Inkjet Printer – Máy in phun mực
Là máy in “đẩy” (bơm) các giọt mực nhỏ
trực tiếp qua các lỗ kim (từ kỹ thuật gốc là nozzle, ( tạm dich như vậy)
và in lên giấy in. Công nghệ in phun mực (inkjet printing) xuất hiện từ
năm 1980 nhưng chỉ tới những năm 1990, khi giá cả giảm xuống thì máy in
phun mực mới thực sự xuất hiện rộng rãi trên thị trường.
Hãng Canon tuyên bố họ đã phát minh ra
công nghệ này – mà họ đặt tên là Bubble jet (phun bọt) – vào năm 1977,
khi một nhà nghiên cứu của hãng này vô tình để một ống kim (syringe)
chứa đầy mực đụng vào một mỏ hàn nóng bằng sắt (soldering iron). Sức
nóng đã “đẩy” một giọt mực ra khỏi ống qua đầu kim và đó là sự khởi đầu
của một phương pháp in ấn mới.
Máy in phun mực có các tiến bộ nhanh
chóng trong các năm gần đây, từ máy in ba (03) màu là Cyan / Magenta /
Yellow (CMY) đã xuất hiện nhiều năm cho đến các máy in bốn (04) màu chất
lượng cao (CMYK), và gần đây đã xuất hiện máy in phun sử dụng sáu (06)
màu mực.
Về mặt hoạt động, công nghệ in phun cũng
thuộc loại “không va đập” (non-impact) như in laser. Mực được phát ra
từ các lỗ kim (nozzle) khi chúng được truyền qua các phương tiện khả dĩ
khác nhhau và hoạt động của máy in phun mực rất dễ hình dung: mực lỏng
(liquid ink) với các màu khác nhau sẽ được phóng ra giấy để xây dựng các
hình ảnh cần in. Một đầu in (print head) sẽ quét trang giấy theo các
đường ngang (horizonal strips), sử dụng một tổ hợp mô tơ để di chuyển từ
trái qua phải và ngược lại, trong khi một tổ hợp mô tơ khác cuộn giấy
theo các bước dọc (vertical steps). Một đường ngang của hình ảnh được in
ra, rồi giấy được kéo lên để chuẩn bị in đường ngang khác. Để đẩy nhanh
tốc độ in, đầu in (print head) không in chỉ một dòng đơn các điểm ảnh
(pixel, vui lòng xem pixel trong phần nói về Monitor-màn hình) trong mỗi
bước mà là một hàng thẳng đứng các điểm ảnh tại mỗi thời điểm.
Trong các máy in phun thường, đầu in
(print head) cần khoảng ½ giây để in một đường (strip) ngang qua trang
giấy. Vì giấy khổ A4 tương đương với 8,5inch chiều rộng và các máy in
phun hoạt động với độ phân giải thấp nhất là ở khoảng 300dpi (dots per
inch), điều này có nghĩa là ít nhất 2.475 điểm (dot)ngang qua trang
giấy. Do đó, đầu in (print head) có khoảng 1/5000 giây để đáp ứng xem
một điểm có cần in hay không. Trong tương lai, khi công nghệ sản xuất
phát triển hơn cho phép các đầu in lớn hơn với nhiều lỗ kim (nozzle)
được đốt nóng tại một tần số cao hơn, cho phép máy in đạt đến độ phân
giải thực từ 1200dpi và tốc độ in đạt gần tới tốc độ của máy in laser
màu (3-4 trang màu/giây, 12 – 14 trang trắng đen/giây).
LED printer – Máy in LED
Là công nghệ in trang (page printing)
tương tự như máy in Laser nhưng sử dụng diode phát quang (Light-Emitting
Diode – LED) và được phát minh bởi hãng Casio. Hãng OKI là nhà sản xuất
hàng đầu về máy in LED, công nghệ này cũng được hãng Lexmark sử dụng.
Vào giữa thập niên 1990, LED printer được hy vọng là sẽ trở thành “công
nghệ lớn” khác sau laser printer, tuy nhiên sau hơn 5 năm trôi qua, công
nghệ LED vẫn chưa tạo được dấu ấn quan trọng trên thị trường.
Công nghệ in LED này tạo ra hiệu quả
tương tự như công nghệ in laser truyền thống, nó cũng sử dụng cùng một
phương pháp cơ bản trong việc chuyển toner mực lên giấy. Việc hấp thu
(tĩnh) điện được thực hiện trên một trống cảm quang (photo-receptive
drum) và khi ánh sáng từ LED tác động vào nó thì các phần tử tích điện
bị thay đổi ngược lại, điều này tạo ra một hình mẫu các điểm (pattern of
dots) tương ứng với hình sẽ được in ra giấy. Sau đó, toner mực khô được
tích điện sẽ được truyền qua các vùng trống từ có các phần tử bị thay
đổi điện tích, và truyền qua giấy khi nó được di chuyển ngang qua trống
từ ra khay đựng. Điểm khác nhau chính giữa hai công nghệ in Laser và LED
nằm ở phương pháp phân phối ánh sáng. (light distribution).
Các máy in LED sừ dụng các dãy đèn LED
(đèn Diode phát quang – Light Emitting Diode) được chế tạo sẵn bên trong
máy in – thông thường, có 2500 diode bao phủ chiều rộng của trống từ.
Một máy in LED có độ phân giải 600dpi sẽ có 600 đèn LED/inch bao phủ
toàn bộ chiều rộng của trang giấy. Điểm thuận lợi là trang bị một hàng
các đèn LED sẽ rẻ tiền hơn so với sử dụng thiết bị phát tia laser và
gương phản chiếu với nhiều bộ phận di động, điều này làm cho giá thành
của máy in LED sẽ rẻ hơn của máy in laser. Máy in LED cũng có kích thước
nhỏ hơn máy in laser. Các máy in màu sử dụng công nghệ LED có 4 hàng
đèn LED – mỗi hàng cho một màu của toner mực: Cyan, magenta, yellow và
black. Yếu điểm chính của máy in LED là độ phân giải theo chiều ngang
(horizonal resolution) là cố định. Do đó, khả năng cải tiến độ phân giải
của máy in LED sẽ kém xa máy in laser. Hơn nữa, trống của máy in LED
(LED printer’s drum) hoạt động tốt nhất – tính về hiệu quả và tốc độ-
khi được sử dụng liên tục trong các ứng dụng đòi hỏi dung lượng lớn.
Nghĩa là tuổi thọ của trống từ máy in LED sẽ giảm đi rất nhiều nếu được
sử dụng theo kiểu bật-tắt thường xuyên hoặc khi được sử dụng cho các
công ty in ấn nhỏ hoặc doanh nghiệp tư nhân.
Laser Printer – Máy in Laser
Máy in laser đầu tiên giới thiệu lần đầu
tiên vào năm 1984 bởi hãng Hewlett-Packard (theo công nghệ được phát
triển bởi hãng Cannon – theo PC Guide) với giá 3.495 USD.
Nó làm việc theo cùng nguyên tắc với máy
Photocopier, chỉ khác ở chỗ nguồn ánh sáng. Đối với máy Photocopy,
trang giấy sẽ được quét (scan) với một nguồn ánh sáng tươi (bright
light) bình thường , trong khi đó máy in laser sử dụng nguồn sáng là tia
laser. Sau công đoạn này, cách hoạt động của hai loại máy này
(photocopy & laser printer) cũng tương tự như nhau, nguồn sáng tạo
ra một “hình ảnh tĩnh điện” (electrostatic image) của trang giấy trong
một bộ hấp thu ánh sáng được nạp sẵn (charged photoreceptor). Thiết bị
này lại “hấp dẫn” toner mực (ink toner) theo kiểu hấp thu tĩnh điện
(electrostatic charge).
Sau khi được giới thiệu, laser printer
nhanh chóng trở nên phổ biến với chất lượng cao & chi phí in ấn
tương đối rẻ. Khi thị trường máy in laser phát triển, việc cạnh tranh
trở nên gay gắt thì các nhà sản xuất liên tục tìm cách cải tiến máy in
laser theo hướng tiện lợi hơn và có giá thành hạ hơn. Ngày nay, máy in
laser với độ phân giải 600dpi gần như trở nên tiêu chuẩn bình thường
thay cho độ phân giải 300dpi trước kia; kích thước, trọng lượng và giá
cả cũng trở nên “gọn nhẹ” hơn, phù hợp với nhu cầu của các hộ gia đình
và văn phòng nhỏ.
Trong công nghệ in laser, khi hình ảnh
cần in được truyền ra máy in nó sẽ thông qua định dạng của ngôn ngữ mô
tả trang (Page description language-PDL); nhiệm vụ đầu tiên của máy in
là biến đổi các lệnh thành một hình ảnh dạng bitmap (ảnh nhị phân). Việc
này được thực hiện bởi bộ xử lý riêng của máy in và kết quả là một hình
ảnh – trong đó bao gồm mọi điểm sẽ được in ra giấy – được hình thành
trong bộ nhớ máy in. Người ta từng nghĩ ra cách chế tạo các máy in gọi
là windows printer – là các máy in không có các bộ xử lý riêng, do vậy
máy tính sẽ tạo các ảnh nhị phân (bitmap) và “viết” (chuyển) trực tiếp
ra bộ nhớ máy in. Tại tâm của máy in laser là một trống xoay nhỏ – là
một hộp dẫn ánh sáng hữu cơ (organic photo-conducting cartridge- OPC) –
với lớp chất phủ cho phép hấp thụ tĩnh diện. Đầu tiên, trống của máy in
sẽ được tích điện dương (+) hoàn toàn. Sau đó, một tia laser sẽ quét
ngang qua bề mặt của nó và để lại một cách có lựa chọn các điểm được
tích điện âm (-) trên đó. Các điểm được nạp điện âm (-) đó chính là
“phiên bản” của hình ảnh cần in. Bề mặt trống từ có diện tích bằng với
kích thước của tờ giấy in, mỗi điểm trên trống từ sẽ tương ứng với một
điểm trên tờ giấy. Đồng thời, tờ giấy sẽ được đẩy qua một dây dẫn đã
được nạp điện và được ‘ký gởi” các điện tích âm (-). Trong các máy in
laser thực sự, việc nạp điện tích có chọn lựa (selective charging) được
thực hiện bằng cách bật/tắt tia laser khi nó đang quét bề mặt của trống
đang quay (rotating drum) thông qua hệ thống các thấu kính & gương
phản chiếu quay (spinning mirrors & lenses). Nguyên lý làm việc
tương tự như một quả cầu trên sân khấu ca nhạc vậy, ánh sáng (chiếu vào
quả cầu) sẽ hắt ra sàn (hoặc tường) nhà, di chuyển thành đường và biến
mất khi quả cầu quay. Trong máy in laser, trống sẽ được quay với tốc độ
rất nhanh và được đồng bộ hóa với thao tác bật/tắt tia laser. Một máy in
laser thông thường sẽ thực hiện hàng triệu thao tác bật/tắt mỗi giây.
Bên trong máy in, trống sẽ quay để tạo
mỗi lần một dòng theo chiều ngang rất chính xác. Khi trống quay càng
chậm (khoảng cách quay “nhích” đi một khoảng nhỏ mỗi lần) thì độ phân
giải (resolution) theo chiều dọc xuống càng cao – bước quay (step
rotation) của một máy in laser hiện đại thường là 1/600 inch, tạo ra độ
phân giải dọc (vertical resolution)là 600 dpi. Tương tự như vậy, tốc độ
bật/tắt tia laser càng nhanh thì độ phân giải ngang (horizonal
resolution) càng cao. Khi trống quay đến vùng in dữ liệu (written-on
area) di chuyển vào trong toner mực của máy in laser. Toner mực là các
hạt màu đen rất mịn và được tích điện dương (+), do vậy chúng sẽ bị hấp
dẫn bởi các điểm tích điện âm (-) trên bề mặt trống (do tính chất “hút
nhau” của các điện tích trái dấu như vậy, người ta thường gọi trống là
trống từ). Như vậy, sau một lần quay hoàn chỉnh bề mặt của trống từ sẽ
chứa hình ảnh màu đen của dữ liệu cần in. Lúc này, tờ giấy sẽ được đẩy
lên và cho tiếp xúc với trống từ thông qua tập hợp các trục quay bằng
cao su. Giấy được tích điện âm (-) mạnh hơn các điện âm (-) trên các
hình tĩnh điện (electrostatic image) trên trống từ, do vậy nó hấo dẫn
các hạt mực. Khi hoàn thành chu kỳ quay của mình, tờ giấy đã “lấy đi”
các hạt mực trên trống từ và hình ảnh cần in được truyền qua tờ giấy.
Các khu vực được tích điện dương (-) trên bề mặt trống từ không hấp dẫn
các hạt mực tương ứng với các khu vực màu trắng trên tờ giấy in. Đến
đây, công việc liên kết bền vừng các hạt mực (vốn có tính chất tan chảy
rất nhanh) vào tờ giấy in bằng cách sử dụng nhiệt và áp suất. Chất sáp
(wax) là thành phần chính có trong mực in (toner) có trách nhiệm làm cho
quá trình liên kết diễn ra dễ dàng hơn. Sau đó, tờ giấy được các trục
quay đẩy qua ngoài với nhiệt độ còn “âm ấm” khi ta sờ vào.
Công đoạn cuối cùng của một chu trình in
là việc “làm sạch” các hạt mực thừa trên bề mặt trống từ để chuẩn bị
cho một chu trình in mới. Có hai cách làm sạch trống từ, cách vật lý/cơ
khí (physical/mechanical) và cách dùng điện (electrical). Về cơ khí, các
hạt mực thừa được gạt bỏ khỏi bề mặt trống từ vào một hộp chứa mực dư
bằng một dụng cụ gọi là thanh gạt mực (felt pad). Việc làm sạch bằng
điện được thực hiên bằng cách bao phủ bề mặt trống từ bằng một trường
điện từ cân bằng (even electrical charge) cho phép tia laser có thể tiếp
tục “ghi” dữ liệu lên. Máy in thực hiện việc này bằng cách sử dụng một
thành phần tích điện gọi là vòng điện hoa (corona wire).
Color laser printer – Máy in laser màu
Là máy in sử dụng các 4 toner mực màu khác nhau để pha trộn thành tất cả
các màu cần in. Có bốn công đoạn trong tiến trình quang điện
(electro-photographic process) được thực hiện để truyền mực lên giấy in
theo thứ tự lần lượt (one at a time) hoặc xây dựng hình ảnh gồm 4-màu cơ
bản khác nhau trên một bề mặt in trung gian cùng một thời điểm.
Năm 1994, hãng HP giới thiệu đời máy in
Laser màu đầu tiên, sử dụng ngôn ngữ điều khiển PCL 5 (có giá lúc đó là
7.295 USD) với tốc độ in màu là 2ppm (pages per minute), in trắng đen là
10ppm.
Band printer – Máy in Bảng
Là một công nghệ in dòng (line printing)
sử dụng một băng chuyền gồm các ký tự mẫu bằng kim loại. Băng chuyền
bao gồm một tập hợp cố định các ký tự được khắc nổi (embossed), tập hợp
ký tự này chỉ có thể thay đổi khi người ta thay thế băng chuyền. Băng
chuyền xoay vòng theo chiều ngang của một tổ hợp các búa gõ (set of
hammers), mỗi búa cho một cột in. Khi một ký tự được yêu cầu trong băng
chuyền xoay vòng đến cột in đã được lựa chọn, búa gõ sẽ đẩy giấy vào vị
trí của ruy-băng đối diện với các ký tự hoặc biểu tượng được khắc nổi.
Các máy in Băng có thể in với tốc độ lên tới 2000 lpm (dòng/phút) và có
thể hoạt động trong các môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
Line matrix printer – Máy in ma trận dòng
Là loại máy in sử dụng một hàng búa gõ
dao động (oscillating row of print hammers). Các búa gõ tạo các chữ cái
& hình ảnh bằng cách va đập lên một ruy-băng và chuyển các điểm mực
(dots of ink) lên giấy.
Nó là máy in va đập cho phép in mỗi lần
một dòng. Hãng Printronix đi tiên phong trong công nghệ này từ năm 1974.
Line matrix printer và Band printer là các công nghệ máy in dòng (line
printer) còn tồn tại cho đến ngày nay. Tuy nhiên Line matrix printer có
thể in các hình ảnh đồ họa trong khi band printer thì không thể. Độ phân
giải của line matrix printer nằm trong khoảng từ 70 – 140 dpi và tốc độ
khoảng từ 400 – 1,400 lpm (dòng/phút).
Các máy in ma trận dòng (line matrix
printer) hỗ trợ độ phân giải trung bình, in đơn sắc và có chi phí về
ruy-băng rất thấp. Chúng cũng có tốc độ rất cao, ví dụ: với tốc độ 1.200
lpm tương đương với máy in trang (page printer) có tốc độ 65 ppm
(trang/phút). Máy in ma trận dòng có thể làm việc trong các điều kiện
khắc nghiệt như ở trong các nhà kho và các môi trường công nghiệp khác.
Kỹ thuật in dòng được thực hiện bởi một
hàng búa gõ điểm (row of dot hammers) có chiều dài bằng với chiều rộng
của trang giấy. Các búa gõ (hammer) được gắn trên một con thoi (shuttle)
dao động qua lại trong khoảng 2 inch theo một rãnh. Các búa gõ được
“phóng ra” vào thời điểm thích hợp và đánh vào ruy-băng để in lên giấy.
Page Printer – Máy in trang
Là thiết bị in mỗi lần một dòng với tố
độ từ 4 tới hơn 800 ppm (pages per minute – Trang/phút). Các công nghệ
in như Laser, LED, solid ink (mực dạng rắn) và electron beam (tia điện
tử) là các công nghệ in thuộc về loại này. Tất cảc các máy in này chuyển
mực lên trống từ (magnetic drum) và truyền qua toàn bộ trang giấy trong
một chu kỳ in trắng đen và nhiều chu kỳ cho các màu khác
Line Printer – Máy in dòng
Là thiết bị in mỗi lần một dòng với tốc
độ khoảng từ 400 tới 2000 lpm (lines per minute – dòng/phút). Nó được sử
dụng rộng rãi tại các Trung tâm dữ liệu (Data Center) và các môi trường
công nghiệp hay môi trường tài chính (như ngân hàng …).
