Як заправити струменевий кольоровий картридж

Жовтень 14, 2011 від Міша Царик

Розвиток сучасних струменевих технологій НР для дому та бізнесу може бути розцінений, як розвиток трьох поколінь картриджів, кожне з яких має однакову конструкцію друкуючої голови. Перше включає 626, 629, 625, 649, 6614 картриджі, друге - 645, 6615, 641, 1823 і найсучасніше покоління включає 27, 28, 56, 57 картриджі. В картриджах другого та третього покоління відшаровуються пластини дюз і потрапляють бульбашки повітря в ємкості з чорнилом. До уваги наших клієнтів і читачів науково обґрунтовані вирішення цих проблем від лабораторії "СІНТ-Майстер".

Еволюція конструкції струменевих картриджів
Під час розробки першого покоління картриджів основні зусилля НР були спрямовані на досягнення технологічного прогресу та створення друкуючих голів з задовільними результатами друку. Схоже, що якийсь час було витрачено на ускладнення роботи заправників.
Звичайно, наше виробництво до цих пір страждає через електричні дефекти і висихання пігменту в 629 і 6614 картриджах. Але ми можемо припустити, що основною метою використання пігментного чорнила для 629 картриджа було отримання кращих результатів друку, і висихання чорнила в картриджах було тільки побічним ефектом (який, швидше, зіграв на руку НР, так як проста заправка, без очищення, стала тепер неможлива). Двома діями НР, які зробили нашу роботу більш складною, були: видалення верхнього отвору для заправки 629 картриджа і зміна позиції вентиляційного отвору. Ці проблеми були досить простими в порівнянні з сучасними картриджами і можуть бути легко подолані нашим виробництвом.
Розглядаючи конструкцію картриджів другого покоління, ми можемо легко зробити висновок, що НР розділив роботу по розробці. Тоді як чорні 645 і 6615 картриджі вказують на великий крок вперед у технології завдяки значно більшій кількості дюз друкуючої головки і більш дрібними краплями чорнила, схоже, додавалося мало зусиль, щоб захистити ці картриджі від перезаправлень. З іншого боку, НР, очевидно, витратив час на розробку струменевих картриджів таким чином, щоб ускладнити процес заправлення.
Одними з проблем, які найбільш часто виникають під час заправки є відшарування пластин дюз, бульбашки повітря в ємкості з чорнилом і в каналах, що ведуть від ємкості до друкуючої голівки, змішування чорнила різних кольорів навіть в протестованих і добре загерметизованих картриджах. Часто картриджі дуже чутливі до неправильного поводження настільки, що перед заправниками стоїть важке завдання у виборі правильного процесу чищення та/або заправлення. Багато компаній навіть припинили через вищенаведені причини заправку кольорових картриджів.
Ця стаття призначена для поглиблення розуміння проблем заправки кольорових струменевих картриджів на підставі результатів досліджень під мікроскопом кольорових друкувальних головок НР. Ці результати показують, що існують відповідні технології, ефективні в подоланні значного числа труднощів.

Чому відшаровуються пластини дюз?
Подивившись на пластину дюз картриджа 641, ми бачимо три групи з 68 дюзовими отворами для кожного кольору.

Рисунок 1

Додатково на пластині є два ряди вертикальних зазорів. При збільшенні, використовуючи скануючий електронний мікроскоп (СЕМ), можна побачити більше деталей. Рисунок 2 показує смугу з трьома паралельними зазорами і декількома дюзами.

Рисунок 2

Зазори починаються з країв пластини дюз і мають довжину близько 1мм і ширину 20 мкм. Кожен зазор має кінець, який розширюється близько З0 мкм в діаметрі, тобто того самого розміру, що й дюзи цього картриджа.
Більше того, навколо всіх дюз і зазорів є сліди, залишені тиском фіксуючого пристрою під час виробництва пластини. Ймовірно, зазори і дюзи були зроблені в процесі мікроскопічного штампування, про що свідчать сліди фіксуючого пристрою.
На рисунку 3 вказується на істотну відмінність між поверхнями двох сторін пластини дюз.

Рисунок 3

Тоді як зовнішні краї зазорів і дюз на малюнку 3а і 3б рівні, внутрішні краї на малюнку 3в і 3г рівномірно закруглені. Видалення матеріалу, можливо, було зроблено мікротравленням. Додатково на малюнку г, можна побачити сліди кріплення до полімеру корпусу (зворотня частина) до якого зазвичай клеїться пластина дюз.
Але чому НР створив пластини дюз з зазорами і дюзами, закругленими з внутрішньої сторони? Наприклад, розгляд під мікроскопом показав, що в області зазорів немає функціональних частин друкуючої головки. Єдиним можливим поясненням існування зазорів може бути те, що вони призначені, для зменшення механічної напруги, викликаної коливаннями температури під час друку в металевій пластині дюз. Але це все ж не пояснює існування внутрішніх округлених країв. З іншого боку, модель, представлена на малюнку 4 показує, що округлення краю значною мірою сприяє відшаруванню пластини дюз під час нормального процесу друку.

Рисунок 4

На рисунку 4а представлений схематичний зріз частини друкуючої голови. Пластина дюз з дюзами і зазорами закріплена на шарі полімеру корпусу, який також діє як сильний клей для утримання пластини. Під час звичайного режиму, друкуюча голова відчуває мікроскопічні вібрації, викликані повторюваними стисканнями бульбашок пари в камерах випаровування чорнила. Оскільки існує різниця у вазі між важкою металевою пластиною дюз і набагато легшим полімерним шаром корпусу, вібрації викликають зміну натягу між пластиною і шаром полімеру малюнок 4б. Тепер - через скруглений край дюз - є гострий внутрішній край між пластиною і шаром полімеру. Дивитись малюнок 4в.
Науці про матеріали добре відомо, що гострі краї є місцями для зосередження напруги. Саме тому, зосередження напруги (викликаної вібрацією при друці), на внутрішніх краях веде до відшарування пластини дюз. Важливим висновком, зробленим на основі цієї моделі, є те, що процес відшарування пластини починається навколо дюз і повільно поширюється до країв, а не походить від країв до середини.
Початок відшарування може бути визначено при розгляді нерівностей поверхні навколо груп дюз і зазорів. Дивимось рисунок 5.

Рисунок 5

Ця модель також пояснює змішування чорнила різних кольорів в добре загерметизованих кольорових картриджах. Коли пластина дюз відшарувалася до такої міри, що з'єдналися дюзи двох різних кольорів, різні чорнила будуть протікати між пластиною дюз і шаром полімеру корпусу. Це призводить до змішування чорнила в ємкостях і висновку картриджа з ладу. Водночас картридж зовні буде здаватися цілим.
Враховуючи результати раніше описаної дослідницької роботи можна зробити кілька висновків щодо отримання кращих результатів при заправленні кольорових картриджів. По-перше, неможливо виправити відшарування пластини дюз, оскільки вона є функціональною частиною мікроскопічної структури друкуючої голови, а внутрішні частини друкуючої голови не можуть бути заново склеєні через мікроскопічні розміри. Наприклад, закріплення пластини дюз нанесенням клею на зовнішні краї (зовнішні кути) не можна запобігти прогресуванню природного відшарування і саморуйнування під час другого циклу роботи картриджа. Тому основою якісної роботи має бути запас корпусів відповідних картриджів, бажано максимально наближених по якості до оригінальних. Ретельний огляд пластин дюз може допомогти у визначенні картриджів, в яких вже почався процес відшарування. Для визначення нерівностей поверхні досить лінзи з десятикратним збільшенням. Звичайно, для отримання хороших результатів необхідний також досвідчений спеціаліст.

Центрифуга, як інструмент для перевірки картриджів
Центрифуга є важливим і дуже корисним пристроєм, для перевірки порожніх картриджів. Крім використання для видалення, очищення і розділення чорнила різних кольорів у ємкостях картриджа, центрифуга може бути корисна для перевірки на початок відшарування пластини дюз. Кращою є центрифуга з регульованою швидкістю, оскільки вона може бути налаштована для різних типів картриджів. Картриджі розміщуються друкуючими головами назовні. При використанні цього методу на середніх швидкостях, лише пошкоджені під час попереднього циклу роботи картриджі втратять свої пластини дюз - вони в жодному разі не змогли б пропрацювати ще один цикл. Одним словом, центрифуга використовується як тестер на відставання пластини дюз. Без відцентрової сили (наприклад, встановлюючи картриджі в центрифугу друкуючими головами до осі обертання), ви не дізнаєтеся, чи почала пластина дюз відшаровуватися і чи зможе картридж допрацювати до кінця наступного циклу роботи. Цей метод успішно використовується протягом багатьох років.

Бульбашки повітря в ємкостях картриджа
Наша лабораторія добре знайома з такою проблемою, заправлений картридж показує на тесті хороші результати і віддається покупцеві. Картридж деякий час добре працює, а потім різко перестає друкувати - припиняється подача, як мінімум одного чорнила. Рисунок 6 пояснює, що, швидше за все, сталося:
Після ручної заправки кольорових наповнених картриджів (наприклад НР 6578) під нормальним атмосферним тиском, картридж заповнюється чорнилом не повністю. Дивись малюнок 6б.

Рисунок 6

Крім чорнила всередині залишилися захоплені бульбашки повітря. Основною причиною цього є те, що капілярна сила в комірках вища, ніж сила тяжіння, і тому, чорнило, не заповнює всі комірки наповнювача рівномірно, знизу вгору по всьому об'єму наповнювача. Замість цього, чорнило спочатку заповнює комірки, що мають велику капілярну силу.
Наприклад, наповнювач стискається в чорнильній ємкості, і деякі частини перебувають під більшим тиском (вища щільність!), отже, мають менші комірки, у яких сильніша капілярна сила. Вологість стінок комірок також грає роль в капілярній силі. Як тільки область зі слабкою капілярною силою оточена чорнилом, неможливо втягнути чорнило всередину, оскільки повітря в комірках затиснуте і не може більше вийти назовні. Бульбашка повітря може змінювати положення та форму, але не може зникнути. Наприклад, під час процесу друку бульбашка повітря може переміститися в друкуючу голівку і викликати припинення подачі чорнила.
Крім того, камери, через які зазвичай чорнило надходить в друкуючу головку, теж заповнюються повітрям. Ці камери мають досить великий об'єм в порівнянні з дрібними комірками і, відповідно, капілярна сила в них дуже мала. Таким чином, немає сили, здатної втягнути чорнило з комірок наповнювача в камеру, а з порожніми камерами картридж точно так само не буде працювати.
Для того, щоб перемістити чорнило до друкуючої голівки, багато заправників використовують відсмоктуючі пристрій для висмоктування повітря з камер, через друкуючі голови. Малюнок 6в. Сильна відсмоктуюча сила змушує чорнило перетекти з комірок наповнювача і заповнити камеру. Але деякі з бульбашок повітря можуть також переміститься в камеру. Більш того, сучасні картриджі розробляються так, що в камері є гострі краї, в яких затримується повітря. Таким чином, в результаті повітря все одно залишається в камері біля друкуючої голови.
У цих умовах, на початку чорнила подаються в друкуючу голову і тестовий друк показує гарні результати. Але пізніше, під час друку кінцевим користувачем, невелика кількість захопленого повітря повільно переміщується в друкуючу голову і припиняє потік чорнила малюнок 7.

Рисунок 7

В таких випадках ми заправляємо картридж в умовах вакууму. Простий додатковий відсмоктуючий насос, що працює під час заправки, не може вирішити цю проблему. Якщо картридж не знаходиться у вакуумі до початку заправки це все призведе до вже описаних результатів. Досить імовірно, що НР використовує цю ж технологію для заповнення нових ОЕМ картриджів тому, що це єдиний шлях уникнути виникнення бульбашок повітря в наповнювачах і камерах.
Але яка різниця між заправкою у вакуумі і при нормальному тиску? По-перше, у вакуумі, весь внутрішній об'єм картриджа перед початком заправлення практично вільний від повітря. Потім наповнювач буде заповнюватись чорнилом як при нормальному тиску. В кінці процесу заправки у вакуумі в наповнювачі будуть залишатися області, не заповнені чорнилом.

Рисунок 8

Основна різниця в тому, що ці бульбашки містять не повітря, а вакуум, - в тому числі і в камері біля друкуючої голови. Згодом, як видно на рисунку 8б коли повітря повертається в наповнювач, всі області вакууму втягують в себе навколишнє чорнило, і камери біля голови заповняться чорнилом з наповнювача. Необхідно зазначити, що друкуюча головка повинна бути герметизована під час цієї операції для запобігання попадання повітря з боку друкуючої головки.
Модель, показана на малюнку 8, показує, чому успішна заправка наповнених картриджів може бути проведена тільки в вакуумі.

Необхідно зазначити, що якість вакууму грає важливу роль в процесі заправлення. Створити абсолютний вакуум технічно неможливо. Дуже ефективні турбомолекулярні вакуумні насоси можуть досягти практично ідеального вакууму, але такі насоси можуть коштувати до 20000 $ і вище. На практиці більшість рентабельних вакуумних насосів залишають в заправленому картриджі дуже мало повітря. З іншого боку практичні експерименти показали, що припинення подачі чорнила відбувається тільки коли обсяг повітря перевищує критичне значення і невеликі обсяги повітря не можуть зашкодити друку.

Процеси заправлення струменевих картриджів приховують ще достатньо деталей, щоб захопити допитливий розум зацікавленого користувача такого видатного явища сучасних інформаційних технологій, як цифровий друк. Прошу далі слідкувати за статтями та, маю надію, і щось можливо доповнити до викладеного.

Див. також:

Профілі і профілювання струминних принтерів

ДЗК чи СНПЧ?

Пігментні чи водорозчинні чорнила?

Чи сравді є вигідним придбання фотопринтера?

Серце струминного друку: друкуюча головка