Печатающая головка Spectra Nova 256 / 80 от американской компании Spectra завоевала репутацию наиболее стойкой в индустрии печати чернилами на основе сольвентных растворителей. Печатная голова состоит из четырех электрически независимых друг от друга пьезоэлектрических слоя, каждый с 64 адресуемыми каналами, вместе 256 сопел. Сопла выстроены в одну линию на расстоянии 0.2794 мм между соплами. Подходит для принтеров: Vutek UltraVu 3360/5360 / 2360, DGI PS 3206 / MJ 3204, Mutoh Toucan / Osprey, НУР Expedio, Tempo, Teckwin Teckpro S3200, Durst Rho 160R, Infiniti FY 6250/6320 и других.



Виды печатающих головок на принтерах (МФУ)

При выборе струйного принтера полезно знать производителей и базовые технологии печатающих головок. Понимание их классификации и принципа работы поможет вам подобрать то устройство, которое подойдет именно вам.

 

Статика или динамика

Печатающие головки бывают статическими и динамическими. Первые представляют собой один из элементов печатающего аппарата, вторые таковыми не являются. Как правило, динамические печатающие головки – это расходный материал, который время от времени нужно менять. Ярким примером может служить принтеры компании HP.

Классификация по технологии печати

Печатающие головки работают по принципу распыления капель чернил на носитель. Разделяются изделия на такие, которые работают с непрерывной подачей и на головки с пьезоэлектрической импульсной подачей. Эти два основных типа разделяются на подтипы.

Пьезоэлектрические печатающие головки. Это один из наиболее распространенных типов. Такие печатающие головки используют принтеры Epson и Brother. У данной продукции возможен широкий выбор модификаций, которые варьируются в зависимости от носителей и областей использования печатающего устройства. Меняется совместимость с жидкостями, рабочая температура, количество дюз, размер капли и другие показатели.

Принцип работы таких головок базируется на том, что при подаче напряжения меняется форма кристаллов, из-за этого происходит деформирование камеры и генерируется импульс. Применяются данные изделия в полиграфии, в маркировке текстиля, гравировании и т.д.

Термоструйные печатающие головки. При работе в данных изделиях капли чернил формируются благодаря быстрому нагреву резистора до нескольких сот градусов. В результате жидкость кипит, образовывается импульс, за счет которого чернила вытесняется из камеры.

Основные достоинства таких головок – небольшой объем капли и высокая скорость печати. К ключевому недостатку можно отнести ограниченный выбор типа чернил, которые совместимы с данными изделиями.

Bubble-jet. Такие печатающие головки работают по так называемой пузырьковой струйной технологии, используются в принтерах Canon. Принцип работы этой продукции таков. На стенку сопла подается электрический импульс, температура нагревательного элемента, встроенного в стенку, резко растет, и чернила испаряются буквально в пару мгновений. В результате, пар расширяется и резко выдавливает чернила из дюз. Благодаря конструкции этих головок может достигаться относительно высокое разрешение печатающего устройства.

Важным преимуществом этих изделий считается возможность высококачественной печати текста и графики. Это возможно благодаря небольшому размеру капли, которая формируется в очень тонких соплах головки.

Drop-on-demand. Буквальный перевод с английского языка – «капля по требованию». Принцип работы похож на пузырьковую технологию, но кроме нагревательного элемента в процессе подачи чернил участвует также дополнительный элемент, который построен на свойстве частиц краски расщепляться в результате снижения поверхностного натяжения. Такой вид печатающей головки используется в принтерах HP.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о