Матричный принтер: принцип работы, характеристики, достоинства и недостатки

Немного истории

Матричный принтер впервые в истории был разработан Seiko Epson Corporation в 1964 году. Производство первого серийного печатающего устройства принадлежало компании DEC. Их LA30 мог отпечатывать буквы пять на семь точек. Его скорость составляла всего тридцать символов на секунду. По сравнению со струйным и лазерным принтерами эта цифра кажется смешной. Да и храповый механизм был ненадёжным, шумным.

Исправляя ошибки, DEC выпустили LA36. Длина строки была увеличена до 132 символов, что позволило использовать обычную перфорированную бумагу. Также был доработан способ приведения каретки в движение — он стал менее шумным, более надёжным. Это было первое устройство, способное на массовую печать, но из-за его шумной работы, плохого качества готовых документов, разработчики пошли дальше, сконструировав лазерный и струйный принтеры.

Обзор видов

Матричные принтеры бывают линейно-матричными и точечно-матричными. Эти устройства характеризуются разным уровнем шумовыделения, периодом беспрерывной работы, а также скоростью работы. С технической точки зрения различия сводятся к разнице в схеме ПГ и техниках её передвижения.

Точечно-матричные

Особенности функционирования точечно-матричного принтера мы уже в общих чертах описали — точки фиксируются специальными иглами через тонер . Остается лишь добавить, что ПГ такого устройства двигается от одного конца до другого за счёт электропривода, оборудованного специальными датчиками позиционирования. Такая конструкция позволяет корректно определить местоположение точек, а также ввести цветную печать (конечно только при наличии специального картриджа с разноцветными тонерами).

Скорость распечатки на точечных матричных устройствах относительно невелика и прямо зависит от общего числа игл в ПГ — чем их будет больше, тем выше скорость распечатки и лучше её качество. Максимальной популярностью в наши дни пользуются 9- и 24-игольчатые модели, именно они дают функциональное соотношение скорость работы/ качество. Хотя в продаже встречаются также изделия с 12, 14, 18, а также 36 и даже 48 иглами.

Как было сказано выше, увеличение количества игл ПГ даёт рост скорости и повышение яркости текстовоспроизведения. Эта разница особенно видна, если число игл увеличено более чем в 2 раза. Допустим, 18-игольчатая модель будет печатать намного быстрее, нежели 9-игольчатое устройство, но различие в четкости текста будет практически незаметно . А вот если сравнить оттиски, сделанные на 9-игольчатом и 24-игольчатом устройствах, то различия будут бросаться в глаза.

Однако, как свидетельствует практика, повышение качества отнюдь не всегда является критичным для пользователя, поэтому для бытового использования или производственного аппарата стартового уровня люди чаще приобретают 9-игольчатые устройства, тем более что стоят они на порядок дешевле. А для более трудоемких задач отдают предпочтение 24-игольчатым либо покупают линейные модели .

Линейно-матричные

Эти принтеры устанавливают на крупных фирмах, где к оргтехнике предъявляются требования по устойчивости к повышенным нагрузкам. Такие аппараты актуальны там, где печать производится в режиме 24/7.

Линейные матричные механизмы характеризуются повышенной производительностью, удобством использования и максимальной экономичностью. Они дают возможность пользователям эффективно расходовать своё рабочее время и сокращать производственные затраты на покупку расходников.

Помимо того, владельцы линейной техники намного реже обращаются в сервисные службы за ремонтом.

На производственных предприятиях решающим критерием при подборе модели матричного принтера традиционно становится соотношение практичности и стоимости эксплуатации оборудования, при этом совокупная цена владения прямо зависит от цены запчастей и расходников, а также средств, затрачиваемых на ремонт. Линейные устройства характеризуются надежностью конструкции и имеют довольно недорогие расходники, поэтому обходятся дешевле точечных матричных установок и современных лазерных моделей . Таким образом, линейно-матричный механизм выгоден тем, что при повышенных объемах печати он дает максимальную экономию денежных средств.

Вместо стандартной движущейся ПГ в линейных установках используется шаттл. Он представляет собой конструкцию из модулей с небольшими печатающими молотками, которые способны охватить целую страницу по ширине. В ходе распечатки текста блок с молоточками довольно быстро двигается с одного края листа к другому.

Если у точечно-матричных моделей ПГ движется вдоль листа, то блоки шаттла перемещаются на небольшое расстояние, соответствующее величине расхождения между функциональными молоточками. Как следствие, они образуют всю цепь точек в полном объёме — после этого лист подается чуть вперед и запускается набор другой линии. Именно поэтому скорость распечатки линейных механизмов замеряется не в символах в секунду, а в строках в секунду .

Шаттл линейно-матричного устройства подвергается износу гораздо медленнее, нежели ПГ точечных устройств, поскольку двигается он не сам по себе, а только его отдельный фрагмент, при этом амплитуда перемещения относительно невелика. Тонер картриджа также расходуется экономно , так как лента располагается под небольшим углом к молоточкам, и ее поверхность подвергается износу максимально равномерно.

Помимо этого, линейно-матричные механизмы, как правило, имеют расширенные функции администрирования — большинство из них допускается подсоединять к офисной сети фирмы, а также объединять в отдельные группы для организации единого удалённого управления. Линейные матричные механизмы производятся с расчётом на крупные компании, поэтому они отличаются хорошим потенциалом для проведения апгрейда. Так, к ним можно подвести рулонный и листовой автоподатчики, бумагоукладчик, а также механизм протяжки для выполнения копий печати. Имеется возможность подключения карты памяти и тумбы с модулями для дополнительных листов .

Некоторые современные линейно-матричные принтеры предусматривают интерфейсные платы, позволяющие осуществлять беспроводное подключение . При столь богатом разнообразии существующих дополнений каждый пользователь всегда сможет подобрать для себя эффективную конфигурацию.

Устройство принтера

• Микропроцессор для управления печатью.
• Источник питания.
• Картридж (красящая лента).
• Печатающая головка.
• Устройство перемещения головки.
• Датчики для точного нанесения краски.
• Механизм подачи и протягивания бумаги.

Все составные части можно объединить в два основных блока (управления и печати).

• Блок управляющих элементов, в который входит микропроцессор, оперативная память, ПЗУ-плата, содержащая информацию о шрифтах, программу управления.
• Блок печати — иглы, соленоиды, пружины и рычажки. Здесь же — датчик температуры, благодаря которому происходит выдавливание краски с ленты.

Матрица в принтере — набор иголок в головке. Сейчас используются матрицы на 24 иглы (два ряда по 12). Ранее можно было встретить модели на 18 и 9 игл.

Многоцветная матричная печать

Некоторые матричные принтеры предлагают возможность многоцветной печати с использованием четырехцветной ленты CMYK. Изменение цвета достигается за счет перемещения кассеты с лентой относительно печатающей головки с помощью дополнительного механизма. Цветной принтер может печатать семь цветов, причем основные цвета печатаются за один проход, а дополнительные — за два. Многоцветная матричная печать может использоваться для печати цветного текста и простой графики и не подходит для создания фотореалистичных изображений. Чаще всего цветная опция реализуется с помощью дополнительных аксессуаров (цветных комплектов), как в случае с Epson LX-300+II и Citizen Swift 24. Цветная печать является стандартной опцией (Epson LQ-2550, Okidata Microline-395C).

Серьезным недостатком матричной технологии является постепенное загрязнение основных цветов на ленте черной краской из-за контакта ленты с многоцветным изображением, что приводит к искажению цветов в отпечатке.

Цветные матричные принтеры не нашли широкого применения, поскольку к тому времени, когда возникла необходимость в цветной печати, более мощные цветные струйные принтеры уже были заменены и сегодня практически не существуют.

Сущность матричной печати и сферы её применения

Термин «матричные принтеры» (dot-matrix) имеет широкое и узкое значение. В широком значении все современные принтеры можно назвать матричными, так как они формируют отпечатки при помощи матрицы из точек и пикселей. В узком смысле слова под термином «матричные принтеры» подразумеваются ударно-оттисковые устройства, в которых точки образуются посредством методичных ударов печатающего элемента по носителю через красящую ленту.

А как из точек получаются знаки шрифта?

Процесс печати лучше всего проиллюстрировать на примере.

Любая буква или символ могут быть воспроизведены в виде точки. Когда определенная игла попадает в определенное место, мы получаем точку.

Печать осуществляется в столбцах с точками. Например, для печати буквы F сначала необходимо одновременно активировать иглы с 1 по 7 для создания основной полосы буквы.

Затем каретка и головка перемещаются немного назад и активируются иглы 1 и 4, затем снова те же иглы, а затем только игла 1. Иглы 8 и 9 используются для печати нижней части буквы g (а также запятых). Однако это так называемый «черновой режим», когда точечная структура символа хорошо видна. Для того чтобы отдельные точки не были так хорошо видны глазу, используется несколько методов.

Во-первых, одной и той же иглой можно дважды попасть в одно и то же место. Это не так глупо, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что игла никогда не попадает точно в одно и то же место, но всегда есть небольшой сдвиг. Это означает, что на одну точку приходится больше точек. Это сглаживает буквы.

Принцип работы

Изображение наносится на бумагу ударным способом.

1. К обмотке соленоида подаётся импульс, так образуется магнитное поле.
2. Сердечник начинает движение, ударяет по рычажку.
3. Рычажок выталкивает иголку.
4. Иголка проходит через красящую ленту, оставляет точку, затем возвращается в исходное положение.

Описанный принцип делает возможным перенести изображение на любую поверхность, например, картон. Устройство работает в два круга, что позволяет сгладить текст, сделать его удобным для чтения.

Принтер поддерживает не только чёрно-белую печать: для цветной необходимо поставить многоцветную красящую ленту.

Плюсы и минусы

Положительные качества матричного принтера:

• Низкая себестоимость одной страницы;
• Расходные материалы реже нуждаются в замене;
• Доступная цена на ремонт и сервисное обслуживание;
• Даже если чернила кончатся, прибор все равно будет печатать (вот только символы получаться более светлыми);
• Возможность печати под копирку;
• Для работы подойдет рулонная бумага, лента или бумага низкого качества.

Имеются и недостатки:

• Сравнительно невысокая скорость печати;
• Шумность;
• Ограничения по качеству печати и количеству цветов.

Достоинства и недостатки

• Небольшая стоимость печати страницы. Расходные материалы реже нуждаются в замене, а стоимость технического обслуживания минимальна.
• Даже при закончившихся чернилах, принтер продолжит печать, только символы будут получаться светлыми.
• Это единственный вид принтеров, который может печатать под копирку.
• Могут работать с любом бумагой, даже рулонной и низкокачественной.

• Шумность.
• Невысокая скорость.
• Ограниченный выбор цветов.

Характеристики

• Разрешающая способность, т. е. количество отпечатанных точек на один дюйм. Влияет на качество.
• Скорость. В паспорте принтера параметр будет указан как количество отпечатанных знаков за секунду.
• Объём встроенной памяти. Характеристика определяет, насколько часто придётся обращаться к компьютеру за данными (влияет на скорость).
• Цветная печать. Аппарат уступает по цветопередаче струйным и лазерным, но для простых изображений подойдёт.

Типы печати

Тип определяет время непрерывной работы принтера, уровень шума, скорость. Технические различия выражаются в разном строении печатающей части, способах её перемещения.

Точечно-матричные

Краска наносится точками при прохождении иглы через ленту. Электропривод плавно перемещает печатающую головку вдоль листа при помощи датчиков.

Скорость выше, но по качеству и экономичности принтеры уступают линейно-матричным, работают тише.

Линейно-матричные

При печати подвижная головка не используется. Её роль выполняет шаттл — набор блоков с печатающими элементами, которые захватывают всю страницу.

Применяются там, где требуется длительная работа, высокая устойчивость к нагрузкам. Печать очень экономична как в расходе материалов, так и в затратах на ремонт.

Установка зазора

Некоторые модели матричных принтеров оснащены функцией автоматической установки зазора между бумагоопорным валом и печатающей головкой. Эта функция жизненно необходима в том случае, если для печати используются носители разной плотности и толщины.

Каретка

Каретка матричного принтера движется по специальным направляющим вдоль линии печати и «возит» на себе картридж и печатающую головку. К каретке подводится шлейф, через который к отдельным иголкам матрицы поступают электрические импульсы. Справа и слева в крайних положениях каретки закрепляются датчики, которые не позволяют ей заклиниваться во время печати.

Механизм подмотки ленты

Чтобы лента равномерно использовалась по всей длине, матричный принтер оснащается механизмом подмотки ленты, состоящим из нескольких шестерёнок. Механизм выполнен таким образом, что лента двигалась всегда в одну сторону, независимо от направления движения каретки.

Трактор

Устройство печатающей головки

Давайте кратко рассмотрим, как устроена печатающая головка: в ее основе лежат иглы с пружинами, рычагами и магнитами.

В исходном состоянии печатные иглы (диаметром 0,2-0,3 мм) с установленными пружинами не выступают из печатающей головки.

Когда соленоид активируется, возникающее магнитное поле перескакивает через подвижный сердечник (в нижней части рисунка).

Это ядро ударяет по рычагу, который вращается вокруг оси. Рычаг передает удар на иглу. Она попадает на бумагу через красящую ленту, и таким образом появляется одна из точек надписи. Затем игла возвращается в исходное положение с помощью пружины. Процесс повторяется через равные промежутки времени со всеми иглами.

Головки могут иметь различное количество игл, наиболее распространенными являются головки с 9 и 12 иглами. Для более высокого качества (или более быстрой печати) используются иглы 18 и 24.

В процессе печати обмотки электромагнита нагреваются. Поэтому головка содержит теплоотвод из алюминиевого сплава для отвода тепла.

Печатающая головка может быть оснащена датчиком температуры. Если во время непрерывной работы теплоотвод становится слишком горячим, датчик сообщает об этом в схему управления принтера. Схема управления учитывает это и замедляет скорость печати, чтобы избежать перегрева.

Когда головка остывает, схема управления автоматически увеличивает скорость печати. Теплоотвод обычно закрыт пластиковой решеткой. Это необходимо для защиты оператора от случайного контакта с нагретой поверхностью.

Составные части матричного принтера

Матричный принтер состоит из следующих компонентов (систем):

• печатающей головки ,
• картриджа с красящей лентой,
• системы перемещения печатающей головки ,
• системы подачи и протяжки бумаги,
• микропроцессорной системы управления ,
• механических и оптических датчиков,
• источника вторичного электропитания .

Наиболее популярные модели матричных принтеров

1. Epson LX-1350. Работа осуществляется от сети, предназначен для печати отчётов и документов крупных предприятий. Расположить бумагу можно как сверху, так и сзади принтера. Скорость печати-357 зн/сек. Возможна печать сразу 5-ти экземпляров. Заправленного картриджа хватит на распечатку 4 млн. знаков.
   
2. Olivetti MB-2. Данный принтер незаменим при интенсивном распечатывании документов. Качество печати при этом не зависит от высокой рабочей скорости. С помощью двустороннего сканера возможна обработка носителей самых малых размеров.
   
3. Lexmark Forms Printer 2590n. Работа осуществляется с различными шрифтами, перечень носителей по формату и назначению достаточно высок. Скорость печати данного аппарата-556 зн/сек. Преимуществом является быстрота переключений между форматами носителей. Встроенный удобный дисплей позволяет заранее контролировать шрифты и другие дополнительные настройки.
   

Исходя из всего вышесказанного, можно отметить, что данная техника на сегодняшний день находится на пике популярности. Чаще всего матричным принтером пользуются в крупных предприятиях, в банковских учреждениях, а так же на кассах. Однако если необходимо печатать и изображения и текстовые документы в огромных объёмах, лучше всего предпочесть другой вид принтера.

Как работает матричный принтер с программным управлением?

Традиционные принтеры на матричной базе работают в соответствии с заданными режимами и, как правило, ориентируются на печать текстов. Программное же управление позволяет выполнять более широкий спектр задач, в том числе отражать на бумажном носителе графическую информацию. Пользователь имеет возможность через компьютер задавать индивидуальные характеристики печати. На сегодняшний день выделяется несколько режимов, в которых работают программируемые матричные принтеры. Принцип работы устройства в режиме LQ, к примеру, задействует не менее 24 игл и позволяет получать типографическое качество. Модели с 9 иглами поддерживают формат работы NLQ и отличаются менее высоким качеством. Существуют и специализированные принтеры, рассчитанные на печать крупноформатных графических материалов.

Баллистический механизм движения иглы

При баллистической печати матричная игла втягивается в электромагнит, а пружина нанизывается на иглу и сжимается. Когда ток исчезает, пружина выталкивает иглу на место, причём быстрому возвращению иглы в исходную позицию способствуют упругость бумагоопорного вала и носителя.

Устройство данного принтера

Следует перечислить основные элементы, из которых состоит данный печатный аппарат:

• Печатающая головка;
• Система, управляющая головкой;
• Микропроцессор;
• Датчики механического и оптического рода;
• Источник электропитания;
• Система подачи бумаги;
• Полноценный картридж.

Сам механизм состоит из двух блоков:

1. Блок элементов управления, включающий в себя процессор, плату, ОЗУ;
2. Блок печатающей головки, включающий в себя все механизмы, благодаря которым происходит печать.

Автоподатчик бумаги

Матричные принтеры последнего поколения оснащены автоподатчиком листов – подающим лотком, из которого бумага автоматически поступает в печатающий тракт. В остальных устройствах оператору приходится вставлять бумагу самостоятельно.

Преимущества

В эксплуатации матричные механизмы демонстрируют высокую степень надежности. Ресурс рабочей оснастки позволяет печатать без поддержки ремонтом порядка 8 млн строк. Сама печатающая головка обеспечивает около 30 млн символов без потребности в обновлении. При этом выпуск одной страницы стоит недорого, если сравнивать с той же лазерной печатью. К тому же бумага для матричного принтера может быть и непрерывной, что позволяет использовать оборудование на крупных полиграфических предприятиях. Другое преимущество данной печати заключается в возможности применения копировальных материалов. Опять же это расширяет спектр областей использования матричных агрегатов.

Система охлаждения печатающего механизма

Так как электромагниты во время работы нагреваются, печатающая головка оснащается радиатором для пассивного отвода тёплого воздуха. В высокопроизводительных матричных принтерах для принудительного охлаждения механизма используется вентилятор, а также система контроля температуры, снижающая при перегреве печатающей головки скорость работы устройства.

Бумага

Матричные принтеры не требовательны к качеству, плотности и толщине носителей. Бумага для таких устройств может быть непрерывной или листовой.

В последовательно-матричных принтерах чаще всего используется непрерывная бумага, свёрнутая в рулон или сложенная в стопку гармошкой. Такая бумага может иметь перфорацию в виде округлых отверстий вдоль продольных срезов листа. Перфорация удерживается специальными выступами на валу принтера и не позволяет устройству сминать или зажёвывать бумагу.

В линейно-матричных принтерах рулонная бумага не используется, так как при высоких скоростях печати она требует дополнительной подмотки при подаче и при приёмке. Для таких принтеров производится перфорированная фальцованная бумага, скомпонованная в пачки по 2 тысячи листов.

Устройства ударно-точечной печати также рассчитаны на листовые носители формата А4, но встречаются экземпляры с широкой кареткой А2 и узкой кареткой для печати чеков.

Лидеры рынка матричных устройств

Лидером рынка матричных устройств является компания Epson, которая одна из первых представила потребителям свои ударно-точечные принтеры. В арсенале компании есть как гиганты вроде DFX-8000, которые особенно любят банковские организации, так и малышки вроде Epson LX-300, полюбившиеся торговым компаниям. И, конечно же, любимцы бухгалтерских служб – модели Epson LX-1050 и FX-1170.

Также на рынке матричных устройств присутствуют фирмы Brother, OKI, Panasonic, Citizen и NEC. Рынок высокоскоростных матричных устройств представлен тремя игроками: OKI, Tally и Printronix.

Функция силовой оснастки

В конструкции обычно присутствует шаговый двигатель. С его помощью реализуется перемещение каретки с головкой, причем сам ротор может занимать несколько дискретных позиций. Подача импульса в обмотку ротора заставляет его поворачиваться на несколько градусов, но в заданных интервалах – шагах. Величина этого интервала определяется типом самого принтера и форматом бумаги, с которой он может работать. Система управления, в свою очередь, фиксирует положение каретки и определяет, сколько шагов и оборотов было сделано прежде. Уже упоминались датчики, которыми снабжаются матричные принтеры. Принцип работы устройства предполагает, что один из датчиков будет контролировать и поведение каретки в ситуациях столкновения с посторонними предметами. Если в зону движения головки попадает инородный объект, то двигатель автоматически тормозит ее. При этом увеличивается и потребление тока, подведенного к мотору. Защищенность конструкции принтера от случайных повреждений из-за подобных столкновений зависит также и от ременного привода, который не позволяет выходить каретке за границы нормального хода.

Качество печати

• Draft — самая низкокачественная, но быстрая печать.

• Near Letter Quality — среднее качество — текст читабельный, но символы резкие.

• Letter Quality — высокое качество — буквы плавные и чёткие.

Чем выше скорость, тем ниже качество и наоборот. Качество также зависит от количества иголок в матрице — чем больше, тем лучше. Девятиигольчатые аппараты будут печатать значительно быстрее, но хуже. Высокое качество могут поддерживать только принтеры с 24 иглами и более.

Печать с запасённой энергией

При печати с запасённой энергией пружина, будучи в состоянии покоя, притянута к постоянному магниту. Во время печати магнитное поле катушки компенсирует поле постоянного магнита. В этот момент энергия, запасённая в пружине, совершает толчок иглы к красящей ленте. После этого направление тока изменяется, и игла возвращается в исходное положение. В катушках, расположенных на плате управления принтером, для управления электрическим током монтируются специальные ключевые транзисторы.

Подборка популярных моделей разных производителей

 

Lexmark Forms Printer 2590n. Это шустрая модель, которая принимает как стандартные носители, так и узкие ленты повышенной емкости. «Работает» с разными шрифтами, соответственно, расширяется перечень носителей по формату и назначению. Производительность этой модели достигает 556 знаков за секунду. Встроенный компактный дисплей дает возможность заранее оценить шрифт и другие настройки. Можно быстро переключаться между форматом носителя (листовой, ленточный, одно или многослойный).

Интересно:чтобы напечатать запятую, принтер использует иголки под номерами 8 и 9.

Сферы применения матричной печати

Матричная печать надёжно закрепилась в ряде отраслей, для которых скорость и качество печати не критичны, а важна стоимость владения устройством и возможность печатать многослойные документы. Матричные принтеры используются в банкоматах, терминалах по оплате услуг, пунктах обслуживания клиентов. Небольшие чековые аппараты нашли широкое применение в розничной торговле и общественном питании. Высокоскоростные принтеры используются для потоковой печати в банковской, финансовой и научной сфере, промышленности и некоторых других отраслях народного хозяйства.

Новые технологии

Производители матричных моделей принтеров в первую очередь ориентируются на повышение скорости печати и надежности техники. В частности, был введен новый режим с системой HSD, который позволяет печатать большие объемы данных на скорости 480 cps. Технология ускоренной печати PSE предназначена специально для корпоративной эксплуатации оборудования. Так, принтер «Эпсон» в модификации LQ-2190 поддерживает данное инновационное решение посредством избавления от необходимости использовать растровые изображения. Это значит, что промежутки между столбцами линий печати сокращаются автоматически, а качество при этом сохраняется.

Бренды

Наибольшую популярность среди производителей имеют производители Epson и Oki. Хорошие модели также есть у марок Olivetti, Lexmark и Canon.