Scurtă introducere în tehnologia InkJet

Cătălin Şerbănescu

În ceea ce priveşte tiparul digital, tehnologiile de imprimare cu cea mai mare pondere în industria grafică sunt cele electrofotografice (care folosesc toner), respectiv inkjet. Dacă până nu de mult fiecare dintre acestea erau potrivite pentru segmente distincte ale pieţii, fără a se intersecta prea mult, în prezent vechile zonele specifice de influenţă se contopesc din ce în ce mai mult. În figura 1 am încercat să ilustrăm acest fapt, luând în considerare caracteristicile de viteză, format şi calitate, fără însă a le aduce în discuţie pe cele legate de costuri. Practic, pentru inkjet, tendinţa predominantă a fost aceea a creşterii în viteză, în timp ce pentru toner bătălia a fost dusă mai ales în domeniul calitativ. Putem afirma faptul că, în ceea ce priveşte viteza şi formatul mediei de printare, inkjet-ul a înregistrat în ultimul timp un avânt considerabil comparativ cu tehnologia electrofotografică, singurul domeniu (încă incert) ce mai poate fi disputat între cele două fiind acela al costurilor de producţie. După cum ştiţi, avantajul major reprezentat de echipamentele cu toner era acela al vitezei şi costului relativ scăzut per exemplar tipărit, toate acestea în detrimentul calităţii. În acest articol ne propunem să facem o scurtă recapitulare a principalelor caracteristici specifice tehnologiei inkjet şi să încercăm să descifrăm împreună câteva aspecte poate mai puţin cunoscute legate de acestea. Să începem aşadar printr-o enumerare a celor mai importante procedee de imprimare folosite la ora actuală şi a căror clasificare,bazată pe modalitatea tehnică de realizare a capetelor de printare folosite, este prezentată în figura 2. Tehnologia cu jet continuu este caracterizată de faptul că picăturile de cerneală sunt generate în mod continuu, însă doar o parte dintre acestea sunt eliberate spre a fi imprimate pe substratul folosit (figura 3). Ca o analogie, sistemul poate fi comparat cu traseul benzinei la un automobil. Din rezervor, aceasta este dusă în mod continuu spre motor şi înapoi. Carburatorul va consuma doar atât cât este necesar momentului, restul fiind în permanenţă recirculat. Avantaje oferite de tehnologia cu jet continuu sunt:

– viteza mare de tipărire (de ordinul a 5m/s)

– distanţă mare între capul de printare şi substrat graţie vitezei mari a picăturilor de cerneală eliberate (20-25m/s)

– posibilitatea folosirii de cerneală pe bază de solvenţi volatili (cu uscare foarte rapidă şi o mai bună aderenţă la diferite substraturi);

– fenomenul de înfundare a duzelor este mai redus deoarece acestea sunt folosite în permanenţă.

Dezavantajele, cel puţin ca număr, sunt pe măsura avantajelor, şi anume:

– rezoluţii de printare relativ mici;

– posibilitatea utilizării solvenţilor volatili implică probleme de ordin ecologic;

– limitarea tipurilor de cerneală folosită (aceasta trebuie să se poată încărca electrostatic)

– echipamentele necesită efectuarea reviziilor relativ des

Un exemplu de echipament de tipar construit cu tehnologia inkjet continuu este Kodak Prosper 6000XL, prezentat anul acesta la Drupa. Şi dacă tot am adus în discuţie mai sus-amintita expoziţie, nu putem trece mai departe fără a menţiona şi noua tehnologie apărută – nanografia. Deşi este cert faptul că aceasta face parte din marea familie a inkjet-urilor, nu există informaţii suficiente pentru a o putea încadra exact. Din această cauză, nanografia a fost trecută sub semnul întrebării în figura 2. Putem doar să bănuim că este vorba despre un inkjet continuu, acest lucru din cauza vitezelor mari de tipărire, a formei capetelor de imprimare folosite şi a declaraţiilor de tipul “nu sunt capete inkjet, ci le-am numi mai degrabă capete ejectoare”. Aşadar, deocamdată, nu putem decât să aşteptăm să vedem dacă timpul ne va da dreptate sau nu.

Prin contrast, pentru cealaltă ramură inkjet – Drop On Demand (DOD – jet la cerere), picăturile de cerneală sunt generate şi eliberate doar atunci când este nevoie pentru a fi depuse pe substratul de tipar. Din această clasă putem enumera subdiviziunile hotmelt, termic, piezoelectric şi electrostatic. Hotmelt, întâlnit şi sub denumirea de phase change – “schimbare de fază” (de agregare, adăugăm noi), nu este un concept tocmai nou dar cu siguranţă unul inedit prin ideea folosirii de cerneală uscată. Aceasta este topită, fluidul rezultat fiind depus la fel ca în cazul oricărui proces inkjet, bineînţeles, revenind la starea solidă în momentul impactului cu media de tipar. Un experiment sugestiv pentru acest proces tehnologic îl putem realiza singuri folosind o lumânare. Aceasta trece în stare lichidă datorită căldurii flăcării, iar picăturile lăsate să cadă pe o coală de hârtie redevin solide aproape instantaneu. Am folosit termenul de „sugestiv” datorită faptului că putem observa cel puţin una dintre lacunele iniţiale care au împiedicat, cel puţin până în prezent, o răspândire pe scară mai largă a echipamentelor de printare de acest fel: o aderenţă nu foarte ridicată la substratul de printare. Aceasta se traduce prin diminuarea rezistenţei tiparului astfel produs la acţiuni mecanice externe precum abraziunea, zgârierea, îndoirea (operaţiuni de finisare), precum şi la factorii de mediu (temperatură şi umiditate). Metoda inkjet termică este printre cele mai folosite în cazul produselor de larg consum, dar dispune şi de resursele necesare pătrunderii în segmentul industrial. Cele două variante ale acesteia sunt prezentate în figura 4. Principalul avantaj este reprezentat de posibilitatea realizării de picături de cerneală foarte mici şi o densitate mare a duzelor, ceea ce se traduce fie printr-o rezoluţie crescută, fie prin dimensiuni mai compacte ale capului de printare. Dezavantajul este constituit de limitarea tipurilor de cerneală ce poate fi folosită. Aceasta trebuie să poată suporta local temperaturi de 350-400 °C fără a-şi altera proprietăţile şi să fie constituită pe bază de apă pentru a permite vaporizarea. De asemenea, nu trebuie să se întărească sub acţiunea căldurii pentru a nu înfunda ireversibil duzele capului de printare. Despre tehnologia piezoelectrică (figurile 5 a-d) putem afirma că, dintre toate metodele inkjet, este cea mai răspândită printre echipamentele industriale. Mecanismul de bază este reprezentat de folosirea unui cristal piezoelectric (cu proprietăţi de dilatare a volumului în cazul aplicării unei tensiuni electrice). Acest cristal este utilizat pentru crearea unei presiuni asupra cernelii aflate într-o cameră de compresie, ducând, în final, la formarea şi eliberarea picăturilor. Dintre avantajele oferite putem enumera durata mare de viaţă a capetelor de printare şi faptul că, dintre toate tehnologiile inkjet, este cea care impune cele mai puţine limitări în privinţa tipului de cerneală utilizat. Dezavantajul major îl reprezintă costul ceva mai ridicat al capetelor de imprimare, fapt care conduce la o oarecare limitare a utilizării în echipamentele de larg consum. Odată încheiată această scurtă trecere în revistă a principalelor tipuri de tehnologii inkjet, ne putem concentra atenţia asupra câtorva caracteristici mai importante ale echipamentelor digitale cu cerneală. Una dintre acestea este reprezentată de numărul de treceri necesare pentru tipărirea documentului. Pentru jet continuu, singura posibilitate este aceea a trecerii singulare, în timp ce pentru DOD valoarea poate varia între 1 şi, cel puţin teoretic, numărul de duze ale capului de printare. În practică, doar în foarte puţine dintre cazuri această valoare depăşeşte cifra 8, deoarece şi performanţa echipamentului în ceea ce priveşte viteza scade de tot atâtea ori. Să explicăm mai în detaliu utilitatea folosirii mai multor treceri ale capetelor de printare. Aşa cum se poate observa în figura 6, în cazul tipăririi cu o singură trecere, pot apărea mici defecte de depunere a cernelii datorate în principal acurateţii sistemului de avans al mediei de printare. Să nu uităm faptul că este vorba de toleranţe foarte mici, de ordinul zecilor de microni. Spre exemplu, o rezoluţie de 1200 dpi corespunde unui punct de cerneală de dimensiune 21 µm. O altă cauză este cea legată de compromisul numit viteză de tipărire. Marea majoritate a echipamentelor inkjet dispun de unul sau două capete de printare de dimensiune mică montate pe un transportor. În procesul de tipărire, acesta parcurge una dintre dimensiunile mediei folosite de la un capăt la celălalt. Practic viteza de printare este  dată atât de viteza acestui transportor cât şi de capacitatea capului inkjet folosit de a genera picăturile de cerneală. De cele mai multe ori limitarea este determinată de viteza transportorului şi mai ales de efectele aerodinamice la care este supusă cerneala. Să nu uităm că baleierea hârtiei de către capetele inkjet trebuie făcută la o viteză cât mai constantă, iar la capetele de cursă sunt prezente fenomenele de accelerare şi decelerare. Dacă aceste zone se suprapun cu media de tipar pot apare efecte de scădere a calităţii printului. (figura 7) În ceea ce priveşte fenomenele aerodinamice la care sunt supuse picăturile de cerneală, acestea sunt ilustrate grafic în figura 8. Cu cât viteza este mai mare, cu atât “sateliţii” sau “cozile” sunt depuse mai departe de picătura centrală. Datorită faptului că imprimarea are loc pentru ambele sensuri de deplasare ale transportorului şi la o singură trecere, apare drept efect vizual alternanţa de benzi (de lăţime egală cu cea a capului inkjet) mai deschise şi mai închise la culoare (figura 6). Pentru toate echipamentele inkjet DOD acesta se numeşte modul de tipărire „draft” (fără pretenţii de calitate) şi nu implică neapărat folosirea rezoluţiei minime de care este capabil utilajul. Soluţia pentru creşterea calităţii tiparului, în acest caz, este aceea de a se printa prin mai multe treceri (o trecere = o deplasare a transportorului într-un sens sau în celălalt). Practic, la fiecare trecere se folosesc pentru imprimare doar un anumit număr de duze din totalul capului inkjet utilizat, aceasta implicând folosirea a câte unei măşti de printare pentru fiecare metodă folosită (doi paşi, trei paşi etc.) (figura 9) Acestea fiind spuse, ne putem îndrepta atenţia asupra unui alt parametru “la modă” printre specificaţiile tehnice ale unui echipament inkjet şi anume cantitatea de cerneală ce o poate depune capul de imprimare. Aceasta se măsoară in picolitri (1 pl = 10^-12 litri) şi reprezintă cantitatea de cerneală aruncată de o duză în momentul în care este activată. Este într-adevăr, una dintre caracteristicile cele mai importante, mai ales din punct de vedere economic şi calitativ, după cum vom arăta în cele ce urmează. Înainte de toate trebuie precizat faptul că această valoare (denumită volumul picăturii de cerneală şi nu dimensiunea picăturii aşa cum probabil aţi întâlnit în multe broşuri) este în strânsă corelaţie cu rezoluţia de printare. De altfel, dacă nu este specificat, se consideră această valoare ca fiind valabilă pentru rezoluţia maximă de printare disponibilă. Astfel, pentru aceeaşi cerneală folosită, consumul rezultat prin folosirea unui cap inkjet de 4 pl şi 1200 dpi este identic cu cel în cazul utilizării unuia de 16 pl la 600 dpi. Oricum, cel puţin pentru domeniul artelor grafice, capetele de printare sunt proiectate pentru a putea asigura, folosind un anumit tip de cerneală, o densitate a culorilor de bază în conformitate cu standardele în vigoare. Cu alte cuvinte, există capete inkjet ce pot depune 0,1 pl însă acestea sunt destinate altor domenii de activitate (cum ar fi cel al electronicii). Un astfel de cap ar fi inutil pentru noi, cantitatea de cerneală depusă fiind total insuficientă pentru a se putea distinge măcar documentul printat. Acelaşi raţionament se poate aplica şi pentru valori mari ale volumului picăturii de cerneală. Nu ar avea niciun rost ca într-un cerc de dimensiune 21 µm (1200 dpi) să depunem 30 pl. Ar fi ca şi cum am vrea să umplem un pahar cu toată apa dintr-o găleată. Aşadar, volumul picăturii de cerneală nu trebuie privit ca element ce asigură calitatea sau economicitatea printului, ci doar ca referinţă pentru calculul costului tiparului d.p.d.v. al consumului de cerneală. Şi există o formulă simplă pentru aceasta. Datele de care avem nevoie sunt:

– rezoluţia echipamentului (dpi);

– volumul picăturii de cerneală (pl);

– volumul cartuşelor de cerneală (ml);

– costul cartuşelor de cerneală;

– formatul mediei pe care se tipăreşte (dimensiuni în mm);

– gradul de acoperire (în %).

Numărul maxim de pagini care pot fi tipărite (considerând folosirea în totalitate a cartuşelor de cerneală) se calculează astfel:

unde:

N_pag = numărul maxim de pagini

V = volumul cartuşului de cerneală (litri)

K = gradul mediu de acoperire (exprimat ca valoare subunitară, 1 reprezentând 100%)

W = lăţimea paginii (mm)

H = lungimea paginii (mm)

R_vert = rezoluţia echipament pe una dintre axe (dpi)

R_oriz = rezoluţia pe cealaltă axă (dpi)

P = volumul picăturii de cerneală  corespunzător rezoluţiilor de mai sus (litri)

În continuare, ştiind preţul cartuşului de cerneală (Pcerneală) se poate calcula uşor preţul per pagină: P_pag=P_cerneală/N_pag

Se cuvine totuşi să precizăm că formulele de mai sus sunt valabile pentru o printare continuă până la terminarea cartuşului. Cu alte cuvinte, nu s-au luat în calcul pierderile de cerneală folosită pentru (auto)curăţarea duzelor. În practică, această operaţie poate chiar înjumătăţii numărul maxim de coli printate cu un cartuş. Şi acum, avem ocazia de a aduce în discuţie standardul ISO/IEC 24711. Acesta este folosit pentru măsurarea numărului de printuri ce pot fi executate de către un anumit echipament inkjet folosind un anumit tip de cartuş de cerneală. Pe scurt, se folosesc anumite documente ce includ atât text, cât şi poze cu o acoperire totală de cerneală de 20% (câte 5% per culoare CMYK) şi care se imprimă în mod continuu până la terminarea cartuşelor, pentru a se elimina eventualul consum datorat curăţării capetelor inkjet între  job-uri. Această acoperire de cerneală per pagină şi per culoare de numai 5% este acceptabilă pentru marea majoritate a documentelor tip office însă pentru domeniul artelor grafice este total insuficientă. Aşadar, specificaţiile tehnice din broşurile echipamentelor privind numărul de pagini ce pot fi tipărite cu un cartuş de cerneală trebuie privite din perspectiva standardului mai-sus menţionat. Ca exemplu, dacă gradul mediu de acoperire per culoare CMYK al documentelor noastre se situează în jurul valorii de 40%, ne putem aştepta ca valoarea din catalog pentru numărul maxim de pagini să scadă de cel puţin 8 ori. La fel ca la echipamentele cu toner, şi în cazul inkjet-urilor utilizarea cu maximum de eficienţă a cernelii se realizează dacă printarea se face fără pauze mari de timp între documente. Cu alte cuvinte, este mai bine să „strângem” întâi mai multe lucrări şi abia apoi să le trimitem spre imprimare. O altă specificaţie inclusă în standardul ISO/IEC 24711 este aceea că testarea se face întotdeauna la rezoluţia maximă suportată de utilajul de printare. Revenind la formula de calcul prezentată anterior, aceasta poate fi folosită pentru a face o comparaţie d.p.d.v. al costurilor cernelii între două sau mai multe echipamente. Drept exemplu, vom considera două echipamente reale şi relativ echivalente de la doi dintre producătorii cei mai importanţi de pe piaţă. Nefiind scopul nostru acela de a face reclamă unuia sau altuia, nu le vom nota, aşa cum probabil vă aşteptaţi, cu C, E sau H, ci vom folosi A şi B. Câteva dintre caracteristicile acestora, conform brosurilor originale, sunt prezentate în tabelul 1. De remarcat faptul că valoarea vitezei de printare pentru echipamentul B este dată în numărul de minute necesare tipăririi unui format A0. Transformând această valoare în m²/h, obţinem 13,3 – aşadar aproape identic cu cea pentru echipamentul A. Aşadar, cel puţin la prima vedere, cele două inkjet-uri par relativ echilibrate ca performanţe, exceptând consumul de energie electrică care nu trebuie chiar neglijat, acesta reflectându-se în costul final al documentelor tipărite. Ba chiar am putea spune că inkjet-ul B are un oarecare avantaj printr-o rezoluţie ceva mai mare şi un volum al picăturii de cerneală mai mic. Calculând numărul de formate A0 ce pot fi imprimate cu un cartuş, la rezoluţia maximă şi un grad de acoperire de 35% (ca exemplu), obţinem valoarea 148 pentru A, respectiv 112 pentru B. Nu putem afirma că sunt diferenţe zdrobitoare între cele două echipamente. Pasul următor este acela de a calcula costul efectiv al cernelii per cartuş pentru tipărirea unui A0. Căutând la diverşi comercianţi, am obţinut un cost aproximativ per cartuş original de 560 lei pentru echipamentul A şi 1000 pentru B, în final rezultând un cost de  3,78 RON (A) şi 8,93 RON (B). Cu alte cuvinte, costul unui A0 pentru inkjet-ul B este de aproape 2,4 ori mai ridicat decât cel executat pe utilajul A în ceea ce priveşte cerneala. Chiar şi în situaţia în care refacem calculele considerând că echipamentul B tipăreşte la rezoluţia de 1 200×1 200 dpi, obţinem un cost de 4,46 RON/A0, deci cu 18% mai mare decât în cazul A. Per total, diferenţa mai scade puţin datorită consumului energetic mai mic pentru utilajul B, însă câştigătorul rămâne tot acelaşi inkjet A. Bineînţeles, nu am adus în discuţie preţul echipamentelor în sine, preţ care ar putea să ducă la o răsturnare de situaţie sau să încline şi mai mult balanţa în favoarea unuia dintre inkjet-uri.

În încheiere, mai dorim să precizăm faptul că, deşi se poate cădea foarte uşor pradă unor atribute abil prezentate de personalul de vânzări (picolitri, rezoluţie etc.), pentru alegerea unui echipament este necesar să luăm în consideraţie absolut toţi parametrii definitorii (inclusiv cei legaţi de preţuri). Şi, bineînţeles, o bună cunoaştere a mecanismelor de printare inkjet, precum şi a semnificaţiei diverselor caracteristici poate face o mare diferenţă în procesul de alegere în mod corect a unui echipament. n