【IT168产品应用】本期我们来换一下口味，跟大家去聊一些比较偏技术性的东西--打印机究竟是怎么工作的?关于这个问题，大家知道吗？ 对这个土头土脑的东西，究竟为什么吞进去的是白纸，却可以吐出色彩斑斓的图片、文字，觉得好奇吗？

    一定会的，因为说实在的，虽然大部分人知道打印机可以打印东西，却真的很少DIYer把它拆开来，追根究底地查找它的工作原理。那么我们就从喷墨打印机开始吧，视乎大家的反应，以后可以再谈一下激光打印机、扫描仪等。

    那么它们的组合就变成了多功能一体机？在功能上也许可以这么说，但是在技术上的实现可能就并不是想象中的 那么回事，这些留作以后探讨。

一款惠普制造的喷墨打印机

    喷墨打印机（英文inkjet printer），自20世纪80年代发明至今，已经经过了20多年的发展，性能也有了长足的进步，并且随着价格显著下降，它已经从典型的商业办公用品，步入了平民百姓必备的家庭用品。

    如果非要对喷墨打印机作一定义的话，那么它就是利用墨水成像技术的打印机。简单地说，喷墨打印机就是通过控制指令来控制喷墨打印头上的喷嘴孔，让喷嘴孔喷出定量的墨水，进而打印在纸张上。所以决定喷墨打印机优劣的主要因素这一在于喷墨的控制方法，也就是将墨水均匀且精确地喷在纸上的能力。如果大家仔细观察喷墨打印机在纸张形成图像的过程，会发现：

    打印机喷出的墨点相当细小。通常直径在50到60微米之间，而人类头发的直径一般也在70微米左右

    墨点的定位相当精确，每英寸的分辨率可以达到1440x720dpi(点每英寸)

    墨点由不同的颜色组成，最后形成照片级别的图片

    那么喷墨打印机究竟由几个组成部分？这几个部分又是怎么协同工作，并打印出图像的？不过再此之前，先让我们来看一下不同打印机的一些技术区别。

    一、击打式打印机vs非击打式印字机

    作为电脑输出装置之一的Printer分为两类。一类是将活字机械性地打印到纸上，即根据撞击的力来完成印字工作的称作击打式打印机（impact printer），打字机和行打印机是其典型产品，用於文字处理机和个人电脑的针式打印机也属于此类。

    另一类是不依靠撞击的力来完成印字工作的，称作非击打式印字机（ non-impact printer ）。主要的类型有感热式、电子照相式、喷墨式、LED式和激光束式等。

    前者噪声大、速度慢、结构落后；后者雅静、速度快。而且环境清洁，安全可靠。目前。非击打式印字机的新品种层出不迭。Laser printer就是常见的一种.它的正式称呼应是“激光束印字机”(Laser Bin Printer,简称LBP）。系利用激光在感光滚筒上描绘文字、图形、照片，利用类似复印机的原理，向纸上进行转印。其特点是输出分辨力高、速度快，它已成为DTP系统中必备的设备。
　 
    (一)击打式打印机

    1、点阵打印机或针式打印机（Dot Matrix Printer)。

    针式打印机是早期个人计算机所使用的打印机，一般分为9针和24针两种，打印的原理是利用打印机上的打印头，以横向方式扫过纸面，以打印头上细小的撞针撞击色带，在纸张上打上一个一个点，来打印文字或图形。针式打印机的大缺点，是打印头上的针用久了会损坏，而且打印时会发出很大的噪音，长期使用会产生过热的现象。后来逐渐被喷墨式打印机所取代。不过，所有打印机中，只有针式打印机具有复写的能力，而一般发票都是二联式或三联式，所以许多公司仍使用针式票据打印机。

    由于针式打印机是通过电动管理由小针组成的矩阵来形成所要的字符。由这些打印机产生的字符质量不高，但是它们相对来说便宜、速度快、比较通用。它们的噪音也比较大。

    2、字符打印机。

    其工作原理与机械式英文打字机类似。打印机中有一组或多组用金属材料或其它硬质材料刻成的字符模型（字模）。当需要输出一个字符时，打印机把相应字模移到纸的对应位置，然后启动击锤隔着色带撞击纸张，字符就被印在纸上。字符（击打式）打印机按照结构又分为字符式打印机和行式打印机两种。

    字符打印机的主要缺点是只能打印固定数目的字符，无法打印汉字和图形。

   ( 二) 非击打式印字机

    1、喷墨打印机。

    本文将要详细介绍的打印机，它是通过控制指令来控制喷墨打印头上的喷嘴孔，让喷嘴孔喷出定量的墨水，进而打印在纸张上的打印机。

惠普的LaserJet 4050T激光打印机

    2、激光打印机。

    激光打印机是利用图形感应半导体表面上充电荷的原理设计的。此表面对光学图像产生反应，并在所指定区域上放电，由此产生一幅静电图像。然后，使图像与着色材料（碳粉）相接触，将着色材料有选择地被吸附到静电图像上，再转印到普通纸上。

    激光打印机配有一控制器，用来协调激光光束的扫描和调节光鼓与纸张的运动，以控制打印印点的有无。点的分辨率通常是12～16点/mm，印出的条码最窄条可达0.20mm。这种打印机适合高、中密度条码印制。

    3、固体喷墨(蜡)打印机。

    打印机的工作原理是将青、品红、黄、黑四色固体蜡ColorStix作了两次相变，ColorStix 原本是附着在打印机的鼓上，打印时作第一次相变熔化成液体并喷到打印介质上，然后立刻被重新固化，即进行第二次相变，在打印介质上形成图像之后，经过两个滚筒的挤压，从而使介质表面变得非常光滑。固体喷蜡式打印机打印出的图像效果虽然稍逊于热升华打印机，但是其色彩极为艳丽鲜亮，对打印介质要求也不严，彩色打印速度要比热升华打印机快得多，不过进行单色打印时与进行彩色打印的速度基本相同。

三星的热升华打印机

    4、热升华打印机。

    工作原理非常简单：利用热能将藏在打印机内部的色带上的颜料转印到打印介质上，形成鲜亮完美的冲印效果。并可以通过把半导体加热元件调节出的不同温度来控制色彩的比例和浓淡程度，同时每种颜色的浓淡由打印头控制温度，可以达到256级灰度，从而形成三种基色相互融合可以形成连续的色阶，使照片颜色得到平滑过度。

热转印打印机

    5、热转印打印机。

    这种打印机所使用的色带，是一卷含蜡与染料的透明玻璃纸。在打印的时候，先加热色带上的热蜡，通过温度变化使得如蜡般的颜料附着在纸张上面，将资料打印出来。这种打印机必须使用特殊的纸张，打印出来的效果才会好，而打印出来的文件色彩比较鲜艳，而且还可以防水，所以通常用来打印高品质图片。这种打印机也比一般常见的喷墨或点阵打印机要来的得贵。

手机大小：小型热敏打印机“primpa”

    6、热敏打印机。

    从名称上，人们非常容易将“热敏”与“热升华”相混淆，认为它们是一种技术或者相似技术，实际上它们是两种截然不同的技术，主要体现在打印原理、打印介质方面，热升华打印需要使用专用的打印纸、色带，其工作原理是打印头通过加热将色带上的固体颜料直接转化为气态，然后将气体喷射到打印介质上。

    热敏打印使用的是专用的打印纸——热感自动彩色（TA，即Thermal Autochrome）打印纸，这种特殊的打印纸包括5个分层，在中间分别是黄、品红和青色染料层，而顶部则是抗热保护层，最下面则是基层，其工作原理是通过不同温度的传递，来诱发色层的出现。当打印时，刚刚加热的打印头由于温度较低，打印纸染料层中最上层的“黄”会最早反应，然后打印纸会移回去，同时启动UV紫外光，从而固定黄色层；第二步，中等温度的打印头会激活“品红”染料层，接着由UV紫外光固定一次，最后高温的打印头会激活“青色”染料层，“青色”染料层不需要UV紫外光就可以固定了。这样染料层中的颜色就释放出来，从而形成了清晰的图像。

    在上面所有的打印机技术中，其中喷墨打印机是应用得最广，和人们日常生活最接近的产品，在人类社会的应用普及程度，仅次于激光打印机。接下来，就让我们深入内部。

    二、拆解：深入打印机的内部

    虽然近年喷墨打印机技术发展神速，但典型的产品总是由一定的架构组成的，就像PC系统总是由处理器、主板、显示器等等。

    1、打印头单元

    打印头：喷墨打印机的核心部分，包括了一系列喷射墨滴的小孔

喷墨打印机的打印头

    墨水盒：根据制造商和不同打印机的型号，墨盒会有许多不同的种类，比如分离的黑墨盒和彩色墨盒，有些甚至每种颜色，就是一个墨盒。 从现在市场上的墨盒产品来看，当前的墨盒在组成结构上，总的来说可分为分体式墨盒和一体式墨盒这两大类，它们都各有自己的所长。

惠普的一体式墨盒

佳能的分体式墨盒

爱普生的分体式墨盒

    一体式墨盒是将喷头集成在墨盒上的，这样墨盒在用完了以后，用户还可以自行向空墨盒中重灌墨水，充灌后的墨水不会对喷头造成多大伤害。HP没采用SPT技术的墨盒就是采用的一体式墨盒，这种墨盒可以有效降低打印头的故障发生率，但它也存在一个致命的缺点，就是墨盒无效时，打印头也会跟着一起报废，显然这种墨盒设计结构增加了耗材成本。不过这种一体式墨盒结构还是深受普通打印用户喜爱的，因为使用这种墨盒可以实现比较高的打印精度，而且能够长期保持打印质量，不至于由于喷头的磨损而使打印质量下降。
   

打印头步进电机，控制了喷墨打印机大部分的移动

    打印头步进电机：步进电机提供了打印头装置(打印头和墨盒)在纸张前后移动的动力。有些打印机会有几个步进电机，这样可以使得打印机在不使用的时候打印头可以停泊在一定的位置，就像汽车的驻车刹车系统一样。

平衡杆和皮带

    皮带：一条捆绑着打印头和步进电机的带子

    平衡杆： 打印头使用了一个平衡杆，可确保移动是精确并且和受控制的

    2、馈纸单元

滚轮移动打印机的纸张

    多功能进纸器：大部分打印机都会有一个纸盒，它通常和打印机的背部成一角度，装置需要使用的纸张，不过某些打印机则会使用插入进纸匣代替。

    滑轮：一组轮子，可以推动进纸匣或者多功能进纸器的纸张随着打印头而移动。

    供电系统：早期的打印机一般都有自己的外部电源转换器，而现在的打印机则一般使用标准的交流电。

控制电路有内存和微处理器等

    控制电路：打印机内部有一小块电路控制装置，它主要负责打印机和电脑的信息编码、控制打印机的操作等。

虽然USB口占据了主流，但为数不少的打印机仍旧采用了并口

    接口：旧式打印机大部分都使用并口，新式的则是USB端口。部分则是使用了串口或者SCSI端口。

    三、热泡 vs.微压电喷墨打印技术

    由于各厂商开发出的喷墨打印头的不同，其喷墨的控制方法也有所不同，主要有热气泡式和压电式两种，热气泡式喷墨打印机以惠普、佳能、利盟为代表。压电式以Epson公司为代表。

热喷墨打印头的一个个打印孔

    1、微压电喷墨打印头技术。

随着顶部晶体的振动，墨水也被压出来了

    微压电技术把喷墨过程中的墨滴控制分为3个阶段：在喷墨操作前，压电元件首先在信号的控制下微微收缩；然后，元件产生一次较大的延伸，把墨滴推出喷嘴；在墨滴马上就要飞离喷嘴的瞬间，元件又会进行收缩，干净利索地把墨水液面从喷嘴收缩。这样，墨滴液面得到了精确控制，每次喷出的墨滴都有完美的形状和正确的飞行方向。微压电式喷墨系统在装有墨水的喷头上设置换能器，换能器受打印信号的控制，从而控制墨水的喷射。根据微压电式喷墨系统换能器的工作原理及排列结构可分为：压电管型、压电薄膜型、压电薄片型等几种类型。

    这种技术利用晶体在通电状态下具有稳定频率振动的特性，来达到改变电压大小的目的，从而调节晶体振动的频率实现精确控制墨盒中墨滴的大小和喷射的速度。与传统的热喷墨技术相比，这种技术可以使墨点形状更为规则、定位更加准确，分辩率也得到了较大提高。该技术常用于分体式墨盒之中。利用该技术打印机可以实现高品质、高速度的打印效果，同时使用该技术的墨盒可以选用更多化学成份不同的墨水、腐蚀机会减少、喷头寿命较高，并可以采用粉性墨水，防止紫外线照射的变色和褪色，Epson公司的墨盒就支持这种新技术，使用该技术用户可以打印最高输出分辩率为2880dpi品质的图象和照片。

    2、热泡喷墨打印头技术。

随着白色热泡的增大，墨水被喷射出来

    这种技术被Canon、Hp等公司所支持。通过墨水在短时间内的加热、膨胀、压缩，将墨水喷射到打印纸上形成墨点，增加墨滴色彩的稳定性，实现高速度、高质量打印。由于除了墨滴的大小以外，墨滴的形状、浓度的一致性都会对图像质量产生重大影响，而墨水在高温下产生的墨点方向和形状均不容易控制，所以高精度的墨滴控制十分重要。热泡式喷墨打印的原理是将墨水装入到一个非常微小的毛细管中，通过一个微型的加热垫迅速将墨水加热到沸点。这样就生成了一个非常微小的蒸汽泡，蒸汽泡扩张就将一滴墨水喷射到毛细管的顶端。停止加热，墨水冷却，导致蒸汽凝结收缩，从而停止墨水流动，直到下一次再产生蒸汽并生成一个墨滴。
　
    这种技术的每个喷嘴单元都由微电子加工工艺在硅片上沉积和蚀刻而成，体积非常小巧，而且随着制造工艺水平的提高，打印头上喷嘴的排列也愈发紧密，使加大喷嘴数目、提高打印速度成为可能。采用这种技术的打印喷头通常都与墨盒做在一起，使之在更换墨盒时即可更换整个打印头，这样用户就不必顾虑喷嘴的堵塞问题了，因为更换墨盒就直接解决了喷头堵塞的问题。由这种技术所制作的喷头生产成本比较低，并且不存在打印头因墨水干涸而造成堵塞问题，但由于喷头中的电极易受墨水的电解和腐蚀，集成在墨盒中的喷头寿命容易受到影响。
　
    这两种方法相比，热泡式打印头由于墨水在高温下易发生化学变化，性质不稳定，所以打出的色彩真实性就会受到一定程度的影响；另一方面由于墨水是通过气泡喷出的，墨水微粒的方向性与体积大小不好掌握，打印线条边缘容易参差不齐，在一定程度上影响了打印质量，这都是它的不足之处。微压电打印头技术是利用晶体加压时放电的特性，在常温状态下稳定的将墨水喷出。对墨滴控制能力较强，还将色点缩小许多，产生的墨点也没有慧尾，从而使打印的图像更清晰。容易实现高达1440dip的高精度打印质量，且微压电喷墨时无需加热，墨水就不会因受热而发生化学变化，故大大降低了对墨水的要求。另外，压电式打印头被固定在打印机中，因此只需要更换墨盒就可以了。热泡式喷墨打印机需要在每个墨盒中安装喷墨嘴：这样会增加墨盒的成本。但压电式喷墨打印机的缺点是，如果压电打印头被损坏或者阻塞了，整台打印机都需要维修。

    不论是采用加热方式还是采用振动方式来产生墨滴，结果都是一样的：将微小的墨点附着到纸上。墨点越小，打印图像的分辨率就越高，色彩效果就越好。

    四、按“OK”开始打印后各部分的命令进程

    1、你使用的软件应用程序把要打印的数据发送到打印机驱动程序

    2、驱动程序把数据翻译为打印机能识别的代码，接着检测打印机是否连机和待机

    3、驱动程序通过连接端口(并口、USB等)，把数据从电脑发送到打印机

    4、打印机从电脑接收到数据，储存在打印机的缓存，这要视乎不同打印机的性能，一般都会有512KB到16MB RAM。缓存非常有用，因为它可以允许电脑迅速完成打印进程，大缓存也可以保存复杂的的数据和更多文档。这些以后会专文介绍。

    5、如果打印机经过了特定时期的空闲，它通常会前后移动一下，确保打印头是清洁的。一旦清洁周期完成，打印机就开始打印了。

    6、控制电路激活馈纸系统。滑轮推动进纸匣或者多功能进纸器，把纸送进打印机，在纸张进去的过程中，会有一压力机制。如果压力没达到一定程度，打印机的“纸张用尽”LED灯便会发亮，警告缺纸。

    7、纸张就位后，打印头的步进电机便使用皮带把打印头在纸张来回移动。其中每移动一次，电机便会稍作停顿，以便打印头可以把墨水喷射在纸张上。所以在打印过程中，会发出有节奏的声音。

    8、打印头每次停顿都会在纸张上的一个点多次喷射墨水，以把分离的CMYK颜色糅合，精确重现图象所需要的颜色。

    9、每次移动结束后，步进电机便把纸张推进一点。根据不同型号的打印机产品而决定，打印头每次移动结束后都会复位。

    10、这些处理会不断重复，直到页面打印完毕。至于用时的多少，则要视乎打印机的宽度、打印数据的复杂程度。例如一款打印机可能具有16PPM的黑白打印速度，但是却只有8PPM
的彩色打印速度。

    11、一旦打印全部完毕，打印头变完全复位。步进电机停止送纸。

    五、墨水和纸张

    1、墨水

    在机身价格来说，喷墨打印机是相当便宜的，比黑白激光打印机都要便宜很多，就更不要说是彩色激光打印机了，没法比。

    可是有太多的先例告诉我们，制造商们卖喷墨打印机并不仅仅是通过产品本身来赚钱的，而是消费者需要源源不断购买的耗材，它的价格甚至远胜于XO和黄金。

    当然，目前也有了很多办法可以降低开支，比如使用打印头和墨盒分离的技术，使用连续供墨系统，通用耗材等。惠普前段时间隆重发布的SPT技术，便是降低耗材价格的重要里程碑。

不同的墨滴大小

    此外考虑到打印成本，生产厂商一般都会在打印设置里加入“经济模式（或称草稿模式）”，理论上，可以节约30%以上的墨水。有些打印机还提供“浓度调节”功能，这就可以帮我们省得更多了。两者的打印原理都是通过降低打印分辨率，来达到降低墨水耗费的目的。
　　　　　　
    那么什么时候才用到“经济模式”呢？这是仁者见仁的问题了。笔者的看法是，对于有“浓度调节”功能的打印机，草稿能淡的话尽量的淡，调为30%左右；一般文档调为50%左右；对于正常打印的文档，也可以设成85%，这时的清晰度是完全可以满足需求的；只有非常重要的文档才要用到100%的浓度。不要小看一次打印并不能省多少，但累积起来的话，可不是小数目哦！对于没有“浓度调节”的打印机，只能根据需要选择“草稿”或者“正常”模式了，但省墨还是照样不误的。除非要用照片纸打印照片，否则绝对不推荐使用“高质量”等相关非常耗墨水的打印模式，而且这些模式打印速度会成倍的降低！

    需要注意的是，这里的打印都是指黑色打印。喷墨打印机中的彩色打印虽然也支持浓度调节功能，但一经调节，打印质量往往很差，甚至是惨不忍睹，所以还是不要用比较好。现在的打印机都具有“模式存储”功能，只要一次调节成功，下次直接调用即可。此外，打印机选项中还会具有“灰度输出”和“彩色转黑色输出”功能，这在一般草稿打印过程中也可以帮我们省下不少彩色墨水，大家应该充分利用这些功能。

    2、纸张

    一般在喷墨打印机上最经常使用的打印纸有三种，即普通复印纸、喷墨打印纸和照片打印纸。

    普通复印纸：
　　

普通复印纸

　　
    普通复印纸是一种最常用的打印纸。这种打印纸成本最为低廉，主要用来打印文档或品质一般的图片，以及传真件等。打印机使用的复印纸幅面从A4到A3不等。按质量区分有70克、80克和100克的纸张；纸张颜色分为漂白和本白（纸张稍黄）两种。

    喷墨打印纸：

喷墨打印纸

    这类纸通常在普通纸基础上涂有一层较薄的介质，使纸张更加具有光泽同时发白。这种纸通常有以下两种，分别为普通喷墨打印纸和照片质量喷墨打印纸（当然喷墨打印纸根据应用纸张的类型不同，还可以分为许多种，例如以硬卡纸为底的喷墨卡片纸，以丝绢为底的喷墨丝绢布等等）。

    1．普通喷墨打印纸

    普通喷墨打印纸英文全称是“Ink Jet Paper”，这种纸专门为一般的喷墨打印所设计，因此打印的质量比普通复印纸要好，适用于打印360dpi的一般文本。

    2．照片质量喷墨打印纸

    照片质量喷墨打印纸英文全称为“Photo Quality Ink Jet Paper”，这类纸适用于720dpi甚至1440dpi的分辨率。主要用于打印一些精确度较高的图表和文本。这种纸的缺点就是较薄，因此打印出来的照片会出现“透纸”现象（墨迹透过纸面），而且不能长时间保存。因此如果要打印照片，最好使用下面介绍的几种照片打印纸。

    照片打印纸

    这类纸同样也是在普通纸上涂有特殊的涂层，使纸张的效果看起来更加光亮，而且可以快速将颗粒极小的墨水吸收并使之固化，使照片颜色保持鲜艳。纸张质地一般比较硬，能在极高的打印分辨率下防止墨水渗透，避免纸张破损使得打印失败。同样这类纸张也根据涂料层及纸张介质的不同分为光泽照片纸 、相片纸、光面纸等几种。

    1．光泽照片纸

    光泽照片纸的英文全称为“Photo Quality Glossy Film”，是打印照片的首选纸张，其最大特点是打印出来的照片表面有一层光泽，并且有传统照片的质感，还有良好的防潮效果，适用于打印一些高质量的照片，唱片封套和报告封面等等，是打印照片的完美载体。

    2．相片纸

    相片纸英文全称为“Photo Paper”，与光泽照片纸一样，相片纸表面也有一层光泽，打印出来的照片颜色鲜艳， 能产生最大的颜色饱和度，适用于打印一些广告横幅、海报和产品目录等等。

    3．光面纸

    光面纸英文全称为“Photo Quality Glossy Paper”，与光泽照片纸相比较，细致程度更好，而且表面还有一层很强的光泽。不过它没有光泽照片纸那么厚，因此它的价格比较低，打印一些要求较高的形象艺术照片和一些有大量文字的材料比较划算。

    4．厚相片纸

    厚相片纸英文全称为“Matte Paper - Heavyweight Paper”。这种纸的最大特点是“厚”，因此它的价格就比较高，一般的用户很少会选择它。这类纸一般应用于厚海报的打印和一些工艺制图上。