1.6.3.4. Друкуючі пристрої з термографічними виконавчими механізмами

У 1985 році сенсацію викликав Thinkjet компанії Hewlett-Packard - перший струменево-бульбашковий термопринтер. Якщо на початку інший розроблювач п’єзо механізмів друку і посміхався, коли бачив патенти на бульбашкову технологію його конкурентів, то згодом йому стало не до сміху: метод бульбашково-струменевого термодруку за кілька років скорив ринок (кількість проданих струминних термопринтерів склала 10 млн.)

У чому ж революційність цієї технології? Як часто буває в подібних випадках, досягненням стало скорочення виробничих витрат. Якщо п'єзоелектричні друкуючі механізми збирали із безлічі окремих деталей, то бульбашково-струминні друкуючі головки, що являють собою кристали на кремнієвих підкладках (за винятком підкладок Thinkjet, зроблених зі скла), виготовлялися за тонкошаровою технологією сотнями.

При тонкошаровій технології застосовуються в принципі ті ж виробничі процеси, що і при виготовленні інтегральних схем. Канали подачі барвника, сопла-розпилювачі, виконавчі механізми і токопровідні шини виникають при почерговому нанесенні шарів на підкладки, на приклад способом іонно-променевого напилювання, і наступному структуруванні цих шарів.

Таким чином, по завершенні процесу виробництва, що нараховує більше сотні кроків, на одній підкладці з'являється дуже багато термодрукуючих елементів. Всі структури повинні бути виконані з точністю до тисячної частки міліметра. Крім того, найменше забруднення при виробництві приводить до браку. Тому бульбашково-струминні друкуючі елементи виготовляються в чистих приміщеннях із застосуванням машин, типових для напівпровідникової промисловості.

Зрозуміло, що при одночасній обробці багатьох мініатюрних елементів на одній підкладці витрати на виготовлення різко знижуються, хоча рівень інвестицій в чисті виробничі приміщення і верстати високий. Витрати на струмінно-бульбашкові друкуючі елементи залежать не від кількості розпилювачів чи розрізнюючої здатності друку, а тільки від виду поверхні кристала, а також від числа і характеру виробничих процесів. Отже, вартість друку головкою, що забезпечує 400 крапок/дюйм, з 64 розпилювачами не повинна бути дорожче, ніж друк головкою з 24 розпилювачами, що забезпечують 180 крапок/дюйм.

Оскільки головки струменево-бульбашкового термодруку виготовляються за тими ж принципам, що й інтегральні мікросхеми, напрошується думка про інтеграцію останніх у друкуючі кристали. І перший крок у цьому напрямку зробила фірма Canon , вмонтувавши в друкуючі головки своїх принтерів BJ-10e і CLC-10 транзисторну матрицю. За прикладом Canon пішла компанія Xerox , що випустила в 1993 році модель бульбашково-струмінного принтера з головкою, обладнаною 128 розпилювачами, і цілком інтегрованим послідовно-рівнобічним перетворювачем.

Функціонування бульбашково-струмінного сопла-розпилювача починається подачею потужного електричного імпульсу. Імпульс 3-7 мкс подається на крихітний нагрівальний елемент, що миттєво розжарюється до 500⁰. На його поверхні температура перевищує 300⁰. Потужність нагрівання поверхні настільки велика, що при збільшенні тривалості імпульсу напруги усього лише на кілька мікросекунд нагрівальний елемент моментально зруйнувався би.

Відразу ж у тонкій плівці над нагрівальним елементом починає кипіти чорнило, і через 15 мкс утворюється закритий пухирець пари високого тиску (до 10 бар). Він виштовхує краплю чорнила із сопла-розпилювача, при цьому швидкість польоту краплі досягає 10 м/с і більше. Через 40 мкс пухирець, з'єднавшись з атмосферою, конденсується. За 200 мкс нове чорнило під дією капілярних сил засмоктується із резервуара.