Epson L3250 изнутри: как работают СНПЧ и пьезоголовка

Университет INKO · Лекция 02 · 7 мин чтения · ▶ видео 3:12

▶ Смотреть видео: как устроен Epson L3250 (3:12)

🖱 Открыть интерактивную модель — рисунки двигаются, детали подсвечиваются

Оглавление

1. Что под корпусом

2. Почему чернила не текут сами и не кончаются внезапно

3. Как пьезосопло выстреливает каплю

4. Что из этого следует на практике

5. Чернила INKO 103 для Epson L3250 и ответы на вопросы

L3250 — принтер серии EcoTank с фабричной системой непрерывной подачи чернил (СНПЧ). Вместо картриджей у него четыре бака, которые доливают из бутылок, а чернила текут к головке по тонким трубкам. Капли выстреливает не нагрев, а пьезокристалл, который сгибается от напряжения. Снимем корпус и сканер и разберём принтер до одного сопла.

Чернила — серия 103: водные, на красителях, бутылки 65 мл. Размер принтера — 375×347×179 мм, масса 3,9 кг.

1. Что под корпусом

Снимаем сканер и корпус. Справа спереди — блок из четырёх баков с окнами. От них по дну идут трубки, поднимаются за стальной рамой и петлёй подходят к каретке. Каретку тянет ремень, а где она находится, принтер узнаёт по ленте энкодера. Сзади — лоток с бумагой, справа под местом парковки — станция обслуживания с колпачком, ракелем и помпой, слева на дне — впитывающие прокладки.

Каретка едет и печатает полосу, затем вал подачи сдвигает лист на ширину полосы, и каретка едет обратно. Так страница складывается из полос. При прочистке каретка встаёт на колпачок, помпа вытягивает чернила через сопла в «памперс», а ракель протирает головку.

Из чего состоит принтер

1. Ёмкости. Четыре бака — чёрный, голубой, пурпурный и жёлтый — стоят справа спереди, окнами к вам. На каждом окне две метки: верхняя (до неё заливают) и нижняя (ниже неё печатать нельзя, иначе в трубку попадёт воздух). Сверху под крышкой — горловины с резиновыми пробками.

2. Трубки. От дна каждого бака идёт своя трубка. Четыре трубки лежат на дне корпуса, поднимаются за рамой и дальше идут петлёй к каретке. Когда каретка едет, петля перекатывается, как гусеница: её длина не меняется, трубки не натягиваются и не перегибаются.

3. Головка. Под кареткой — пьезоголовка Micro Piezo: 180 сопел для чёрного и по 59 для каждого цвета. Сверху в каретку входят трубки через узел подачи с демпферами — маленькими камерами с мембраной и клапаном (см. рис. 2 ниже).

4. Энкодер. Прозрачная лента с тысячами тонких штрихов натянута вдоль всей рамы. Оптический датчик на каретке считает штрихи, и принтер в каждый момент знает, где головка. Поэтому капли ложатся точно в свою точку, даже когда каретка разгоняется и тормозит.

5. Ремень. Каретку тянет зубчатый ремень. Его ведёт мотор каретки слева, справа ремень огибает натяжной ролик с пружиной — она выбирает люфт, чтобы строки не «гуляли».

6. Мотор. Мотор каретки стоит за рамой слева. Плата меняет его скорость по сигналам энкодера: разгон, ровный ход над листом, торможение у края.

7. Рама. Каретка не катается по круглой штанге, а скользит по стальной раме: верхняя отогнутая полка держит её, нижняя не даёт качаться. Рама задаёт точное расстояние от сопел до бумаги.

8. Подача. Мотор подачи вращает ведущий вал. На его конце — шестерня и диск-энкодер, по нему принтер сдвигает лист ровно на ширину полосы. Спереди выходной валик и ряд зубчатых колёсиков-«звёздочек»: они касаются свежей печати только остриями и не размазывают её.

9. Лоток. Сзади стоит лоток на 100 листов. Подхватывающий ролик забирает один верхний лист и подаёт его вниз, к ведущему валу.

10. Колпачок. Справа — станция обслуживания. Когда каретка паркуется, снизу поднимается резиновый колпачок и закрывает сопла: так чернила в них не сохнут. Рядом — резиновый ракель: он вытирает пластину с соплами после прочистки.

11. Помпа. Помпа на боку станции — трубочная: вращающиеся ролики пережимают мягкую трубку и гонят её содержимое дальше. Так в колпачке создаётся разрежение, и оно вытягивает через сопла чернила вместе с засохшими сгустками и пузырьками воздуха.

12. Абсорбер. Всё, что помпа вытянула при прочистках, по трубке уходит на дно, в войлочные прокладки — «памперс». Принтер ведёт счётчик слитых чернил. Когда он подходит к пределу, принтер останавливается с сообщением о том, что подушки отработали срок.

13. Плата. Главная плата управляет моторами, нагрузкой на пьезоэлементы и Wi-Fi. К каретке от неё идёт плоский шлейф, он ездит рядом с трубками.

2. Почему чернила не текут сами и не кончаются внезапно

Главная трудность любой СНПЧ — давление. Если у сопел чернила будут «давить» наружу, они закапают. Если разрежение будет слишком сильным, головка начнёт глотать воздух. На рисунке путь чернил разрезан вдоль, а детали сдвинуты ближе друг к другу, чем в принтере.

• Ёмкость. Камера с чернилами закрыта пробкой, а воздух попадает внутрь только одним путём: через отверстие сверху, длинный извилистый лабиринт и воздушную камеру. Лабиринт почти не даёт чернилам испаряться, а воздушная камера ловит чернила, если их выдавит при нагреве или наклоне. Из воздушной камеры канал ведёт вниз, и воздух входит в чернила пузырьками у самого дна.

• Демпфер с клапаном. На каретке перед головкой стоит маленькая камера, одна стенка которой — тонкая плёнка-мембрана. Пока головка не печатает, пружина прижимает клапан к седлу, и бак отрезан от головки. Когда сопла забирают чернила, давление в камере падает, мембрана втягивается, толкает шток и приоткрывает клапан. Чернила поступают, мембрана возвращается, клапан закрывается. Поэтому давление у сопел почти не зависит от того, сколько чернил в баке.

• Бутылка с ключом. Носик каждой бутылки 103 подходит только к горловине своего цвета. Чернила стекают вниз, а на их место в бутылку поднимается воздух. Когда уровень дойдёт до кончика носика, воздух больше не может войти, и поток останавливается сам — перелить нельзя.

3. Как пьезосопло выстреливает каплю

На рисунке — одно сопло при огромном увеличении, соплом вниз, как в принтере. Снизу стальная пластина с соплом шириной около 20 микрометров — это в четыре раза тоньше волоса. Над ним камера давления, сбоку узкий канал-дроссель и общий резервуар. Камеру сверху закрывает упругая пластина, а на неё опирается многослойный пьезоэлемент — стопка тонких слоёв керамики с электродами. От напряжения он удлиняется или укорачивается. Прогиб пластины на рисунке сильно преувеличен: в жизни это доли микрометра.

1. Покой. Камера давления заполнена чернилами. Поверхность чернил — мениск — стоит у самого края сопла: её держит поверхностное натяжение, а демпфер поддерживает в головке небольшое разрежение.

2. Втягивание. Напряжение на пьезоэлементе падает, он укорачивается и тянет упругую пластину вверх. Камера становится больше, мениск втягивается внутрь сопла, а из общего резервуара через узкий дроссель подтекает порция чернил.

3. Выброс. Резкий скачок напряжения: пьезоэлемент удлиняется и прогибает пластину вниз. Давление в камере подскакивает, и из сопла вырастает столбик чернил с круглой головкой.

4. Отрыв капли. Напряжение возвращается к исходному, пластина отходит назад и тянет чернила обратно. Столбик рвётся: капля улетает к бумаге, её хвостик догоняет и сливается с ней.

5. Успокоение и дозаправка. Мениск ещё колеблется, как вода в стакане, и быстро затухает. Через дроссель в камеру входят новые чернила. Головка готова к следующему выстрелу, весь цикл занимает десятки микросекунд.

Меняя глубину втягивания и силу толчка, головка выпускает из одного и того же сопла капли разного размера: мелкие для плавных переходов на фото, крупные для заливки. Нагрева нет, поэтому чернила не пригорают к соплу, а головка рассчитана на весь срок службы принтера — её не меняют вместе с чернилами, как у термоструйных картриджей.

4. Что из этого следует на практике

• Не опускайте чернила ниже нижней метки. Иначе в трубку и демпфер попадёт воздух, и принтер начнёт печатать с полосами. Выгонять воздух придётся прочистками — а это расход чернил и заполнение «памперса».

• Печатайте хотя бы раз в неделю. Колпачок закрывает сопла, но в открытом сопле при печати и в трубках чернила со временем густеют. Короткая печать раз в несколько дней дешевле любой прочистки.

• Не злоупотребляйте прочисткой. Каждый цикл — это чернила, вытянутые помпой в абсорбер. Сначала распечатайте проверку дюз; если пропуски небольшие, часто хватает одной прочистки и паузы на несколько часов.

• Принтер выключайте кнопкой. Тогда каретка уходит на парковку и колпачок закрывает сопла. Выключенный из розетки посреди работы принтер может остаться с открытыми соплами.

• Чернила должны подходить головке. Пьезосопло работает на тонком балансе вязкости и поверхностного натяжения: мениск должен держаться у края сопла, а капля — отрываться чисто. Чернила с другими свойствами или с частицами крупнее, чем пропускают фильтр и сопло, приводят к пропускам и засорам.

• Переносите принтер ровно. Наклон и тряска выдавливают чернила в воздушный тракт ёмкостей и в трубки. Перед перевозкой закройте пробки баков плотно и держите принтер горизонтально.

Чернила INKO 103 для Epson L3250

Чернила INKO серии 103 выпускаются для L3250, L3150 и других EcoTank — с вязкостью и поверхностным натяжением, рассчитанными на пьезоголовку Epson. Другие модели — в подборе чернил INKO по модели принтера.

Число сопел, разрешение, минимальная капля, размеры и масса — по спецификациям Epson L3250; ресурс бутылок 103 — по данным Epson (ISO/IEC 24711/24712). Устройство ёмкости показано упрощённо, по патентам Epson; форма импульса, прогиб пластины и время фаз — схематично, для принципа. Детали на рисунках упрощены и показаны не в масштабе.

Другие лекции Университета INKO

• Как устроен картридж Canon PG-445: губка, фильтр и термоголовка

• Как строится цветовой профиль принтера: X-Rite i1Pro 2 и i1Profiler

• Пигментные чернила: как их делают и чем они отличаются от водорастворимых

• Как устроен картридж HP 655: мешочек, клапан и головка, которой в нём нет

Все лекции Университета INKO →