Các công nghệ in của các loại máy in trên thế giới

Iikjet 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 ứng dụng in ấn nhỏ.

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 ...).