В обозримом будущем промышленная продукция — от цветных носков до деталей самолетов — будет не изготавливаться на заводе, а распечатываться на принтере.

Читатели первых печатных газет, издававшихся начиная с XVII века, вряд ли могли себе представить, что спустя три-четыре столетия маленькая, но весьма производительная типография в виде компьютера и принтера будет стоять в каждом доме. Сейчас трудно поверить, что устройство, напоминающее по конструкции струйный принтер, сможет «распечатывать» вещи, которые ассоциируются исключительно с фабричным производством: от цветных футболок и узорчатых тортиков до электронных схем и цветных ЖК-дисплеев. Между тем микрофабрики с такими возможностями уже существуют, и в их основе лежит именно струйный принтер с пьезоэлектрической технологией печати.

Бумага все стерпит

Привычные для нас бытовые струйные принтеры, распыляющие микроскопические капельки краски на бумагу, используют для нанесения пигмента две принципиально различные технологии. В термоструйных печатающих головках миниатюрный нагревательный элемент поднимает температуру чернил более чем до 600 градусов Цельсия. Образовавшийся при этом пузырек выталкивает каплю краски на бумагу. Этот процесс повторяется тысячи раз в секунду. Технология изготовления термоструйных печатающих головок очень близка к процессу массового производства микросхем. Стоимость одной головки оказывается достаточно низкой, чтобы заменять ее вместе с чернильным картриджем. Таким образом повышается надежность термоструйного принтера в целом.

Струйные принтеры Epson используют принципиально иную технологию печати. В печатающей головке Micro Piezo напротив сопла располагается пьезоэлемент, способный изменять свою форму под действием электрического заряда. Micro Piezo позволяет гибко управлять размером капли: в нужный момент пьезоэлемент становится выпуклым и выдавливает на бумагу строго определенное количество чернил, после чего принимает вогнутую форму, тем самым мгновенно останавливая подачу красителя. При печати однотонных или градиентных участков изображения принтер использует большие капли, которые, смешиваясь и накладываясь друг на друга, уменьшают эффект пикселизации и полосности. Участки изображения с обилием мелких деталей печатаются мелкими каплями.

Печатающая головка Micro Piezo — это технологически сложное устройство, которое не может заменяться вместе с каждым чернильным картриджем. Головка, призванная служить в течение всей жизни принтера, сама по себе очень надежна, однако чрезвычайно требовательна к качеству чернил. Использование красителей, не рекомендованных производителем, может привести к засорению сопел и выходу головки из строя.

Вопреки ожиданиям, рекордно высокое качество печати, обусловленное возможностью точно управлять размером капли, не привело к безоговорочному лидерству технологии Micro Piezo на рынке бытовых принтеров. Часть пользователей оценила прирост качества печати, но многие предпочли более дешевые и неприхотливые в обслуживании модели. Однако перед пьезопечатью открылись промышленные перспективы, недоступные для термоструйной технологии. Дело в том, что в пьезоэлектрическую печатающую головку можно поместить не только краску для бумаги, но и любую другую жидкость, в том числе и ту, которая затвердевает при нагревании. Это может быть пищевой или текстильный краситель, токопроводящая эмульсия для печатных плат или жидкий полимер, из которого делаются светофильтры ЖК-дисплеев.

Ускоритель моды

Возможности пьезоэлектрической печати наглядно демонстрирует текстильный принтер Monna Lisa, изготовленный итальянской компанией Robustelli на основе технологии Epson Micro Piezo. Robustelli уже более полувека производит текстильное оборудование, ориентированное на регион Комо, колыбель итальянской высокой моды. Принтер может наносить на текстильный рулон высококачественное изображение с разрешением до 720 точек на дюйм — это достойный показатель даже для бумаги, не говоря уж о ткани. Двадцать четыре печатающие головки аппарата заряжаются разноцветными красителями Genesta, специально разработанными для Monna Lisa. В процессе работы головки не касаются ткани, поэтому не могут повредить ее или смешать цвета. Принтер идеально приспособлен для массового производства изделий из ткани, но с тем же успехом может использоваться для изготовления мелкосерийной и эксклюзивной продукции, что намного важнее. Уменьшение объема производства никак не отражается на стоимости одного отпечатка, что немыслимо для традиционных технологий текстильной печати.

Monna Lisa печатает любой объем без предварительных приготовлений, расходует ровно столько краски, сколько требуется, не нуждается в дополнительных производствах и складских помещениях, к тому же потребляет сравнительно мало электроэнергии. Кроме того, от трафаретной печати очень сложно добиться качества изображения, которое обеспечивает текстильный принтер.

Давид и Голиаф

В современной жизни нас повсюду окружают полимеры, и практически любой продукт из полимеров может производиться по технологии Micro Piezo. Компания Epson рассчитывает, что пьезоэлектрическая печать коренным образом изменит облик фабрики будущего. С одной стороны, практически полностью сотрется грань между индивидуальным и массовым производством. Товары станут разнообразнее, а новые модели будут выходить быстрее. Придется навсегда оставить надежду угнаться за модой.

С другой стороны, превращение огромных индустриальных фабрик в небольшие производственные офисы крайне благоприятно скажется не только на конкуренции, но и на окружающей среде. Нынешние субтрактивные технологии расходуют избыточное количество материалов, значительная часть которых просто утилизируется. Чего стоит только смытая на текстильных производствах краска и вытравленный из печатных плат металл. А ведь утилизация сама по себе — энергоемкое и не всегда экологически чистое производство. Все материалы, расходуемые принтером Micro Piezo, остаются только на конечном продукте и не выбрасываются в окружающую среду. Промышленный принтер потребляет сравнительно немного электроэнергии и не возводит вокруг себя смежных производств и вспомогательных цехов. Наконец, на месте гигантских фабрик, оставшихся не у дел, могли бы быть скверы и парки.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2008).