ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEODÉZIE A KARTOGRAFIE KATEDRA MAPOVÁNÍ A KARTOGRAFIE TISKÁRNY tisk z PC semestrální práce Autoři: Jan Kohout David Čížek Michal Volkmann Radek Makovec Editoři: Jakub Kozák Václav Jurga V Praze dne 6. 4. 2012 Kartografická polygrafie a reprografie
Úvod U počítačů je tiskárna přídavné zařízení, které produkuje kopie dokumentů uložených v elektronické podobě na fyzické medium nejčastěji v podobě papíru. Mnoho tiskáren je primárně používáno jako lokální periferní zařízení a toto je připojeno kabelem pro tisk, u novějších tiskáren USB kabelem k počítači, který slouží jako zdroj dokumentu. Některé tiskárny, běžně známy jako síťové tiskárny, jsou připojeny k síti (obvykle bezdrátové nebo ethernetu) a mohou sloužit jako zařízení pro jakéhokoliv uživatele připojeného k síti. Někdy se tiskárny navrhují tak, aby umožňovaly jak lokální tak síťový tisk zároveň. [1] Moderní tiskárny mohou být navíc připojeny přímo k elektronickému médiu jako je například paměťová karta, nebo k zařízení jako digitální fotoaparát či skener. Dnes se tiskárny obvykle kombinují se skenery, kopírkami atd. Pokud tedy obsahují prvky, které neslouží přímo k tisku, označují se někdy jako multifunkční tiskárny - Multifunction Printers (MFP), multifunkční zařízení - Multi-Function Devices (MFD), nebo vše v jednom - All-In-One (AIO). Většina MFP tiskáren umožňuje tisknout, skenovat a kopírovat. Virtuální tiskárna je část počítačového software, která slouží k přípravě tisku, nikoliv však k tisku samotnému. [1] Počítačové tiskárny obecně patří k pomalým zařízením (30 stran za minutu je považováno za vysokou rychlost a mnoho levnějších tiskáren pracuje mnohem pomaleji) a cena za jednu vytisknutou stranu je relativně vysoká. Nicméně díky velkému pokroku v oblasti kvality a výkonu tisku je možné tisknout některé zakázky, které jsou obvykle zpracovávány profesionálními tiskárnami, na lokální tiskárně (desktop publishing). První počítačovou tiskárnou byl mechanicky řízený stroj vynalezený Charlesem Babbagem v 19. století. [1] 1 Technologie Tiskárny jsou nejčastěji děleny podle technologie tisku. Postupem času bylo vynalezeno mnoho způsobů tisku. Je tedy nutné zvolit vhodnou technologii v závislosti na kvalitě obrázků nebo textu, rychlosti tisku, ceně, hluku atd. Navíc některé způsoby jsou nevhodné pro určitý typ fyzického media jako například průhledná folie nebo karbonový papír. [2] Důležitým parametrem tisku je jeho rozlišení. Udává se v jednotkách DPI - počet vytištěných bodů na palec. Kvalitní tiskárny jsou schpny tisknout v rozlišení 300 DPI a více. Obdobou je jednotka lpi - počet tiskových řádek na palec. Další parametry se týkají barev. Barva (barevné světlo) je elektromagnetické vlnění o vlnové délce mezi 360 a 700 nm. U tiskáren se využívá substraktivní metody. Principem je interakce tří primárních substraktivních barev - azurová, purpurová a žlutá (C-cyan, M-magenta, Y-yellow). Příslušný odstín se získá překrytím těchto barev v tiskovém bodě. Mnoho tiskáren obsahuje ještě separátní černou barvu (black), Primární barvy jsou tak doplněny do barevného schématu, označovaného jako CMYK. [2] Následující tiskové technologie jsou běžně používány v moderních tiskárnách. 1
2 Laserové tiskárny Laserová tiskárna je druh počítačové tiskárny, pracující na podobném principu jako kopírka. Laserový paprsek vykresluje obrázek na válec citlivý na světlo, na jehož povrch se poté nanáší toner. Ten se uchytí jen na osvětlených místech, obtiskne se na papír a na závěr je k papíru tepelně fixován. [3] 2.1 Historie První laserovou tiskárnu vyvinul Gary Starkweather v Xerox PARC modifikací kopírky Xerox v roce 1971. Firma IBM instalovala první laserovou tiskárnu IBM 3800 v roce 1976. Firma Xerox dodala do komerčního prostředí první model Xerox 9700 v roce 1977. Do domácností nabídla laserovou tiskárnu HP (HP Laserjet) až v roce 1984. [3] 2.2 Princip laserové tiskárny Hlavní součástí laserové tiskárny je kovový válec s vrstvou polovodiče (např. selen) na povrchu. Polovodič mění při osvícení odpor z přibližně 300 Ω při osvícení až na cca 3 až 5 MΩ pokud není osvícen. [3] Mechanický stěrač setře zbytky toneru a žárovka odstraní náboj z předchozí fáze tisku. Poté je povrch válce v celé šířce nabit z korony. V bodech, které se mají tisknout je válec osvícen laserem, tím je odpor polovodiče v bodě snížen a náboj z povrchu se vybije do středu válce. Toner (suchý jemný prášek) je vlivem otáčení válce nabit na stejnou polaritu jako povrch válce a přilne k válci pouze na místech, kde byl odstraněn náboj. V ostatních místech je toner od válce odpuzován, protože má stejnou polaritu. Následně se toner přenese z válce na papír, který je nabit na opačnou hodnotu než povrch válce. [3] Papír se pod válec dostane ze vstupního zásobníku a je nabit opačným nábojem než povrch válce a toner. Toner se z míst na válci s neutrálním nábojem přenese na papír, který je nabit nábojem opačným (než toner). Dále je toner pomocí vysoké teploty (okolo 180 C) a tlaku roztaven a zapečen do papíru a následně je z papíru sejmut náboj a papír je uložen do výstupního zásobníku. [3] Laserový paprsek prochází deflektorem, což je součástka, která v závislosti na přivedeném napětí propouští nebo nepropouští světlo (laserový paprsek). Napětí přivedené do deflektoru je obrazem bitmapy tištěné stránky. Rotující zrcátko (hranol) rozprostírá paprsek po celé šířce válce. [3] 3 LED tiskárny (technologie svítivých diod) Ve srovnání s laserovou technologií jsou jako zdroj světla použity diody emitující světlo uspořádané těsně vedle sebe v jedné linii. Např. pro formát A4 na šířku je k dosažení rozlišení 300 DPI potřeba přibližně 2 500 diod rozložených přes celou délku obrazového válce. Příčný rozměr každé z diod činí tedy asi 0,08 mm. Toto řešení je konstrukčně jednodušší a má méně pohyblivých součástí, takže je i odolnější proti případným otřesům. Po osvitu válce je další postup shodný s postupem popsaným pro laserovou technologii tisku. [2] 2
4 Inkoustové tiskárny 4.1 Historie Snaha nahradit nekvalitní grafický tisk jehličkových tiskáren se objevila už v 70. letech. Konstruktéři se ale potýkali s těžce řešitelnými problémy jako zasycháním inkoustu v tiskové hlavě či nedostatečné kontrole toku inkoustu. S pokrokem výrobní technologie se ale tyto vady podařilo zažehnat. [4] Když se pak počátkem 90. let cena inkoustových tiskáren dostala na přijatelnou úroveň, staly se, především kvůli možnosti barevného tisku, na celém světě oblíbeným a častým druhem tiskáren jak v domácnostech, tak i pro kancelářské užití. [4] 4.2 Princip inkoustové tiskárny Princip tisku je založen na tom, že inkoust je na papír vymršťován velkou rychlostí v podobě kapek o velikosti 35 pl (pikolitr = 10 12 l). Objem kapek má na kvalitu tisku velký vliv. Některé tiskárny mají funkci měnitelného objemu kapek. Rychlost kapek se pohybuje mezi 50 a 100 km/h, vzdálenost mezi listem papíru a tiskovou je zhruba 1 mm. [4] 4.3 Typy inkoustových tiskáren V současnosti rozlišujeme tři druhy inkoustových tiskáren: termální, piezoelektrické, voskové. 4.3.1 Termální inkoustové tiskárny V termální inkoustové tiskárně pracuje tisková hlava s tepelnými tělísky zahřívajícími inkoust. Při zahřátí vznikne v trysce bublina, která způsobí vymrštění inkoustové kapky na papír. Často jsou nazývány bublinkovými tiskárnami. [4] 4.3.2 Piezoelektrické inkoustové tiskárny Tisková hlava v tiskárně pracuje s piezoelektrickými krystaly, což jsou vlastně destičky schopné měnit svůj tvar. Trysky jsou uloženy v komůrkách z piezoelektrických krystalů. Tyto komůrky jsou působením krystalů roztahovány a zužovány a tryska podle toho vystřikuje inkoust. [4] 4.3.3 Voskové inkoustové tiskárny Způsob tisku se podobá tisku termální inkoustové tiskárny, rozdíl je však v inkoustu. Ve voskových inkoustových tiskárnách je místo tekutého inkoustu užíván speciální vosk (bývá 3
také nazýván tuhý inkoust). Tiskárny se liší i tím, že dokáží namíchat potřebnou barvu bodu i bez nutnosti překrývání rastrů. Tisk je kvalitnější a také podání barev je živější. [4] 4.4 Inkoust Pro barevný tisk je nutný systém barev schopný namíchat ostatní odstíny a barvy. Nejčastěji se používá systém CMYK z angličtiny azurová (Cyan), purpurová (Magenta), žlutá (Yellow) a černá (black). Někdy je v systému ještě jedna cartridge s černým inkoustem zvlášť pro tisk stínu a různých odstínů černé a šedé na fotografiích. V zásadě se používají dva druhy inkoustu - homogenní a pigmentový. Homogenní inkoust je ředěný vodou, což mu umožňuje prosáknout do papíru. Potisk je tak odolnější proti vnějším vlivům. Pigmentový inkoust obsahuje nerozpustné částice, které zůstávají na povrchu papíru. Tento typ inkoustu je nejvhodnější pro tisk textu, neboť vytváří ostré hrany. [4] 4.5 Výhody a nevýhody inkoustových tiskáren Dle [4] mají inkoustové tiskárny tyto výhody a nevýhody: + klidnější provoz; + jemnější tisk a hladší detaily; + kvalitní fotografický tisk; + relativně nízká pořizovací cena; - často vysoká cena inkoustu; - náchylnost trysek k ucpání zaschlým inkoustem; - rozpustnost inkoustového potisku ve vodě, a proto je třeba chránit dokumenty před každou kapkou; - časově omezená životnost inkoustů blednou. 5 Jehličkové tiskárny Jehličkové tiskárny používají k tisku tiskovou hlavu, která se pohybuje ze strany na stranu po listu papíru a přes barvící pásku naplněnou inkoustem se otisknou jehličky na papír. V principu fungují stejně jako klasický psací stroj, avšak s rozdílem možnosti výběru různých druhů písma, nebo popřípadě tisknout obrázky. Vzhledem k tomu, že se při tisku využívá mechanického tlaku, tak tyto tiskárny mohou vytvářet uhlíkové kopie a karbonové kopie. [5] Každý bod je vykreslen malou kovovou jehlou, řízenou elektromagnetem a to buď přímo nebo pomocí malých vahadel. Pohyblivá část tiskárny se nazývá hlava a při přejetí listu papíru z jedné strany na druhou listu papíru vytiskne jeden řádek textu. Většina jehličkových tiskáren má uložené jehličky vertikálně a v případě většího množství jehliček se zvyšuje hustota dopadu jehliček a tím i kvalita tisku. Počet jehliček je 2, 7, 9, 18 nebo 24. [5] 4
Tyto tiskárny jsou oproti laserovým, nebo inkoustovým tiskárnám výrazně pomalejší, ale i nadále se využívají například u kasy v supermarketu, kde není třeba vysoké kvality tisku. [5] 5.1 Historie První tiskárna LA30 byla na 30 znaků za sekundu byla uvedena na trh v roce 1970 firmou Digital Equipment Corporation v Maynardu, Massachusetts. Velikost písma byla 7x5 bodů a na list papíru se mohlo vytisknout až 80 sloupců textu. Vše bylo řízeno pomocí krokových motorů. Připojit se dalo jak přes sériové tak i paralelní rozhraní. Po LA30 následoval v roce 1974 typ LA36, který dosáhl mnohem větší komerční úspěch než jeho předchůdce. Používala se zde stejná tisková hlava, jako u LA30, ale s větším počtem sloupců a to až 132. Tiskárna byla schopna vytisknout 60 znaků za sekundu. V roce 1970 přišla firma Centronics s tiskárnou Centronics 101. Hledání spolehlivého mechanismu vedlo firmu ke spolupráci s japonskou firmou Brother Industries. V tiskárnách bylo použito paralelní rozhraní, které bylo po roce 1990 vystřídáno rozhraním USB. Od 70. do 90. let byly jehličkové tiskárny nejvíce používané ve spojení s osobními počítači. Epson MX-80 byl průkopnický model, který byl oblíbený hlavně kvůli ceně. Kvalita tisku nebyla příliš vysoká (60 DPI horizontální, vertikální 72 DPI). Používáním různých softwarových technologií, jako například tzv. doublestrike (tisk každého řádku dvakrát, nad 100 DPI se nepoužívalo kvůli nečitelnosti) a double-density (zpomalení tiskové hlavy, aby byl zápis jehliček přesnější) se zvyšovala kvalita tisku. Software zaměřený na zpracování textu i na grafiky se stal běžnou součástí osobních počítačů, neboť uživatelé chtěli tisknout text i obrázky. Postupem času se zvýšila rychlost tisku i kvalita (60-240 DPI) a začala éra barevného tisku. Rychlejší tisk samozřejmě znamenal vyšší hlučnost tiskárny. Některé tiskárny umožňovaly tisk různých druhů písma. Inkoustové pásky se dělí na jednorázové a s možností doplnění. S jednorázovými byla kvalita tisku vyšší, neboť při opakovaném používání je páska na místech, kde dopadla jehlička slabší a při opakovaném naplnění už neudrží tolik náplně. Barevný tisk se řešil vícebarevnou páskou. Při tisku se používala vždy jiná část pásky. Požadovaná barva se dosáhla vícenásobným tiskem do stejného místa přes jinou barvu pásky. Nevýhodou bylo časté obarvení barev barvou černou, takže obrázky byly spíše pro ilustrace, než pro tisk fotografií. [5] 5.2 Druhy jehličkových tiskáren (dle [5]) 1 jehličkové a 2 jehličkové: Málo vyráběné. 7 jehličkové: Poskytují tisk s velmi nízkou kvalitou a jsou používány pouze ve speciálních případech, jako jsou např. pokladny v prodejně, kde na kvalitu tisku nejsou kladeny téměř žádné nároky. 9 jehličkové: Dovolují tisk v režimu NLQ (Near Letter Quality - blízký dopisní kvalitě). Tento režim svou kvalitou tisku odpovídá přibližně kvalitě elektrického psacího stroje. Tyto tiskárny jsou vhodné pro tisky výpisů programů a pro tisk dokumentů, na jejichž kvalitě příliš nezáleží. 24 jehličkové: Umožňují kvalitnější tzv. LQ (Letter Quality - dopisní kvalita) režim tisku. Oproti 9 jehličkovým tiskárnám mají větší rychlost tisku. Jsou používány pro dokumenty s nízkou kvalitou tisku. 5
5.3 Výhody a nevýhody jehličkových tiskáren Dle [5] mají jehličkové tiskárny tyto výhody a nevýhody: + malé náklady na tisk a použití traktorového papíru; + spolehlivost; - velká hlučnost a spíše nižší rychlost; - schopnost tisknout jen grafiku s nízkým rozlišením a omezenou paletou barev; - náchylnost k ohnutí jehliček. 6 Tepelné tiskárny Slouží pro reprezentační a uměleckou grafiku, jsou drahé, dělíme je na: sublimační tiskárny, termografické tiskárny. 6.1 Sublimační tiskárny Převedou tepelným impulsem barvu z pevného skupenství na páru. Pára následně zkondenzuje jako barevný bod na vhodné tiskové ploše. V přechodech mezi barvami se tím dosáhne měkkých přechodů barev. Barvy jsou transparentní a lze je na sebe skládat. Tiskárna je vybavena fólií s nanesenými třemi základními barvami. Za fólií se pohybuje zahřívací lišta, která v daný čas a na daném místě provede ohřev barvy a její nanesení na podkladní materiál. Tisk obrázku A4 trvá až hodinu a je velmi drahý. [2] 6.2 Termografické tiskárny Pracují na principu přenesení voskové barvy (i v několika vrstvách) na speciální papír nebo fólii. [2] 7 Souřadnicové zapisovače - Plottery Jak je uvedeno v [2] plottery pracují dvojím způsobem: Hlava nesoucí kreslicí zařízení (pisátka) jezdí po papíře ve dvou na sebe kolmých směrech, přičemž papír je pevně uchycen. Tento postup je používán obvykle u malých formátů papíru. Taková konstrukce plotteru je označována jako stolní. Jestliže se používá více pisátek, jsou uložena v otočném nebo posuvném zásobníku. Hlava jezdí v jediném směru a pohyb ve druhé ose se provádí posunem papíru. Tyto plottery nesou označení plottery stojanové. 6
Podle kreslicího prostředku se rozlišují : Pérové plottery, kdy je v pohyblivé hlavě zabudováno pero (fix, trubičkové pero,...). Inkoustové plottery, kdy stopa na papíru je vytvářena řízeným stříkáním kapiček inkoustu z baterie miniaturních trysek. Laserové plottery, technologie tisku je obdobná, jako u laserových tiskáren. Řezací plottery, což jsou stolové plottery velikosti 700-1 000 až 1 700-2 500 mm, které umožňují při použití speciálních hlav například: řezat, frézovat, vrtat nebo i kreslit - např. řezání barevných samolepicích fólií (používá se jako propagační materiál), obrábění dřeva, plastů a jiných měkkých materiálů řezat i rýhovat, resp. perforovat (např. karton v místě budoucího přeložení) Závěr Shrnutím a porovnáním výhod a nevýhod představených typů tiskáren může být tab. 1. Tabulka vypovídá o hodnoceném kritériu tiskárny dvoupolohově (splněno: nebo nesplněno: ), nevyzdvihuje tedy hlavní výhodu konkrétní tiskárny oproti ostatním typům. V tabulce není uvedena LED tiskárna a Plotter, neboť některé jejich součásti, a tím i vlastnosti, jsou shodné s jinými tiskárnami. Plotter má navíc specifické užití. kritérium typ tiskárny laserová inkoustová jehličková termotisk dostupnost (pořizovací cena stroje) dostupnost tisku (pořizovací cena barvy) kvalita tisku životnost tisku odolnost (proti závadě) tichý provoz Tab. 1: Shrnutí výhod a nevýhod jednotlivých typů tiskáren 7
Literatura [1] Informační technologie: Tiskárny [online]. [cit. 2009-05-22]. Dostupné z: http:// studium.oapion.cz/ict/hw/tiskarny.htm [2] Informační technologie: Tiskárny [online]. [cit. 2012-04-06]. Dostupné z: http:// student.oapion.cz/ict/hw/tiskarny.htm [3] Laserová tiskárna. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. [cit. 2012-04-06]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/laserov%c3%a1_tisk%c3%a1rna [4] Inkoustová tiskárna. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. [cit. 2012-04-06]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/inkoustov%c3%a1_tisk%c3%a1rna [5] Jehličková tiskárna. In: Wikipedie: Otevřená encyklopedie [online]. [cit. 2012-04-06]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/jehli%c4%8dkov%c3%a1_tisk%c3%a1rna 8