Tiskárny a multifunkční zařízení

Skládání barev (CMYK)

Substraktní model

• používá se u tisku

• základ je zde bílé pozadí (papír)

• barvy vznikají složením tří základních barev azurová, purpurová, žlutá (Cyan, Magenta, Yellow = CMY model)

• černá barva vznikne složením všech tří složek

• aby se nemusela černá skládat ze tří složek (například u dokumentů), dodává se většinou i čtvrtá, tzv. klíčová barva - černá (blacK nebo Key = CMYK model)

Ukázka barevného modelu využívající tiskárny CMYK.

Typy tiskáren, parametry

Typy tiskáren

s mechanickým tiskem (úderové) (impaktní - příklepy, nárazy) 

• jehličkové
  

s jiným principem tisku (bezúderové) (neimpaktní - dotekové)

• inkoustové (tryskové) 

• tepelné 

• laserové 

• termosublimační (fototiskárny) 

Rychlost tisku - počet znaků/sekundu (cps) nebo stránek/min

Rozlišovací schopnost

• DPI (Dot Per Inch - bodů na palec) nebo bodů/mm, CPI (Char Per Inch - znaků na palec)

• převod mezi DPI a počtem bodů/mm: bodů/mm = DPI/25,4

Náklady

• pořizovací (cena)

• provozní (cena/stránku - papír, toner (inkoust, páska), energie, údržba)

Provozní hlučnost - u mechanických tiskáren značná

Papír - formát, velikost zásobníku, možnost oboustranného tisku, druh papíru („gramáž“)

Obsah náplně

• počet natištěných strach při 5% pokrytí bavíme-li se o inkoustové nebo laserové tiskárně

Jehličková tiskárna

Ukázka jehličkové tiskárny [37].

• 9-ti jehličkové

• 24 jehličkové

• jednobarevné

• barevné (vytváří se pomocí barevného pásku podélně rozděleného na tři barvy)

• znak se vytváří pomocí matice bodů, např. 9×9 bodů, 24×9 bodů.

• blokové schéma je na obrázku

Princip tisku:

• každá jehlička je ovládána elektromagnetem

• vychýlení jehličky se otiskne přes barvicí pásku na papír

Kvalita tisku

DRAFT (koncept)

• vytiskne se při jednom průchodu tiskací hlavy

• nejrychlejší tisk, šetří pásku, 60 DPI (2 b/mm)

• 24 jehličkové tiskárny 360 DPI (14 b/mm)

NLQ (near letter duality

• Při vícenásobném průchodu hlavy:

• téměř dopisní kvalita)

• vytiskne nejprve DRAFT

• posune papír ­ o polovinu bodu (0,2 mm) a vytiskne totéž

LQ, SLQ (Super LQ)

• dopisní kvalita, super dopisní kvalita

• vícenásobný průchod k tisku 1 řádku

• pomalé

Tisk obrázků

• dosažení různé úrovně šedé

• Obraz se složí z makrobodů, např. 4×4 body (16 úrovní šedé)

• pro makrobod o velikost 8×8 bod … 64 úrovní šedé

• pro makrobod o velikosti 16×16 bodů … 256 úrovní šedé

• čím je větší makrobod a tedy více úrovní šedé, tím je menší rozlišení! (180 DPI … 256 úrovní šedé … makrobod 1×1 mm)

Nevýhody maticových tiskáren

• hlučnost

• pomalost

• kvalita dána mj. opotřebováním barvicí pásky

Výhody maticových tiskáren

• nejnižší provozní náklady

• výsledný tisk odolný proti vodě i tlaku

• možnost tisku několika kopií najednou

• tisk i na souvislý papír - „traktorový“ - není dáno omezení délky výtisku

• tisk i na méně kvalitní papír

[37] MANSKE, Magnus. Wikipedie [online]. 11.3.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4d/Epson_MX-80.jpg/1200px-Epson_MX-80.jpg

Licence - GNU Free Documentation License 1.2

Inkoustová tiskárna

Ukázky inkoustových tiskáren.

• vytváří znaky také pomocí matice bodů, ale body jsou tvořeny kapičkami inkoustu

• nepotřebují žádný speciální papír

• dnes levnější než jehličkové tiskárny

• rozlišení od 600 DPI, tj. 23,6 b/mm (dnes běžně i 4800 DPI)

• náklady na tisk 1 černobílé stránky srovnatelné s laserovou tiskárnou při malém objemu tisku

• výhodné pro barevný tisk

• malé rozměry, nízká hmotnost > používají se jako přenosné tiskárny (laptopy, notebooky)

• místo jehliček trysky umístěné nad sebou obdobně jako u jehličkové tiskárny -

• trysek je 24 nebo 48 (vyšší rozlišení)

Mechanicky

• technologie „ink-jet“

• mechanický pístek - dříve

• piezoelektricky - změnou napětí > zvětšení objemu > ·     vypuzení kapky inkoustu z trysky

• technologie „bubble-jet“

• elektrický ohřev (us > 500° C > inkoust vaří > bublina se rozpíná > vystříknutí)

• technologie „bubble-jet“ je výsledkem spolupráce firem Hewlett-Packard a Canon

• výhodný vedlejší efekt - ochlazení trysky > podtlak > nasátí nového inkoustu a event. překápnutí trysky

Vlevo mechanický princip tisku, vpravo elektrický princip [38].

Barevný tisk

• barevný tisk se vytváří kombinací tří základních barev a černé pro subtraktivní mísení barev

• C - Cyan (modrá - azurová)

• M - Magenta (fialová - purpurová)

• Y - Yellow (žlutá)

• K - Key (klíčová barva - černá)

Nevýhody inkoustových tiskáren

• tisk není odolný proti vodě (rozpíjí se)

• inkoust může při delším nepoužívání zasychat

• provozní náklady jsou vyšší, hlavně u barevného tisku

Výhody inkoustových tiskáren

• nejdostupnější barevný tisk

• při dokoupení spec. tiskové hlavy a spec. papíru dosahují fotografické kvality

[38] JAVACHAN. Wikipedie [online]. 19.12.2011 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c0/Micro_Piezo_Comparison.gif

Licence - CC BY-SA 3.0

Tepelná tiskárna

Ukázka termotiskárny, kterou znáte z většiny z obchodů případně restaurací apod.

• teplocitlivý papír, na který se přenáší pomocí tepelného ohřevu podobná matice jako u jehličkových tiskáren - tepelným ohřevem papír ztmavne

• tisk je nehlučný

• rozlišovací schopnost je 240 DPI (9 b/mm)

• nově doplněny o bezdrátovou technologii připojení přes Bluetooth nebo Wifi, není tak zapotřebí neustále odbíhat od stolu pro účtenku

• tiskárnu lze zakoupit v poměrně malých rozměrech napájenou akumulátorem - nejčastěji k vidění v restauracích

• teplocitlivý papír

• malý kontrast

• tisk časem bledne - časová nestálost

• použití jako faxy či pokladní tiskárny

• technologie se zdá již překonána

Laserová tiskárna

Ukázka barevné laserové tiskárny.

• dokument se tiskne po stránkách a ne pouze po řádcích > potřebují paměť, ve které se vytváří stránka (0,5 - desítky MB)

• stránka se vytváří pomocí příkazů speciálního jazyka pro popis stránky - jazyk POSTSCRIPT nebo PCL (viz dále)

• rychlost: 4 - 70 stran/minutu (velmi rychlé)

• rozlišovací schopnost: 300 - 2 400 DPI (12 - 96 bodů/palec) - používá se spíše menší

• selenový válec se nabije kladným nábojem, stejně tak i toner

• při styku laserového paprsku s válem s v daném místě náboj zruší - toner se přitáhne, jinde je odpuzován

• poté se prášek přenese na papír, kde se ve vytvrzovací peci při 200° C zapeče.

Princip laserového černobílého tisku [1].

• jako u inkoustových tiskáren se provádí nanášením tonerů tří základních barev a černé (CMYK)

• tonery se nanášejí postupně

• k zapečení dojde až po nanesení všech tří (nebo čtyř) vrstev

• rozdíl od černobílého tisku je ten, že všechny barvy mají vlastní fotoválce a výslední obraz se nanáší na přenosový pás, odkud se dostane na papír opačně nabitým nábojem

Výhody laserových tiskáren

• tichý provoz

• vysoká kvalita tisku

• ekonomický tisk (tiskne se každý druhý bod > šedivé)

• provozní náklady: tonerová kazeta plněná od 1 000 stran až po 56 000 při 5% pokrytí

• tisk velkou většinu papírů, limitovaná maximální gramáží

• při dlouhodobém uskladnění tisku se výtisk „přetiskne“ na přiloženou vrstvu

• nedoporučuje se umístění tiskárny do místnosti s větší vlhkostí, tiskárna začne vykazovat problémy

LED tisk

• obdobou laserových tiskáren jsou LEDkové tiskárny, kde je místo laserového paprsku a zrcátka použita řada diod

[1] - BUCHA, Pavel. Nové komponenty e-kurzu pro předmět Periferní zařízení : bakalářská práce. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta pedagogická, 2015, 68 l., 2 l. příl., Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petr Michalík, Ph.D.

Termosublimační tiskárna

Ukázka termosublimační tiskárny [39].

• principem termosublimační tiskárny je spojení speciálního papíru s uvolněnou párou z nahřátých barevných folií

• při tisku se používá fólie, pokrytá vrstvami tří základních tiskových barev (Cyan - azurová, Magenta - purpurová, Yellow - žlutá), která zahřívá

• páry barev, uvolněné z fólie zvýšenou teplotou, se spojí přímo se speciálním papírem (uvedený proces se nazývá sublimace a napařování barvy) tak, že přechody mezi barvami jsou naprosto plynulé.

• používá se pro tisk velice kvalitních fotografií, které jsou navíc odolné vůči světlu i dalším nepříznivým podmínkám (voda, oděr...)

Princip termosublimačního tisku fotografie, kde je na snímcích vidět skládání obrazu z jednotlivých barevných složek [40].

[39] CARIOCA. Wikipedie [online]. 6.7.2006 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f9/Samsung_SPP-2040.jpg

Licence - CC BY-SA 3.0

[40] MR H.. Wikipedie [online]. 10.3.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Dye_sublimation_printing_insecurity.jpg/1024px-Dye_sublimation_printing_insecurity.jpg

Licence - CC BY-SA 3.0

Plotter

Výstupní zařízení pro kreslení zejména vektorové grafiky.

Rozdělení ploterů

Podle pohybového mechanismu:

Deskové (stolní)

• papír upevněn na desku, nad ní se pohybuje kreslicí hlava

• Nevýhody: velká zastavěná plocha, velikost papíru omezena velikostí pracovní desky

• papír se pohybuje podélně, hlava jen příčně

• Výhody: zabírá relativně méně místa, velikost papíru omezena pouze na šířku

• Nevýhody: pohyb papíru musí být přesný i při několikerém posunu papíru Þ složitý mechanizmus posunu papíru > vyšší cena

Podle technologie popisu:

Perové, případně tužkové

Tužkový robotický plotter [41].

• v kreslicí hlavě je kreslicí pero (případně více barevných per)

• Nevýhody:

• vyšší nároky na hrot (tuhost, aby vydržel nárazy při sklápění pera, ale nesmí protrhávat papír)

• vyšší nároky na inkoust (musí rychle zasychat, aby nedocházelo k rozmazávání; nesmí zasychat v peru)

• vyšší nároky na papír (nižší rozpíjení, minimum vláken, aby nehrozilo zachycení hrotu a roztržení papíru)

• Výhody:

• vyšší kvalita

• Tužkové plotery - barevné tužky s různou šířkou tuhy

Laserové (příp. LED) plotery

• analogie laserové tiskárny

• výhody: vysoká kvalita (jako u perových)

• nevýhody: potřebují velkou paměť k přípravě obrazu, vyšší cena

[41] MANSKE, Magnus. Wikipedie [online]. 22.10.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/62/Robot_drawing_-_Brighton_Mini_Maker_Fair_2011.jpg/1200px-Robot_drawing_-_Brighton_Mini_Maker_Fair_2011.jpg

Licence - CC BY-SA 2.0

[42] ESCORT83. Wikipedie [online]. 4.9.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/Cutting_plotter.jpg?uselang=cs

Licence - CC BY-SA 3.0

Multifunkční tiskárna

Ukázka multifunkční tiskárny.

• vznikne spojením tiskárny (inkoustové nebo laserové) a skeneru

• vhodné do kanceláří a domácností

• výhodou je, že jsou schopny bez připojení počítače kopírovat dokumenty jako kopírka

• novější MF zařízení obsahují dotykový LCD displej

• na displeji je možno prohlédnout fotky, pdf dokument a bez zapojení počítače je vytisknout

• multifunkční zařízení formátu velikosti papíru A3

• uživatel má možnost připojit USB flash disk, nebo vložit paměťovou kartu a tisknout přímo z externího media

• u novějších modelů je možné připojit tiskárnu do cloudu

• zařízení může obsahovat několik zásobníků na papír, vhodné při použití několika typů papíru, nebo větší spotřeby papíru

• multifunkční tiskárny umí často skenovat do mailu, nebo do složky

• možno zakoupit tiskárnu s dotykovým a zároveň až se 7" displejem

• některé typy barevných multifunkčních zařízení formátu A3 dokáží zdvihnout při černobílém tisku barevné fotoválce - nevynáší se tak barevný toner - nižší náklady na tisk

3D tiskárna

Předpokladem pro využití 3D tiskárny je samotné zpracování objektu v CAD studiu a převod do formátu STL. Objekty 3D vznikají postupným nanášením tenkých vrstev na sebe. Procesy 3D tisku:

Pro vytváření 3D modelů je využíváno procesů Rapid Prototyping, postup RP je tvořen třemi procesy.

1. Pre-processing – „příprava pro samotný tisk“ – virtuální model v CAD softwaru převeden do STL formátu (Programem určena velikost vrstev a možnost přítomnosti podpůrné sítě.)
   
2. Processing – „samotný tisk“ – stavba 3D objektu (nanášení vrstev na sebe) Doba samotného tisku je závislá na velikosti objektu.
   
3. Post-processing – „konečné úpravy“ – poslední fáze pro zvýšení životnosti a lepší vzhled (odstranění podpůrné konstrukce, očištění, lakování, broušení …)
   

Ukázka 3D tiskárny [43].

Pro výrobu složitějších modelů slouží další procesy odvozené od Rapid Prototyping.

- Rapid Manufacturing (zkrácení času výroby, zvládne i složitější prvky)

- Rapid Tooling (výroba forem a nástrojů, nejpomalejší a nákladná výroba)

Materiály k tisku:

• plasty

• pryskyřice, vosk

• škrob, sádra

• kov

 Formát STL:

• počítačový soubor *.stl nese všechny informace o 3D objektu

• standard pro 3D objekty

• obsahuje sítě s trojúhelníkovými plochami, hranami a vrcholy s informací o orientaci

Technologie:

SLS – Selective Laser Sintering

• materiál pro tisk v práškové formě, tavení výkonným CO2 laserem

• metody podle materiálu:

• Plastic (tiskne z plastového prášku)

• Metal (tiskne z kovového prášku a přidává polymerní pojivo)

• Foundry Sand (tiskne z upraveného slévárenského písku)

• Ceramic (tiskne z keramického prášku a přidává tekuté pojivo)

Princip tisku názorně vystihuje obrázek [44].

SLA - Stereolitografie

• delší doba vytvrdnutí modelu

• po tisku složitější konečné úpravy (odstraňování od pracovní plochy, čištění, lázeň, odstranění podpůrné konstrukce)

• materiály: akrylátové nebo epoxidové pryskyřice

• tavení pomocí UV záření nebo HeCd laser

EBM – Electron Beam Melting

• výborné vlastnosti materiálu

• výroba ve vakuu za vyšší teploty

• materiál: kovový prášek

• tavení pomocí elektronového laseru

• přesný a rychlý paprsek

• po tisku minimální nutnost konečných úprav

• nevýhodou je vysoká cena a náklady na provoz

FDM – Fused Deposition Modeling

• 3D prvky vytváří přímo z 3D CAD dat (importování *.stl souboru)

• dvě trysky: nanášecí pro tiskový materiál a pro podpůrný materiál

• materiál: termoplastické vlákna nebo kuličky

• výhodou je rychlá výroba a spotřebování pouze nutného množství materiálu

• nevýhodou je potřeba podpůrného materiálu, který se dodatečně odstraňuje manuálně nebo za pomoci vodních lázní

LOM – Laminated Object Manufacturing

• princip: laminování papíru nebo plastových folií na sebe (na vrstvy dává nátěr, který se roztaví a slepí tím vrstvy k sobě)

• tvar tvořen CO2 laserem

• nevýhodou je nutnost odstraňovat ocelovou desku od objektu a odstraňování podpůrné konstrukce (větší spotřeba materiálu)

• vytisknutý objekt má strukturu podobnou jako dřevo (začištění a nalakování objektu je nutné)

• výhodou je nízká cena zařízení i provoz

Princip tisku názorně vystihuje obrázek (1 role s tiskovým válcem, 2. vyhřívaný válec, 3. laserový paprsek, 4. zrcadlo, 5. laserová jednotka, 6 část prototypu s podpůrným materiálem, 7. posouvající platforma 8 role s použitým materiálem) [47].

3D Printing

• podobný SLS, místo laseru je InkJet tisková hlava, přes kterou je dodáváno lepidlo, které spojuje práškové vrstvy

• materiál: kovový prášek (bronz, ocel) nebo keramický prášek

• po tisku složitější konečné úpravy (odstraňování podpůrného prášku, čištění, tmelení a další nátěrové úpravy)

• nevýhodou je menší přesnost

• výhodou je velmi rychlý tisk a nízké náklady na provoz

PolyJet

• také využívá InkJet tiskové hlavy, dokonce dvě

• podpůrné materiály: fotopolymer, nebo vosk

• výhodou je velká přesnost a rozlišení povrchu objektu

• po tisku žádné dokončovací úpravy

• nevýhodou je menší přesnost a horší materiálové vlastnosti

• materiál: pryskyřice, kaučuk

RepRap – Thermoplastic extrusion

• open source

• jednoduchá konstrukce, levné pořízení, velmi nízké náklady na provoz

• materiál: termoplast (ABS), PLA (vyrobeno ze škrobu)

• dokáže si vytisknout plastové části sama sebe

• nevýhodou je, že netiskne podpůrný materiál

• nižší kvalita a rozlišení povrchu

InkJet Printing

• materiál: vosk a termoplastický materiál

• dvě tiskové hlavy: nanášecí pro tiskový materiál a pro podpůrný materiál

• dvě vyhřívané nádrže: termoplast - tiskový materiál, vosk - podpůrný materiál

• frézovací hlava zarovnává povrch

• výhodou je vysoká přesnost a drobné povrchové úpravy

• nevýhodou je rychlost tisku a křehkost objektů

[43] HODLIPSON. Wikipedie [online]. 5.2.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/thumb/9/96/Fab%40Home_Model_2_3D_printer.jpg/1200px-Fab%40Home_Model_2_3D_printer.jpg

Licence - CC BY-SA 3.0

[44] MATERIALGEEZA. Wikipedie [online]. 11.5.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/33/Selective_laser_melting_system_schematic.jpg

Licence - CC BY-SA 3.0

[45] PWNAGIC. Wikipedie [online]. 1.5.2013 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Stereolithography_apparatus_vector.svg/450px-Stereolithography_apparatus_vector.svg.png

Licence - CC BY-SA 3.0

[46] ZUREKS. Wikipedie [online]. 21.12.2008 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/FDM_by_Zureks.png

Licence - volné dílo

[47] LAURENSVANLIESHOUT. Wikipedie [online]. 15.2.2010 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a1/Laminated_object_manufacturing.png

Licence - CC BY-SA 3.0

[48] KHOLOUDABDOLQADER. Wikipedie [online]. 16.1.2016 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4f/3d_printing_AM.jpg/1200px-3d_printing_AM.jpg

Licence - CC BY-SA 4.0

[49] IMPRIMANTE3D EILCO. Wikipedie [online]. 17.2.2017 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/Methode_polyjet.png

Licence - CC BY-SA 4.0

[50] CUMMINGS, John. Wikipedie [online]. 18.7.2016 [cit. 1.4.2017]. Dostupný na WWW: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/db/Reprap_Darwin_2.jpg

Licence - volné dílo

Tiskové jazyky

Bitová mapa - jazyk PCL

• pravidelná síť bodů vytváří na stránce rastr

• jazyk PCL (Printer Control Language) popisuje jednotlivé body

• používané verze PCL5 a PCL6

• každý předem definovaný znak je převeden do bitové mapy

• tiskárna dostane index znaku, interpret vybere příslušnou bitovou mapu pro určitý znak

• pro každý znak existuje předdefinovaná bitová mapa, dohromady tvoří tabulku bitových map

• tabulky jsou uloženy v paměti tiskárny, lze je naplnit před tiskem - tzv. Download
  

Vektorově - jazyk PostScript

• jazyk PostScript popisuje stránku vektorově (nikoliv jako množinu bodů), tj. umí popisovat objekty, znaky jsou též jako objekty
  

Výhody:

• snadná změna velikosti bez „schodovitého“ efektu (znaky nejsou složeny z bodů, ale z křivek), snadné „manévry“ s objekty
  

Nevýhody:

• vytvoření obrazu stránky chvíli trvá (vyšší nároky na hardware - obsahují RISC procesory, nutno alespoň 4 MB)
  

Grafické rozhraní zařízení - jazyk GDI

• tisk obrázku probíhá pomocí renderování obrazovky a posílání do tiskány

• jazyk často používaný u velmi levných tiskáren, tiskárny nepodporující PS

• tisk probíhá přes software počítače, nikoliv v tiskárně

Tiskárna čárových kódů

Tiskárny čárových kódů se používají převážně ve výrobách a skladech, kde jejich využití je k tisku čárového kódů označující daný produkt. Základním prvkem je tisková hlava, váleček umístěný pod tiskovou hlavou, který posouvá etiketu. Tiskárny mohou obsahovat zpětný navíječ, který slouží ke zpětnému navíjení podkladové báze etikety, odlepovač, který obsahuje čidlo snímající odlepení etikety, kde automaticky dojde k vysunutí další etikety a 2 technologiemi tisku:

Tiskárny čárových kódů mohou obsahovat RFID programátor, který nejen etiketu potisknout, ale zároveň do RFID čipu naprogramovat informace k dalšímu použití.

Tiskárna čárových kódů.

Přímý termální tisk (Direct Thermal)

• pracuje na stejném principu jako termální tiskárna

• tisková hlava 200-300 DPI

• tisk na etikety, teplocitlivý papír

• nepříliš často využívaný typ tisku ve výrobě, nebo skladech

Termotransferový tisk (Thermal Transfer)

• je zapotřebí páska - ribbon

• teplem tiskové hlavy je přenášen výtisk na etiketu

• vytištěný obraz je velmi odolný vůči povětrnostním vlivům

Spotřební materiál využívající termotransferový tisk - bilá etiketa a černý ribbon. Barvy mohou být samozřejmě jiné.