喷墨打印机的工作原理

二十或三十年前，许多人认为计算机将使纸张变得过时。在 20 世纪 60 年代率先推出复印机的施乐公司非常担心纸张将会消失（并消灭其利润丰厚的业务），因此成立了一个名为 PARC 的著名实验室来开发计算机。具有讽刺意味的是，尽管施乐帕洛阿尔托研究中心帮助发明了我们今天所依赖的计算机，但纸张仍然像以前一样受欢迎：人们喜欢它，而且它也是一项很好的发明，无法取代。现在，由于家用电脑和数码相机的普及，越来越多的人家中拥有打印机，其中大多数是喷墨打印机。但它们到底是如何工作的呢？

喷墨打印前

要了解喷墨打印机，如果您了解喷墨技术出现之前计算机打印机的工作原理，将会有所帮助。这意味着了解金属活字以及由此演变而来的计算机打印机。

金属活字印刷

让我们把时间倒回几百年前，回到 15 世纪。在此之前，曾有过一些小规模的木版印刷，但直到一位名叫约翰内斯·古腾堡（Johannes Gutenberg，约 1400–1468 年）的德国印刷商在 1450 年左右发明了一种称为可移动金属活字的东西时，印刷才真正开始兴起。打字机（一种个人写信机器，在 20 世纪 80 年代计算机出现之前很流行），您就会了解有关金属字体的所有知识。打字机有一个像计算机上的键盘一样的键盘，但它不是在屏幕上一次显示一个字母，而是将它们直接打印到一张纸上。打字机内部有金属字母，称为“字体”。当您按下按键时，文字碎片会敲击涂有墨水的丝带（一卷织物），并在纸张上留下印记。古腾堡是金属活字印刷术的先驱。他制作了数千个小金属字母（浮雕和反向印刷），并将它们在木块内移动，这样他就可以印刷他喜欢的任何页面——因此得名“可移动金属活字”。

打字机以古腾堡的发明为基础，并于 1860 年代在美国记者 Christopher Latham Sholes（1819-1890）和他的合作伙伴制造出第一台真正实用的打字机（之前已有数十人尝试过）后开始流行。尽管打字机是一项辉煌的发明，但它们一次只能复制一份信息。因为它们直接打印在纸上，所以打字可能会很慢而且很混乱，而且错误也很难纠正。当商用计算机在 20 世纪 60 年代开始流行时，许多人开始对将它们用作文字处理器感兴趣：高度自动化的打字机，可以将文本输入到屏幕上，进行编辑和更正，直到完美为止，然后打印到纸上。

冲击印刷

早期的计算机打印机大量借鉴了打字机技术，但很快人们就发现需要更好的方法来实现更快、更高效的打印。计算机打印机（以及类似的电动打字机）开始使用其他三种技术，而不是像打字机那样使用成排的金属杆在页面上敲击字母。其中一个被称为高尔夫球。高尔夫球打字机或打印机将需要打印的所有字母、数字和其他字符排列在金属球的表面上。为了打印一个单词，球高速旋转，直到正确的字体面向纸张。然后它翻转起来，将字体敲击丝带，将字母压到页面上。完成此操作后，它会旋转到下一个字母......依此类推。第二种印刷技术称为菊花轮，其中印刷字母像花瓣一样排列在中心轮周围。菊花轮有点像高尔夫球，它高速旋转，当字母处于正确位置时会停下来将字母压在丝带上。

第三种印刷技术称为点阵印刷，从 20 世纪 70 年代到 90 年代初很流行。在点阵打印机中，根本没有金属字体。相反，字母是由几十根金属针组成的矩阵（正方形或矩形网格）打印的，这些金属针以不同的图案压在色带上，以形成所需的字母、数字或其他字符。点阵打印机可产生特有的“点状”打印效果，您有时仍会在账单、发票、火车票或电影院票上看到这种效果。它们速度快且相对便宜（购买和运行），但噪音极大。

喷墨打印有何不同？

喷墨打印机实际上是点阵打印机的演变。他们没有使用金属针，而是使用数百支小枪向纸张发射墨点。它们打印的字符仍然由点组成，就像在点阵打印机中一样，但点非常小，您看不到它们。不同类型的喷墨打印机以不同的方式喷射墨水。在佳能打印机中，墨水通过加热而喷射，使其以气泡的形式向纸张爆炸。这就是佳能以“Bubble Jet”品牌销售其打印机的原因。爱普生打印机的工作方式略有不同。他们利用一种称为压电的效应。由打印机内部电子电路控制的微小电流使微型晶体来回摇动，从而在喷射过程中喷射墨水。您可以非常简单地将喷墨打印机想象为一支喷嘴射击队，每秒在纸张上喷出数百万个墨点！

喷墨喷嘴的工作原理

墨水是如何到达页面上的？气泡喷射和喷墨的过程略有不同。

气泡喷射

在佳能 Bubble Jet 打印机中，它有点像这样：

1. 根据计算机的指令，打印机中的电子电路计算出必须启动哪些喷嘴才能在页面上的特定点打印特定字符。制作一个角色需要数百个喷嘴，每个喷嘴只有人类头发丝的十分之一粗！

2. 电路通过使电流流过喷嘴内部的小电阻来激活每个喷嘴。

3. 当电流流过电阻器时，电阻器就会发热。

4. 电阻器产生的热量使紧邻喷嘴内的墨水沸腾。

5. 当墨水沸腾时，它会形成墨水蒸气气泡。泡沫极大地膨胀并破裂。

6. 当气泡破裂时，它会将其中包含的墨水以精确形成的点喷射到页面上。

7. 破裂的气泡在喷嘴中产生部分真空，从墨盒中吸入更多墨水，准备打印下一个点。

8. 同时，整个打印头（浅橙色）移动到一侧，准备打印下一个字符。

喷墨机

在压电喷墨中，情况略有不同：

1. 墨水罐（黑色）通过毛细作用通过细管向墨水分配器（绿色）供墨。

2. 墨盒中的一滴墨水在管子的最末端等待着。

3. 当打印机电路（未显示）想要喷射墨滴时，它会为连接到压电晶体的两个电触点（红色）通电。

4. 通电的压电晶体（深红色）向外弯曲（朝图中的右侧）。

5. 它挤压薄膜（深蓝色），并将其推向右侧。

6. 薄膜推动墨水分配器（绿色）中的孔，从而增加那里的压力。

7. 压力迫使等待的墨滴从管子流向纸张。

喷墨打印机内部

与点阵打印机一样，喷墨打印机也采用点阵图案进行打印。不同之处在于，点阵可能使用 64 个金属针来形成每个字符 64 个点，而喷墨打印机则喷射数千个点以实现更高的打印质量。即使是普通的喷墨打印机也可以打印 600 点/英寸 (dpi)，这比最原始的点阵打印要好大约十倍。真正优质的照片质量喷墨打印机可以以近 5000 dpi 的分辨率进行打印。点阵打印机在打印针撕开页面时会发出可怕的尖叫声，而喷墨打印机发出的唯一噪音来自进出纸张以及通过机构前进的纸张。

喷墨喷嘴由数百万个独立的点组成一整页的文本或图形。在计算机的控制下，墨盒在页面上从左到右扫描，然后再返回，边扫描边沉积墨水。每次到达一行末尾时，纸张都会稍微向前推进，以便可以打印下一行。

喷墨打印机的主要部件有哪些？

打开打印机的正面，您可以清楚地看到所有重要的部分：

1. 由电动步进电机驱动的塑料齿轮转动滚筒，将纸张送入打印机。

2. 柔性带状电缆将打印指令从打印机内部的电子电路传送到移动墨盒。 （喷墨打印机包含的电路可将计算机的指令转换为打印头的精确运动。这张照片上实际上看不到电子元件。打印机中通常有一块大型电路板，上面安装了所有组件其上包括控制开关、LED 显示灯以及与打印机机构和电源的各种连接。）

3. 塑料和橡胶辊紧紧地夹住纸张，使其能够绝对精确地在打印机中移动。

4. 坚固的金属导轨引导打印机头前后移动。

5. 打印机前部的尖轮有助于牢固地抓住纸张并精确地移动它。

6. 打印墨盒从左向右打印，然后反转打印信息并从右向左向后打印。这称为双向打印，可以更快地打印页面。

墨水是喷墨打印的隐性成本

喷墨打印机的价格非常便宜；即使是一体式打印机，在同一台机器中内置扫描和基本“复印”功能（包括扫描然后打印），价格也非常便宜。在您惊叹于自己所获得的巨大优惠之前，请花点时间思考一下打印机制造商如何能够负担得起这样做：他们不是从打印机赚钱，而是从喷墨墨盒赚钱，您将永远继续向他们提供资金（所谓的剃须刀和刀片商业模式）。考虑到喷墨墨盒只不过是一个小塑料盒，里面装有填充墨水的海绵，因此它们非常昂贵。打印机本身似乎被设计为使用尽可能多的墨水，并进行无休止的喷嘴清洁维护例程（每台都使用多一点的墨水）。

你能做些什么来让你的墨水（和金钱）走得更远？当您购买打印机时，请务必查看详细的消费者评论。寻找具有可再填充墨水盒或其他节省墨水功能的型号；确保它接受便宜的兼容墨盒，以节省您购买制造商昂贵的原装墨盒的费用，并且（如果您不介意时不时弄脏双手）看看您是否能够使用墨水瓶自己填充墨盒，以及注射器（YouTube 将向您展示如何操作）。尽可能以草稿模式打印（速度更快且使用的墨水更少），并尝试使用节省墨水的字体。许多独立测试人员得出的结论是，与大多数人默认的 Microsoft 字体 Arial 相比，Century Gothic、Calibri 和 Times New Roman 可以节省大量墨水。