Głowica drukująca (Printhead)

Głowica drukująca (Printhead) jest absolutnie kluczowym i jednym z najbardziej zaawansowanych technologicznie komponentów każdej drukarki atramentowej (inkjet printer), w tym drukarek wielkoformatowych (LFP). To właśnie głowica drukująca jest odpowiedzialna za precyzyjne nanoszenie mikroskopijnych kropel atramentu na podłoże drukarskie (medium), tworząc w ten sposób obraz. Od jakości, precyzji i trwałości głowicy drukującej w dużej mierze zależy finalna jakość wydruku, prędkość drukowania oraz niezawodność całego urządzenia.

Budowa i zasada działania głowicy drukującej:

Niezależnie od tego, czy jest to głowica termiczna (Thermal Inkjet – TIJ) czy piezoelektryczna (Piezoelectric Inkjet – PIJ), jej podstawowa struktura i funkcja są podobne:

  1. Korpus głowicy: Stanowi obudowę i strukturę nośną dla pozostałych elementów.
  2. Komory atramentowe (Ink Chambers): Mikroskopijne komory, do których dostarczany jest atrament z kartridży lub systemu zasilania. Każda komora jest połączona z jedną lub kilkoma dyszami.
  3. Dysze (Nozzles): Niezwykle małe otwory (o średnicy rzędu mikrometrów), przez które atrament jest wystrzeliwany na podłoże. Głowica drukująca może zawierać od kilkudziesięciu do wielu tysięcy dysz, ułożonych w rzędach.
  4. Elementy generujące siłę wyrzutu kropli:
    • W głowicach termicznych: Miniaturowe rezystory (elementy grzejne) w każdej komorze.
    • W głowicach piezoelektrycznych: Elementy piezoelektryczne (kryształy) połączone z komorami atramentowymi.
  5. Kanały doprowadzające atrament: System kanalików i filtrów zapewniający stały i czysty dopływ atramentu do komór i dysz.
  6. Elektronika sterująca: Precyzyjne układy elektroniczne (często zintegrowane bezpośrednio na głowicy lub w jej pobliżu) kontrolujące pracę poszczególnych dysz – kiedy i z jaką siłą (lub objętością kropli, w przypadku technologii zmiennej wielkości kropli) mają wystrzelić atrament. Odbiera ona sygnały z kontrolera drukarki.
  7. Płyta czołowa dysz (Nozzle Plate): Cienka płytka (często metalowa lub krzemowa), w której precyzyjnie wykonane są otwory dysz. Powierzchnia tej płytki jest często specjalnie powlekana, aby zapobiegać przywieraniu atramentu i ułatwiać czyszczenie.

Rodzaje głowic drukujących ze względu na konstrukcję i umiejscowienie:

  • Głowice zintegrowane z kartridżem (Integrated Printhead – IPH):
    • Stosowane głównie w technologii termicznej (np. wiele modeli HP, starsze modele Canon).
    • Głowica drukująca jest integralną częścią wymiennego kartridża z atramentem. Oznacza to, że przy każdej wymianie kartridża użytkownik otrzymuje nową głowicę.
    • Zalety: Mniejsze ryzyko trwałego uszkodzenia drukarki przez zaschniętą lub zużytą głowicę (po prostu wymienia się kartridż), potencjalnie niższy koszt początkowy drukarki.
    • Wady: Wyższy koszt kartridży z atramentem (ponieważ zawierają one również głowicę), większa ilość odpadów elektronicznych.
  • Głowice stałe (Fixed Printhead) / Głowice półstałe (Semi-Permanent Printhead):
    • Stosowane zarówno w technologii piezoelektrycznej (większość modeli Epson, Ricoh, itp.), jak i w niektórych nowszych systemach termicznych (np. niektóre głowice HP PageWide lub łatwo wymienialne przez użytkownika głowice w profesjonalnych drukarkach HP DesignJet i Canon imagePROGRAF).
    • Głowica jest zaprojektowana na znacznie dłuższą żywotność, często na cały okres eksploatacji drukarki lub przynajmniej na bardzo dużą liczbę wydruków. Atrament jest dostarczany z oddzielnych, większych kartridży lub systemów stałego zasilania (CISS).
    • Zalety: Niższy koszt atramentu (płaci się tylko za atrament, a nie za głowicę przy każdej wymianie), potencjalnie wyższa precyzja i trwałość głowic (zwłaszcza piezoelektrycznych).
    • Wady: Jeśli głowica ulegnie uszkodzeniu lub trwałemu zaschnięciu po okresie gwarancji, jej wymiana może być bardzo kosztowna (czasami porównywalna z ceną nowej drukarki, zwłaszcza w tańszych modelach). Wymaga regularnego użytkowania drukarki i dbałości o konserwację, aby zapobiec zasychaniu dysz.
    • Niektóre głowice w tej kategorii są zaprojektowane jako moduły łatwo wymienialne przez użytkownika (User-Replaceable Printheads), co stanowi kompromis – są trwalsze niż głowice IPH, ale w razie potrzeby użytkownik może je samodzielnie wymienić bez interwencji serwisu.
  • Głowice jednoprzebiegowe (Single-Pass Printheads) / Głowice na całą szerokość strony (Page-Wide Array Printheads):
    • Tradycyjne głowice drukujące są stosunkowo wąskie i poruszają się wielokrotnie w poprzek medium (na karetce), aby zadrukować całą szerokość.
    • Głowice jednoprzebiegowe są stacjonarne i mają szerokość równą co najmniej szerokości zadruku medium (lub strony A4/A3 w drukarkach biurowych). Medium przesuwa się pod nimi tylko raz. Przykładem jest technologia HP PageWide czy Epson PrecisionCore Linehead.
    • Zalety: Bardzo wysoka prędkość drukowania (porównywalna z drukarkami laserowymi lub offsetowymi), mniejsza liczba ruchomych części (brak ruchomej karetki).
    • Wady: Bardzo złożona i droga konstrukcja głowicy (składa się z wielu połączonych modułów głowic), większe ryzyko powstawania pasów na wydruku w przypadku uszkodzenia nawet niewielkiej liczby dysz (trudniejsze do skompensowania niż w głowicach skanujących).

Kluczowe parametry charakteryzujące głowicę drukującą:

  • Liczba dysz: Im więcej dysz (na kolor lub ogólnie), tym potencjalnie wyższa prędkość druku lub rozdzielczość.
  • Rozstaw dysz (Nozzle Pitch): Odległość między środkami sąsiednich dysz. Wpływa na natywną rozdzielczość głowicy.
  • Wielkość kropli (Droplet Size): Minimalna i maksymalna wielkość kropli, jaką głowica potrafi wygenerować (w pikolitrach).
  • Częstotliwość wystrzeliwania kropel (Firing Frequency): Mierzona w kilohercach (kHz). Im wyższa częstotliwość, tym szybciej głowica może drukować.
  • Natywna rozdzielczość (Native Resolution): Rozdzielczość wynikająca bezpośrednio z konstrukcji głowicy (liczby i rozstawu dysz), np. 360 dpi, 600 dpi, 720 dpi, 1200 dpi. Końcowa rozdzielczość wydruku jest często wynikiem kombinacji natywnej rozdzielczości głowicy i precyzyjnego pozycjonowania kropel.
  • Liczba kanałów kolorów: Ile różnych kolorów atramentu dana głowica może obsługiwać (np. jedna głowica dla wszystkich kolorów, lub oddzielne głowice dla każdego koloru lub grupy kolorów).

Konserwacja głowicy drukującej:

Aby zapewnić długą i bezproblemową pracę głowicy drukującej, konieczna jest odpowiednia konserwacja:

  • Regularne drukowanie: Zapobiega zasychaniu atramentu w dyszach.
  • Automatyczne cykle czyszczenia: Większość drukarek wykonuje okresowe, krótkie cykle czyszczenia, aby utrzymać dysze w drożności.
  • Ręczne czyszczenie (z poziomu sterownika lub panelu): W przypadku problemów z jakością wydruku (np. brakujące linie, nieprawidłowe kolory) można uruchomić bardziej intensywne cykle czyszczenia.
  • Odpowiednie warunki środowiskowe: Unikanie skrajnych temperatur, niskiej wilgotności (która sprzyja zasychaniu) i zapylenia.
  • Stosowanie wysokiej jakości atramentów: Oryginalne atramenty są zazwyczaj zoptymalizowane pod kątem konkretnych głowic i minimalizują ryzyko ich uszkodzenia.

Głowica drukująca jest sercem drukarki atramentowej. Jej zaawansowanie technologiczne, precyzja wykonania i niezawodność decydują o możliwościach całego systemu druku. Producenci nieustannie pracują nad nowymi generacjami głowic, dążąc do zwiększenia liczby dysz, zmniejszenia wielkości kropli, zwiększenia częstotliwości pracy oraz poprawy trwałości i kompatybilności z nowymi rodzajami atramentów.