• Historia

Historia drukarki sięga dalej, niż nawet historia monitora. Pierwsze komputery posiadały zdolność do komunikacji z użytkownikiem, która odbywała się dzięki przyrządowi o nazwie dalekopis, którym była właśnie drukarka sprzężona z klawiaturą, a dopiero jakiś czas później został wynaleziony monitor. Zatem na początku utrwalano wyniki matematycznych obliczeń komputera na papierze, a działanie drukarek wykonujących te zapisy przypominało pracę maszyny do pisania; gotowy wzór znaku przez barwiącą taśmę uderzał w papier zostawiając na nim swój ślad. Niezwykle dynamiczny rozwój dziedziny komputerowej spowodował wynalezienie szybszych drukarek wierszowych, które drukowały jednocześnie cały wiersz. Kolejny krok stanowiło wykorzystanie komputerów w domach, co stworzyło potrzebę stworzenia drukarki osobistej.

Pierwsze tego typu drukarki, były to drukarki rozetkowe (podobne do dalekopisu), chwilę później zostały wprowadzone i rozpowszechnione drukarki dziewięcioigłowe, które mogły drukować zarówno tekst jak i grafikę, co stanowiło w owych czasach duże osiągnięcie. Następny etap rozwoju drukarek stanowiła drukarka dwudziestoczteroigłowa o znacznie lepszej jakości oraz szybszym wydruku.

Jednocześnie z rozpoczęciem produkcji szybszych procesorów oraz wprowadzaniem graficznie zorientowanych systemów operacyjnych, stworzono koncepcję WYSIWYG ("co widzisz na ekranie to dostaniesz na papierze") a wraz z nią - drukarki laserowe. Problem tkwił w tym, iż druk laserowy był dla wielu osób za drogi, natomiast igłowy - za wolny i za głośny, czego rozwiązaniem stało się wprowadzenie drukarki atramentowej, która była szybka i cicha, o niezłej jakości wydruku a przede wszystkim - niedroga. Kolejnym etapem rozwoju drukarek było stworzenie drukarek termotransferowych oraz sublimacyjnych, których głównym celem było polepszenie jakości druku (szczególnie kolorowego) i grafiki, urządzenia te jednak były drogie (również w eksploatacji), dlatego też wykorzystywane są głównie przez profesjonalistów.

Jak się później okazało, obrazy komputerowe można zarówno oglądać w trzech wymiarach jak i drukować. Do tego typu drukarki, stanowiącej niejako maszynę służącą szybkiemu wykonywaniu prototypów oraz małych form odlewniczych, jako materiał wykorzystano zwykły atrament oraz gips, który był stopniowo utwardzany przy pomocy właśnie atramentu. Takie rozwiązanie pozwalało na uzyskiwanie przestrzennych modeli różnych przedmiotów, które mogły być od razu pomalowane. W zależności od trybu pracy, dwa modele - monochromatyczny lub kolorowy, potrafią stworzyć w przeciągu minuty od sześciu do dwóch warstw mających od 0,076 do 0,254 milimetrów. Największy możliwy tego typu wydruk może mieć rozmiary 203 x 254 x 203 milimetrów.

  • Zalety i wady drukarki

Wśród zalet drukarki atramentowej wymienić należy między innymi:

    • cicha praca
    • dobra jakość druku zarówno czarno - białego jak i w kolorze
    • duża pamięć wewnętrzna
    • łatwość wymiany cardridg'y
    • niewielkie koszty produkcji a więc i dość niskie ceny zakupu
    • wydajność

Natomiast wśród wad tej drukarki znajdują się takie jak:

    • wysokie koszty materiałów eksploatacyjnych, spowodowane ceną zasobników
    • dobra jakość wydruku możliwa jest jedynie w przypadku użycia niestandardowego papieru
    • najlepsze wydruki danej drukarki uzyskiwane są na firmowym papierze, ponieważ krople atramentu spadające na zwykły papier rozmywają się (absorbują)
    • znaczna wadliwość części mechanicznych

W celu zmniejszenia kosztów eksploatacji drukarek atramentowych, wprowadzono zestawy służące do samodzielnego napełniania cardridg'a, gdzie koszt owego zestawu jest dużo niższy od kupna oryginalnego zasobnika, natomiast jakość wydruku jest tylko nieznacznie gorsza od oryginału. Jedynym minusem tego rozwiązania jest konieczność własnoręcznego napełnienia zasobnika przez osobę użytkującą drukarkę, co dla niektórych może stanowić problem.

  • Budowa drukarki

Zastosowanie zaawansowanej technologii w drukarce atramentowej spowodowała, iż jakość wydruków nowoczesnych drukarek porównywalna jest z jakością gwarantowaną przez drukarki laserowe. Jednak w tym krótkim odstępie czasowym, pomiędzy zaznaczeniem w komputerze polecenia drukowania a otrzymaniem wydrukowanej strony, ma miejsce wysoce złożony proces techniczny.

Proces drukowania rozpoczyna się tym, iż sterownik drukarki przekłada język określonej strony wydruku na język odpowiedni danemu urządzeniu i przesyła uzyskane dane drukarce, gdzie zostają one umieszczone w pośredniej pamięci. Układ sterujący drukarki dokonuje interpretacji kolejnych rozkazów; polecenie przesuwu papieru jest realizowane dzięki silnikowi napędowemu, komenda drukowania trafia do głowicy drukującej, która nanosi na papier barwnik, w wyniku czego powstaje wydruk.

Głowice drukujące znajdujące się w nowoczesnych drukarkach atramentowych stanowią miniaturowe, niezwykle skomplikowane urządzenia, gdzie mikroskopijna ilość uszlachetnionego atramentu jest podgrzewana na parę milisekund do 300 st. Celsjusza lub też przyspieszana dzięki elementowi piezoelektrycznemu. Tak powstają kolejne krople atramentu trafiające na papier z prędkością ok. 100 kilometrów na godzinę.

  • Techniki druku

Współczesne drukarki mają daleko wykraczającą rolę poza bierne odbieranie poleceń czy danych, gdyż posiadają one zdolność obustronnej komunikacji z komputerem, co jest możliwe dzięki wykorzystaniu portów równoległych rozbudowanych o pewne dodatkowe funkcje, które nie zostały dodane do standardu oryginalnego IBM-PC.

Technika piezoelektryczna - zastosowanie w tej metodzie materiału piezoelektrycznego, umożliwia bezpośrednie przekształcenie napięcia elektrycznego w ruch mechaniczny, dzięki czemu otrzymuje się jeszcze krótsze impulsy niż ma to miejsce w technologii Bubble - Jet, które to rozwiązanie umożliwia zużywanie bardzo niewielkiej ilości materiału (w ciągu eksploatacji drukarki zazwyczaj nie trzeba wymieniać głowic drukujących).

Technika termiczna- działanie kapilarnych sił w komorze dysz głowicy drukującej Bubble - Jet, powoduje ich automatyczne napełnianie się atramentem do objętości stumilionowej części litra. Wykonanie wydruku powoduje włączenie się na okres dwóch mikrosekund specjalnego elementu grzejnego, podgrzewającego znajdujący się na dnie komory atrament do temperatury 300 st. Celsjusza, w wyniku czego powstaje pęcherzyk pary, który powiększając się wtłacza atrament do dyszy, gdzie przedostaje się on na zewnątrz jako niewielka kropla, która dociera na papier z prędkością około 100 kilometrów na godzinę.

Technika strumieniowa - dzięki wykorzystaniu zjawisk hydrodynamicznych, krople atramentu są wysysane strumieniem sprężonego powietrza z dysz głowicy, gdzie odpowiednie naelektryzowane trafiają przez pole elektryczne na nośnik. Ta metoda umożliwia w "locie" mieszanie składowych koloru i jest jednocześnie najbardziej precyzyjna.

Technika stałego barwnika - w tej metodzie, barwnik jest przed użyciem roztapiany; spadające na nośnik kropelki roztopionego tuszu od razu krzepną, w wyniku czego powstają wypukłe (sferyczne) punkty, które następnie są wprasowywane w nośnik, co umożliwia uniknięcie niepożądanych zjawisk optycznych (rozszczepienia światła). Podczas zmniejszania się zawartości zbiorniczka, poprzez stalowe sprężyny powiększa swoją objętość specjalny woreczek napełniony powietrzem, dzięki czemu dokonuje się kompensacja zmiany ciśnienia w środku pojemnika (nieduża ilość powietrza dochodzi również przez otwór znajdujący się na dnie zbiornika).

  • Zasada działania drukarki

Drukarka stanowi urządzenie służące wyprowadzaniu będących w postaci tekstu informacji oraz rysunków. Podczas trybu tekstowego do drukarki przekazywane są odpowiednie kody znaków przeznaczonych do wydrukowania, gdzie sposób konstrukcji danego znaku determinowany jest przez znajdujący się wewnątrz drukarki generator znaków. Tryb tekstowy służy przede wszystkim prostym (najczęściej dosowskim) programom. Natomiast tryb graficzny polega na tym, iż system przekazuje do drukarki dane dotyczące każdego punktu budującego obraz (ma to również miejsce w przypadku drukowania tekstu, co pozwala na zastosowanie różnej wielkości i rodzaju czcionek). Struktura budowy układu mechanicznego w drukarkach atramentowych i igłowych jest podobna i obejmuje następujące elementy:

    • wałek
    • silnik napędu głowicy drukującej
    • silnik napędu wałka
    • głowica drukująca

Działanie mechanizmu drukarek igłowych i atramentowych polega na tym, iż silnik napędu głowicy drukującej przeciąga ją wzdłuż wałka, dzięki czemu drukowana jest kolejna linia. Dojście wałka do końca powoduje obrócenie go w sposób umożliwiający wydruk linii następnej; jednocześnie (przede wszystkim w trybie tekstowym) następuje przesunięcie głowicy drukującej na początek linii (ruch głowicy w trybie graficznym ma miejsce w obu kierunkach). W drukarkach atramentowych wydruk uzyskiwany jest poprzez nanoszenie na papier mikroskopijnych kropelek atramentu, które są wyrzucane z dysz znajdujących się w głowicy drukującej.

W budowie głowicy drukującej wykorzystywane są dwa różne zjawiska mające wywołać efekt wyrzucania kropelek atramentu. W obu przypadkach wykorzystywana jest niewielka ściśliwość cieczy, która w sytuacji zmian ciśnienia, przez zmianę objętości powoduje wypływanie jej poprzez napotkane otwory. W przypadku pierwszym, wyrzucanie atramentu uzyskiwane jest przez ruch membrany, która jest wykonana z piezoelektrycznego materiału posiadającego własność odkształcania się pod wpływem przyłożonego napięcia, które to steruje ruchem membrany. W przypadku drugim, zmiana objętości oraz wzrost ciśnienia uzyskiwany jest w wyniku podgrzewania strefowych rurek kapilarnych (czyli dyszy), gdzie znajduje się atrament. Tak w pierwszym jak i drugim przypadku, wielkość kropli atramentu determinowana jest precyzją, z jaką zostały wykonane dysze.

Wydruk kolorowy wymaga zastosowania metody określanej jako CMYK, która polega na mieszaniu podstawowych kolorów: żółtego, czerwonego, zielonego i czarnego. W drukarkach atramentowych znajdują się 2 pojemniki: w jednym znajduje się czarny atrament, a w drugim trzy pozostałe kolory (wydruk uzyskuje się w trakcie jednego przebiegu).

Drukarki coraz częściej stanowią bardzo poszukiwane urządzenia peryferyjne, gdzie najczęściej wybierane są różne modele atramentowych drukarek, mimo iż od jakiegoś czasu następuje pewne zrównanie cenowe drukarek atramentowych z laserowymi.

Podstawowym kryterium w momencie wybierania konkretnego modelu drukarki atramentowej jest jakość wydruku, która zależna jest od wielu czynników:

  • bardzo ważnym czynnikiem jest rozdzielczość drukarki, która ujmowana jest w punktach na cal DPI; różnica między rozdzielczością 300 a 600 pkt/cal jest możliwa do zaobserwowania gołym okiem, lecz powyżej 600 punktów nie można już rozstrzygnąć, jakiej rozdzielczości jest dany wydruk;
  • rozdzielczość uzależniona jest od liczby dysz w głowicy oraz objętości wystrzeliwanych z nich kropel atramentu, wyrażanej w pikolitrach
  • najważniejsza jest tutaj technologia budowy głowic:
    • drukarki EPSONwykorzystują technologię PIEZO INK JET - kryształ piezo jest bardzo twardym, sztywnym i trwałym materiałem; głowice tych drukarek wykorzystują wielowarstwowe aktywatory, które zbudowane są z małych płytek piezo, równolegle położonych w niewielkich od siebie odległościach; w wyniku napięcia (impuls - 5 ms) następuje zmiana wymiarów aktywatora, co powoduje wysokie ciśnienie 200 kg/cm3, które umożliwia wystrzelenie danej kropli atramentu z wielką prędkością
    • drukarki Hewlett-Packard - najnowszy model 970 Cxi wykorzystuje nowy system (HP PhotoRet III) umożliwiający lokowanie w jednym pikselu (małym punkcie) wydruku 29 kropli atramentu oraz zmniejszenie jednej kropli atramentu do wielkości 5 pikolitrów; model ten również posiada większą częstotliwość wyrzucania atramentu (każda dysza wystrzeliwuje w ciągu sekundy aż 18 tysięcy kropli)
    • drukarki CANONwykorzystują technologię służącą modulacji wielkości kropli atramentu, która uzyskiwana jest dzięki wbudowanej w głowicy przy każdej z dysz - drugiej grzałki; działanie tylko jednej grzałki powoduje, iż dysza wyrzuca niewielkie krople atramentu, natomiast w wyniku działania jednocześnie dwóch grzałek mogą być formowane oraz wyrzucane krople o większej masie; mniejsze krople wykorzystywane są dla uzyskiwania wyraźniejszych rysunków i mniejszej ziarnistości obrazu, podczas gdy połączenie kropel o różnej wielkości przyczynia się do poprawy gradacji kolorów oraz zwiększenia liczby odcieni
  • niezwykle istotny przy korzystaniu z drukarki atramentowej, jest koszt jej eksploatacji; należy zaznaczyć, iż tańsza drukarką niekoniecznie jest ekonomiczna w eksploatacji, a wręcz przeciwnie; cena pojemnika z atramentem w drukarkach firmy Hewlett - Packard oscyluje wokół przedziału 120 - 150 zł, natomiast jego wydajność przy pięcioprocentowym pokryciu jest na poziomie około 800 stron czarnego wydruku i około 130 kolorowego (drukowanie pełnowymiarowych zdjęć powoduje, iż liczby te należy podzielić przez 10); najwyżej zajmującą pozycje w testach jest drukarka HP 2000C - wprawdzie kosztuje ona około 1800 zł, lecz jednocześnie oferuje bardzo wysoką jakość wydruku przy niezwykle niskich kosztach eksploatacji i najwyższej szybkości pracy
  • Systemy mieszania barw

Istnieje konieczność zastosowania wielu różnych schematów mieszania barw, co stanowi utrudnienie dla wykorzystania kolorów w komputerze, gdyż nie można uzyskanych w systemie RGB barw bezpośrednio przekształcić w kolory CMYK. Wynika to z tego, iż drukarka nie nanosi na papier kolorów powstałych z już wymieszanych barw ale stosuje ona tzw. dithering, polegający na drukowaniu w bliskiej od siebie odległości punktów o barwach podstawowych, które oglądane z większego dystansu dają dopiero wrażenie kolorów. Owe zestawy punktów układane są na papierze według ściśle określonego wzorca (rastra drukarki). Ponieważ różne drukarki posiadają zazwyczaj rastry o różnych strukturach, uzyskanie identycznych odcieni barw wymaga w każdym przypadku innych proporcji kolorów, z którego powodu wykorzystywana jest Addytywna technika tworzenia barw.

Technika Substraktywna CMY - dla każdego kolorowego obrazu (malowidło, wydruk czy zdjęcie), wykorzystywany jest subtraktywny system mieszania kolorów; malarz nanosi na płótno barwniki, z których jedne pochłaniają długość fal padającego na nie światła a inne je odbijają. Jedynie światło odbite może być odebrane przez ludzkie oko jako właściwy kolor. Zatem im większą ilość pochłaniają barwniki danego obrazu, tym bardziej sprawia on wrażenie ciemniejszego.

Technika Addytywna RGB - wydruk obrazu na drukarce wymaga zastosowania odpowiedniej mieszanki barwników, czyli modelu addytywnego. W trakcie pracy, w drukarce mieszają się ze sobą następujące barwniki CMY:

      • cyan, czyli turkusowy
      • magenta, czyli karmazynowy
      • yellow, czyli żółty

W wyniku wymieszania strumieni światła RGB można uzyskać biały kolor, jednak wymieszanie barwników CMY nie umożliwia uzyskania czystego koloru czerni, a jedynie ciemnego brązu. Właśnie w celu uzyskiwania czystej czerni (jak również lepszej jakości ciemnych kolorów), CMY poszerzono o czarny kolor, w wyniku czego powstał schemat CMYK (czyli Cyan, Magenta, Yellow i Black). Zatem prawie wszystkie nowe modele drukarek atramentowych posiadają już cztery pojemniki z atramentem, które odpowiadają podstawowym barwom.

  • Porty komunikacyjne

Interfejs Centronics (Centronics interface) jest standardem równoległego wtyku kabla drukarki, stanowiącym jeden z najstarszych elementów architektury PC utrzymującym się w identycznej formie przez szereg lat.

Proste złącza równoległe wykorzystywano długo wcześniej przed pojawieniem się mikrokomputerów i służyły one głównie przekazywaniu danych pomiarowych. Opracowanie przez IBM pierwotnych szkiców PC wymagało implementacji prostego złącza równoległego, które by obsługiwało drukarkę. Wykorzystano do tego celu uproszczony wariant standardu Centronics, który w pełnej wersji posługiwał się 29 liniami połączeniowymi oraz poziomami logicznymi TTL. Oryginalnie, oba końce połączeniowego przewodu posiadały specjalny wtyk o 36 końcówkach, którego jednak znaczne rozmiary nie pasowały do architektury PC, przez co został zmieniony na bardziej kompaktowy format gniazda po stronie komputera - był to typ SUB-D (DB-25) z 25 końcówkami. Zachowanie wszystkich oryginalnych linii sygnałowych protokołu Centronics wymagało redukcji liczby przewodów masy z 12 do 8. Magistrala danych była 8-bitowa, a więc równoległy interfejs jednocześnie (równolegle) przesyłał 8 bitów (jeden bajt). Z uwagi na fakt, iż interfejs równoległy może przesyłać jednocześnie większą ilość danych, komunikacja oparta na takim łączu jest znaczenie szybsza niż ma to miejsce w przypadku interfejsu szeregowego.

Jedyne zadanie łącza równoległego, które wynikało z architektury systemu, stanowiło obsługiwanie drukarki, zatem specyfikacja jego obejmowała tylko i wyłącznie transfer jednokierunkowy (komputer → drukarka). Obok 8-bitowej magistrali danych, port równoległy został wyposażony w 4 linie sterujące:

        • ~ALF
        • ~DSL
        • ~IN1
        • ~STR

Ponieważ drukarka miała możliwość zgłaszania pewnych sytuacji nienormalnych (brak papieru), jednak nie mogła przesyłać danych w kierunku odwrotnym, stworzono transmisję półbajtową. Oryginalnie, specyfikacja złącza równoległego definiowała pięć linii statusowych:

        • ~ERR
        • ~SEL
        • ~PAP
        • ~ACK
        • ~BSY

Jedna część tych linii służyła realizacji protokołu Centronics, natomiast druga umożliwiała sygnalizowanie stanów wyjątkowych. W opisywanym trybie, cztery z tych linii wykorzystywane są do transmisji w odwrotnym kierunku. Dwa kolejne półbajtowe cykle umożliwiają organizację wymiany danych przy prędkości ok. 100 kB/s.

Przez długi okres czasu, złącze równoległe wykorzystywane było przez wszystkie współpracujące z PC drukarki, choć drukarka również ma możliwość współpracy z portem szeregowym, który mimo tego, iż jest wolniejszy, pozwala pokonać dużo większy dystans dzielący komputer od drukarki (w niektórych przypadkach ma to kluczowe znaczenie). Specyfikacja portu szeregowego umożliwia transmisję danych w odległości do 200 metrów, podczas gdy równoległego - tylko na około 5 metrów.

Obecnie, drukarki nie tylko biernie odbierają polecenia i dane, lecz również dysponują zdolnością do prowadzenia dwustronnej komunikacji z komputerem, co wymaga zastosowania złącza równoległego, rozbudowanego o pewne dodatkowe (nie ujęte w standardzie oryginalnego IBM-PC) funkcje.

Port USB (Universal Serial Bus) czyliuniwersalna magistrala szeregowa

Porty równoległe oraz szeregowe stosowane były przez szereg lat i dopiero stosunkowo niedawno wprowadzony został port USB, oferujący całkowicie nowy sposób instalacji oraz pracy. Złącze USB zostało wprowadzone przez następujące firmy: IBM, Compaq, DEC, Microsoft i Intel. Posiada ono następujące zalety:

        • dużą szybkość transferu (1,5 MB/s)
        • zgodność z Plug and Play
        • możliwość jednoczesnej obsługi nawet do 127 urządzeń

W trakcie podłączania nowych urządzeń, USB nie wymaga zresetowania komputera lub jego wyłączenia, a więc można dowolnie włączać oraz wyłączać urządzenia USB, co przydaje się np. w takiej sytuacji, gdy użytkownik chce stworzyć dokument zawierający kolorowe zdjęcia - może on zeskanować grafikę a następnie odłączyć skaner i podłączyć drukarkę bez wyłączania komputera.