Искусство и наука струйной печати в Hewlett-Packard

То, что современная струйная и лазерная печать являются областями очень высокотехнологичными,
наверное, не вызывает сомнений ни у кого. Лишний раз убедиться в том, сколько
исследований и тестов требуется для того, чтобы в итоге получить качественное
цветное изображение на бумаге, мы смогли во время поездки на одну из фабрик HP
в окрестностях Дублина, где разрабатывают и производят расходные материалы для
струйных принтеров. Компания, являющаяся изобретателем термоструйной печати, открыла
часть своих секретов на меро­приятии, проходившем под девизом "HP Science
of Printing".

Как известно, Ирландия является местом активной деятельности многих ведущих IT-компаний
— здесь расположены не только локальные офисы, но и немало фабрик по выпуску
продукции. У Hewlett-Packard в Ирландии насчитывается более 4 тыс. сотрудников,
она ведет бизнес по целым девяти направлениям — здесь и торговое представительство,
и сервис, и Storage Systems Division, и европейский центр по производству
носителей для печати… Самое же большое подразделение — и по площади, и по численности
работающих в нем — это фабрика по изготовлению расходных материалов для струйной
печати, которая носит название Dublin Inkjet Manufacturing Operation (DIMO).

Предприятие находится в окрестностях Дублина, примерно в получасе езды от города.
Невысокие здания расположились на живописной равнине, вокруг — аккуратно подстриженные
ярко-зеленые лужайки, на которых впору играть в гольф. Но вместо этого там мирно
пасутся… нет, не овцы, хоть мы и в Ирландии, а черно-бурые полуручные кролики.
В вестибюле на стене три больших красочных портрета в рамках (явно распечатаны
на широкоформатных струйных фотопринтерах) — "отцы-основатели" Уильям
Хьюлетт и Дэвид Паккард, а также Карли Фиорина, нынешний президент и главный управляющий
компании. Фото- и видеосъемка на фабрике категорически запрещены, и у стойки регистрации
нас прежде всего просят сдать камеры на хранение. Видавшая виды пресса особо
не протестует: и высокая секретность, и защита от фотовспышек на производстве,
где имеют дело с кремнием (а здесь его используют для изготовления печатающих
головок), — стандарты для большинства подобных предприятий. А секретов здесь
предостаточно, о чем нам и поведали сотрудники HP.

20 лет термопечати

Мероприятие для прессы, включавшее презентации, экскурсию по фабрике и
даже "лабораторную работу", проходило под лозунгом "HP Science
of Printing", т. е. "наука о печати". О том, что науки
как таковой в печатающие продукты HP вложено немало, говорит хотя бы тот факт,
что из 9000 патентов, которыми она владеет во всем мире, более 4000 относится
к области расходных материалов. Собственно, и сама по себе технология струйной
термопечати (Thermal Inkjet Technology) была изобретена именно в Hewlett-Packard
в 1979 г., а в 1984 г. появился первый струйный принтер HP ThinkJet, печатавший
со скоростью 150 символов в секунду и разрешением 96 dpi. Ежегодно корпорация
вкладывает до 4 млрд. долл. в исследования и разработки, и из них 1 млрд. — в
направление "Imaging and Printing". Результат — сегодня HP является
компанией # 1 в Европе в профессиональной монохромной и цветной лазерной печати,
# 1 в классе потребительских струйных принтеров и МФА и # 2 — потребительских
фотопринтеров. Данные IDC за 2003 г. свидетельствуют, что мировым лидером в области
струйной и лазерной печати является именно HP.

За 20 лет, прошедших с момента выпуска первого ThinkJet, технологии проделали огромный путь. Только с 1991 г. скорость печати выросла в 9 раз (с 4 и 1 с./мин до 30 и 22 для монохромной и цветной печати соответственно), а стоимость снизилась почти на 70% (имеется в виду цена принтера с комплектом расходных материалов из расчета на три года). Сегодня в линейке струйных принтеров компании — устройства с форматами от A6 до A0, печатающие четырьмя, шестью, семью или восемью цветами. Результаты недавних исследований HP показывают, что фотолюбители предпочитают струйные фото, напечатанные на 8 цветных принтерах, обычным цветным и ч/б фотографиям из фотолабораторий. Струйная печать составляет порядка 10% бизнеса HP, в этом сегменте расходные материалы приносят до 40% прибыли.

Чернила — это очень сложно…

Современный картридж с чернилами, который
одним движением устанавливается в принтер, на самом деле представляет собой весьма
сложное устройство. Печатающая головка, в массовых моделях HP совмещенная с картриджем,
содержит более 600 сопел, каждое из которых тоньше человеческого волоса и должно
быть строго определенного диаметра и формы, а также иметь точное положение и наклон.
Любое отклонение от параметров может стать причиной сбоев — капли чернил, выбрасываемые
из сопел с частотой до 36 тыс. раз в секунду (!), могут попасть не на свое место
на бумаге, а если сопло окажется забитым, то точки будут просто пропадать. Чтобы
добиться идеального качества, необходимы как тщательное проектирование, так и
строгий выходной контроль.

Линейка новых картриджей HP, представляемых в 2004 г.

Но наиболее сложный элемент печатающей системы — это, безусловно, сами чернила. Судите сами: они взаимодействуют со всеми прочими компонентами (картриджем, нагревательным элементом, соплами головки, носителем) и на всех этапах должны вести себя "правильно" — не вступать в химические реакции, не смешиваться с чернилами другого цвета… При выбросе капля кратковременно нагревается более чем на 300° — необходимо, чтобы при таком нагреве чернила не распадались на компоненты и не закоксовывались, не возникало "окалины", которая может стать причиной забивания сопел головки. Требуется высочайшая чистота чернил: даже примеси в концентрации 0,001% уже могут стать причиной снижения качества печати.

Вообще, чернила должны решать две совершенно противоположные задачи — с одной стороны, находясь в картридже, они не должны высыхать, даже если принтером не пользуются несколько недель и даже месяцев; с другой — при попадании на бумагу они должны моментально высыхать, чтобы при выводе отпечатка его можно было сразу взять в руки без риска размазывания картинки под пальцами. Мало того, чернила разных цветов не должны смешиваться между собой и расползаться слишком сильно по капиллярам бумаги, причем не только фирменной со специально подобранными параметрами, но и обычной офисной. Типичный пример, на котором многие тестеры "ловят" принтеры, — печать желтых узоров на черном фоне. Обычно при этом вокруг желтых линий возникает "бахрома", и избежать ее производитель может, лишь обеспечив несмешиваемость чернил разных цветов и их четкую фиксацию на носителе. В том, что HP это удается, мы смогли убедиться собственноручно на небольшой "лабораторной работе" под руководством ведущего химика фабрики. При смене температуры, влажности и других параметров окружающей среды чернила также не должны менять своих свойств. Отдельный пункт — обеспечение долговечности отпечатков, препятствие выцветанию фотографий…

Надо сказать, в HP умудряются совмещать подобные, порой несовместимые, требования, хотя и легким этот процесс не назовешь. Так, создание формулы для одного вида чернил занимает 3—4 года, а разработка нового типа фотобумаги — до двух лет. Чернила разрабатывают исключительно сами, а компоненты по заказу HP производят независимо четыре разные компании, каждой их которых передается лишь необходимая часть ноу-хау. Один из молодых сотрудников фабрики смеется: "Это как у CocaCola, ни один из поставщиков компонентов не знает формулы всего напитка". Да и в самой HP, по словам нашего гида, лишь несколько человек владеют секретом чернил. С носителями для струйной печати все ненамного проще — например, в состав покрытия типичной фотобумаги HP входит до 15 компонентов.

Естественно, каждый продукт создается методом многократных проб и ошибок. Так, в последней программе тестирования использовали порядка 22 000 литров (!) чернил и до 1200 картриджей. Но сегодня HP заявляет о том, что ее картриджи имеют лучший показатель надежности в индустрии — более 99%. В течение 2003 г. HP представила в Европе 42 новых продукта из области расходных материалов — от чернил и картриджей до носителей. Черно-белые фотографии, отпечатанные новым серым фотокартриджем с # 59, достигли показателей долговечности 115 лет, а для картриджа # 83 в сочетании с фирменной фотобумагой этот срок составляет 200 лет.

В 2004 г. на рынок выходят продукты следующего поколения — шесть картриджей (K, CMY, cmK, gGz, два черных, # 100, 130, 131, 134, 135, 138), в которых используются новые чернила и печатающие головки с удвоенным числом сопел; для них заявлены еще более высокие скорость и качество печати, а также больший срок нестарения. Кроме того, HP представляет новые типы бумаги, среди которых и фотобумага для вывода панорамных фотографий (10×30 см). В числе новшеств и дальнейшее упрощение работы с принтером — улучшенные позиционирование бумаги и печать без полей, точная диагностика уровня чернил с предупреждением пользователя и даже возможность отсылки по e-mail заказа локальному дилеру HP, когда чернила начинают заканчиваться.

Какие же цели ставит перед собой HP? Казалось бы, струйная печать достигла небывалых
высот — яркие и сочные цвета, 6 и 8 цветная фотопечать, высокая стойкость отпечатков…
Темпераментный датчанин Ким Холм (Kim Holm), руководитель EMEA-подразделения расходных
материалов, отвечает: "Целей две — повышение скорости и снижение стоимости.
На Западе домашние струйные фото уже обходятся немного дешевле, чем печать в мини-лабах,
но наша задача — сделать их еще более доступными". Спрашиваем, не собирается
ли HP разделять картридж и головку в массовых моделях, чтобы удешевить его? Отвечает,
что пока нет, так как изготовить качественную многоразовую кремниевую головку
значительно дороже. Делать каплю меньше 4—5 пл тоже смысла пока не видят, поскольку
человеческий глаз уже не замечает разницы между 4 и 1,5 пл. Дальше наращивать
разрешение не спешат — при сегодняшнем размере капли в разрешении 4800 dpi точки
просто начинают накладываться одна на другую.

Собственно, главная идея Hewlett-Packard состоит в том, что компания поставляет именно систему оптимальной печати — принтер, картриджи, носители. HP проводит исследования, по данным которых оригинальные картриджи намного надежнее и дают несравненно более качественные отпечатки, чем перезаправленные или "альтернативные". Так, черный оригинальный картридж надежнее перезаправленного в 9 раз, а цветной — в 50 раз. Особое внимание уделяется борьбе против подделок расходных материалов, действует программа HP ACF (anticounterfeiting — против подделок). Изготовление фальшивых картриджей под маркой HP сурово преследуется: так, на июль 2004 г. в регионе EMEA было изъято более 800 тыс. единиц поддельной продукции, назначено 830 расследований и заведено 216 дел. Корпорация действует в этом направлении совместно с другими компаниями — создана коалиция ICCE (Imaging Consumables Coalition of Europe, Middle East and Africa), в которую, кроме HP, входят Canon, Epson, Konica Minolta, Lexmark, Oki, Panasonic, Samsung, Sharp и Xerox.

Здесь производят картриджи Эти установки режут кремниевые пластины, из которых получаются печатающие головки Упаковка картриджей, как и все прочие операции, полностью автоматизирована Дублинская фабрика DIMO построена в 1995 г. и сейчас является одним из трех предприятий HP, где производят картриджи для струйной печати (еще два находятся в Сингапуре и США). На момент постройки "чистая комната" DI­MO площадью 30 тыс. м2 была крупнейшей в Европе и третьей по величине в мире. В настоящее время на фабрике работает более 2 тыс. человек. Здесь выпускаются картриджи для всей линейки струйных прин­теров HP. Производство безостановочное, в три смены. В больших цехах довольно просторно, людей не особенно много — почти все операции роботизированы. Вдоль ангара движется конвейер, на котором картриджи перемещаются между этапами сборки. Процесс производства картриджей состоит из 26 стадий. Сначала изготовляются печатающие головки — кремниевые пластины, поставляемые с двух фабрик HP в США и Сингапуре, а также от сторонних компаний, размечаются и разрезаются на прямоугольные части, в каждой из которых затем сверлятся отверстия-сопла. Сейчас длина головок составляет 9/16 дюйма, и хотя при увеличении длины число сопел и, соответственно, скорость печати также возрастают, но повышается и хрупкость кремниевой головки, постоянно находящейся в движении — приходится балансировать между скоростью и надежностью. Готовые головки после автоматизированного и выборочного ручного тестирования под микроскопом помещаются на гибкую ленту (содержащую проводники, по которым принтер будет управлять печатающим элементом), а лента сматывается в большие бобины. На отдельном участке собираются контейнеры картриджей, части скрепляются между собой специальным клеем. Нам показывают "самый большой в мире фен" мощностью 40 000 Вт, в котором склеенные контейнеры проходят сушку. Далее к ним прикрепляются фрагменты ленты с головками, причем сделать это нужно очень точно — допуски не превышают ±0,025 мм и ±0,05°. На этом "сухой" этап сборки заканчивается, и картриджи поступают в отдельный зал, где их тестируют на герметичность (с помощью гелиевой установки, позволяющей выявить малейшие дефекты) и заправляют чернилами. Очень впечатляют огромные пластиковые емкости с чернилами разных цветов, вмещающие по нескольку сотен литров и установленные рядом с конвейером. После заполнения чернилами каждый картридж получает уникальный номер в виде двумерного штрихкода и проходит тест. Распечатанные тестовые страницы автоматически сканируются и сравниваются с оригиналом, при выявлении дефектов картридж бракуется. При этом тест проходит каждое сопло в каждом картридже. Выборочно тестируется даже характер отрыва капель (DBOS, Drop BreakOff Observation System) — если капля отрывается неправильно, с "хвостом", это может стать причиной появления "бахромы" на бумаге. Все результаты испытаний хранятся в общей базе данных, и если с картриджем, который был признан годным, впоследствии возникают какие-либо проблемы, проводится повторный анализ результатов теста. Годные картриджи попадают в следующую зону, где их маркируют и упаковывают в зависимости от региона назначения, а быстрорукий робот складывает готовые упаковки в контейнеры. Все происходит спокойно, размеренно и практически в тишине. За слаженными действиями роботов и рабочих смены явственно чувствуются титанические усилия и огромный интеллект, вложенные в производство таких ставших уже привычными вещей, как комплектующие для быстрой и качественной струйной печати.