Матричные, струйные и лазерные принтеры: взгляд из цеха на износ и материалы 

Вот все их обсуждают, а по факту многие даже базово не отличают принцип печати от конечного результата на бумаге. Говорят ?матричный? — сразу представляют кассовый чек, ?струйный? — фото, ?лазерный? — офисный документ. Но с точки зрения износа, ресурса и, что важнее, взаимодействия с материалами — тут начинается настоящая механика, где многое упирается в качество компонентов. Часто вижу, как коллеги из сервисных центров ругаются не на электронику, а на быстро выходящие из строя физические узлы: головки, валики, термоузлы. И здесь прямая связь с тем, чем занимаемся мы в ООО ?Внутренняя Монголия Санпу Экспериментальное Оборудование? — износостойкие материалы. Потому что, в сущности, принтер, особенно промышленный или интенсивно используемый, это испытательный полигон для трения, нагрева и механического воздействия.

Матричная классика: где важна не печать, а удар

Сейчас их, конечно, уже в офисах не встретишь, но на производствах, в логистике, для печати многослойных документов — вещь незаменимая. Ресурс здесь измеряется не в отпечатках, а в ударах иголки по красящей ленте. Основная проблема — износ самой игольчатой головки и направляющих. Иглы бьют миллионы раз, материал головки должен гасить удар, не деформируясь, и при этом сохранять точность. Обычная сталь не всегда выдерживает.

Мы как-то проводили испытания для одного завода, который использовал старые ?Epson FX? для маркировки. Головки выходили из строя не из-за поломки игл, а из-за разбивания посадочных гнезд в самой матрице. Микродеформации накапливались. Предложили им вариант с напылением из нашего спеченного карбида вольфрама на критичные точки износа. Ресурс увеличился в разы, но… столкнулись с другой проблемой — повышенная твердость материала увеличила вибрацию, пришлось дорабатывать демпфирование. Это типичная история: решение одной поломки выявляет другую слабую точку.

Именно такие кейсы мы выкладываем в виде отчетов на нашем сайте ООО Внутренняя Монголия Санпу Экспериментальное Оборудование. Не для рекламы, а скорее как техзаметки. Потому что национальное высокотехнологичное предприятие, каким мы являемся, должно решать прикладные задачи, а не только теоретические. Конструкционная керамика, например, отлично показала себя в тех же направляющих для тяжелых кареток матричных принтеров — снизился шум, ушел люфт.

Струйные технологии: тонкости, которые губят головки

Здесь бич всех — засорение сопел. Но мало кто копает глубже: а почему одни головки отмываются, а другие — нет? Все упирается в смачиваемость внутренних каналов и стойкость к химическому воздействию чернил. Чернила — агрессивная среда, особенно растворимые. Они медленно, но верно меняют геометрию микроскопических каналов в печатающей головке.

В промышленной маркировке, где используют струйные принтеры с СНПЧ, стоит острейшая проблема — абразивный износ от пигментных чернил. Пигмент — это, по сути, мелкодисперсный порошок. Он работает как шлифовальная паста внутри головки. Мы пробовали делать керамические вставки для наиболее изнашиваемых участков — сопловой пластины. Лабораторные приборы, которые мы также производим, как раз и позволяют смоделировать этот износ в ускоренном режиме.

Был неудачный опыт с одним производителем чернил. Хотели создать ?вечную? головку для маркировки на конвейере. Сделали прототип с керамической камерой и каналами из нашего материала. Печать была идеальной, износ минимальный. Но… стоимость производства такой головки оказалась сопоставима с ценой самого промышленного принтера. Рынок не принял. Пришлось вернуться к компромиссным решениям — защитным покрытиям на стандартные детали, что увеличивало ресурс на 40-50%, что уже было экономически оправдано.

Лазерный механизм: жара, давление и порошок

А вот здесь — наш основной полигон для исследований. Лазерный принтер — это по сути высокотемпературная пресс-форма. Самый нагруженный узел — это печка (фьюзер). Два вала: один обычно с тефлоновым покрытием, внутри — нагревательный элемент, второй — прижимной ролик. Температура до 200°C, давление, постоянное трение о бумагу, которая сама по себе абразив.

Тефлоновое покрытие со временем истирается, начинает прилипать тонер, появляются полосы. Прижимной ролик деформируется, теряет эластичность. Мы много экспериментировали с материалами для этих валов. Редкоземельный специальный цементированный карбид показал феноменальную износостойкость для сердечника вала, но он слишком тяжел и дорог. А вот для рамки, в которой вращается вал, или для подшипниковых узлов — идеально.

Еще один момент — фотобарабан. Его органический или кремниевый слой изнашивается от контакта с ракелем, который счищает остаточный тонер. Здесь пробовали наносить сверхтвердые износостойкие покрытия на сам ракель, чтобы он меньше ?резал? барабан. Результат хороший, но требует ювелирной точности, иначе ракель начнет не чистить, а царапать. Такие тонкие настройки — это уже к нашим лабораторным приборам для контроля микротвердости и толщины слоя.

Скрещивание технологий и нишевые задачи

Есть гибридные системы, например, маркировочные принтеры, где используется принцип струйной печати, но с чернилами, которые затем спекаются лазером для стойкости. Или матричная печать на твердых носителях. Вот тут-то и вылезают все проблемы материаловедения. Чернила должны держаться на керамике, металле, пластике. А печатающая головка или игла — не разрушаться от контакта с этими поверхностями.

Наше предприятие как раз часто получает запросы на подобные ?нестандартные? решения. Например, для печати маркировки на керамических чипах. Нужно было обеспечить износостойкость сопла, которое постоянно бьет по шероховатой керамической поверхности. Применили комбинированный узел: основа из конструкционной керамики с высокой трещиностойкостью и наконечник из карбида вольфрама. Работает до сих пор, насколько мне известно.

Такие задачи — не массовый рынок, но они показывают, где находится реальный технологический край. Информацию о некоторых подобных проектах можно найти в разделе ?Исследования и разработки? на nmgspsy.ru. Это не коммерческие каталоги, а скорее описания решенных инженерных проблем.

Выводы, которые не подведешь чертой

Так что, если отбросить маркетинг, разница между типами принтеров для инженера-материаловеда — это разница в типах износа. Удар, абразив, температура, химия. И прогресс здесь идет не в сторону создания ?вечного? принтера, а в сторону точного подбора материала под конкретный узел и конкретные условия эксплуатации.

Часто оптимальным оказывается не самый твердый или самый жаростойкий материал, а тот, что обеспечивает лучший баланс свойств и стоимости. Это и есть наша ежедневная работа в ООО ?Внутренняя Монголия Санпу Экспериментальное Оборудование?: испытывать, подбирать, предлагать компромиссы. И иногда — как в случае с той самой керамической струйной головкой — признавать, что технологическое превосходство пока экономически нецелесообразно.

Поэтому, когда мне задают вопрос ?какой принтер лучше??, я всегда переспрашиваю: ?А для чего, в каком объеме и на каких поверхностях??. И уже потом начинается разговор не о брендах, а о ресурсе узлов, доступности запчастей и, в конечном счете, о материалах, из которых эти запчасти сделаны. Все остальное — вторично.