喷墨悖论

由于速度和墨水选择的能力不断提高,再加上沉积的非接触性质,喷墨已经进入许多工业应用。然而,由于喷墨打印通常依靠喷嘴阵列将墨水沉积在受控的液滴阵列中,喷嘴被堵塞或偏离的影响是在新市场中早期采用的最大障碍之一。不幸的是,这似乎是很常见的。

改进打印头设计,包括再循环,已经提高了系统的可靠性,特别是那些使用干燥速度更快的水基油墨的系统。预测故障并通过预防性维护尽早处理故障也是质量控制的一个重要部分。即使有最先进的喷嘴清洁系统,仍然不可避免地会出现与特定的打印头缺陷有关的条纹或密度变化,甚至是不同年限的打印头的退化。

补偿方法的作用是通过选择关闭哪些喷嘴的打印数据,然后打开其他喷嘴(或用力驱动)来帮助隐藏这些视觉错误。

多通道实例与冗余

当然,这不是一个新问题。长期以来,喷嘴维护和补偿一直是家庭办公打印机的一个特点。近三十年来,喷墨机一直使用定期封盖和吐墨式以及擦拭来保持喷头工作。而直到最近,随着分页打印机的出现,任何喷嘴故障都可以通过多次打印的能力来隐藏。在下面的示意图中,我们提供了一个简单的视图,说明一个像素网格是如何被4次 "棋盘式 "打印的隔行扫描所填充。你可以想象,如果打印头在基材上多做几次,比如16次,那么任何缺失的喷嘴都会变得不那么明显。唯一的惩罚是打印的时间。

墨打印机图像质量的喷嘴校正

在工业宽幅印刷中,多道工序的方法继续使事情变得简单一些,但打印机OEM厂商更进一步,在图案发生器中引入了 "被动 "补偿,这样,操作人员注意到的不工作的喷嘴,可以在隔行图案(或印刷掩膜)中有意避免。

在没有油墨空隙的情况下,需要应用比像素分辨率所要求的更多的通道,从而产生我们所说的 "冗余"。这是指应用的油墨比工艺要求的多。

单程喷墨打印

在单程打印机中,问题是没有同样的机会在下一程用不同的喷嘴打印同一像素行。冗余要么来自于有一整排其他喷嘴可用,以备不时之需,要么来自于相邻的喷嘴(有时甚至是其他颜色的喷嘴)的额外容量。下面的图片显示了不同类型的冗余和它们所带来的补偿的例子。

墨打印机图像质量的喷嘴校正

正如我们右上角的例子所示,最简单的解决方案是应用比工艺所需更多的喷嘴,以备一个失败。然而,这可能是一个不可接受的成本,这取决于打印头的技术。对于热敏打印头和Versapass Memjet打印头来说,例如,在用于单一颜色时,有可能拥有5倍的冗余度,这是比较现实的。拥有全部喷嘴冗余的好处是,即使连续几个喷嘴出现问题,也可以进行校正。

在压电式DoD系统中,包括那些用于商业印刷和纸质包装的系统,更常见的是通过液滴体积来获得冗余,如我们示意图的左下方的例子所示。使用富士Samba打印头的打印机就是一个很好的例子。在这些方案中,不工作的喷嘴旁边的喷嘴被用来沉积一点额外的相同颜色的墨水,使用一个额外的灰色水平。如果承印物有足够的分布,这种效果可以填补原本非常明显的白色差距。还可以对相邻的像素进行调整,以进一步平滑密度。

毫不奇怪,这种类型的补偿在有吸收性的情况下,比如在纸上,比非吸收性材料(如薄膜)更容易。这种方法的局限性在于,除了孤立的缺失喷射之外,很难对任何东西进行校正,或者墨水的空隙变得太大,无法通过传播来填补。

我们最后的例子,在右下方,打印头通常分担打印像素网格的工作。如果打印头没有以最大频率运行,那么一排中剩余的工作喷嘴就可以用两倍的频率进行发射。然而,在一些打印机中,两排打印头被用来分担打印方向上的分辨率,目的是为了更快地打印。在这些条件下,失去了完全替代的能力,但事实上只有50%的墨水丢失,可以减少缺陷的严重性。

当使用全过程色彩组运行时,有更多的选择变得可能,这取决于所缺的颜色。例如,CMY的混合物可以用来替换同一像素线上的黑色喷嘴,而不是相邻的喷嘴,这可以帮助提高相邻喷嘴替换的效果。这种效果如下面的示意图所示,来自惠普的PageWide™打印白皮书。

墨打印机图像质量的喷嘴校正

光学反馈和主动替代

上面的讨论只考虑了打印每个像素的墨滴的来源,而没有考虑决定什么需要修复的过程。我们已经提到了多通道的被动补偿,一些单通道的打印机和硬件可以根据已知的、可重复的、缺失的喷头来进行补偿。然而,真正使喷嘴补偿变得强大的是即时修正的能力。这涉及到一些检测打印缺陷的光学装置,如下面Inca Speedset™的图片所示。

墨打印机图像质量的喷嘴校正

定期打印的喷嘴检查或密度图案被光学系统捕获,并用于确定哪些喷嘴不工作。然后,高度定制的软件对像素图像数据进行必要的调整以进行补偿。

这些系统的优点,无论是被动的还是主动的,都可以纠正与打印头之间的差异有关的色带问题,既包括液滴体积方面的差异,也包括机械排列方面的轻微变化,如旋转。尽管这些技术很复杂,因此通常会增加喷墨系统的开发成本,但它们可以大大减少操作员在更换打印头时微调设置所需的停机时间,通过最大限度地提高生产力来改善投资回报。

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