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Stampanti a getto d'inchiostro | L'ingegneria interessante dietro il loro funzionamento
Stampanti a getto d'inchiostro | L'ingegneria interessante dietro il loro funzionamento
La tecnologia della stampante a getto d'inchiostro è davvero la magia dei colori C M Y. L’ingegneria dietro le goccioline e il modo in cui l’algoritmo dei colori crea l’immagine finale è piuttosto ingegnoso. Sappiamo tutti che la tecnologia dei display si basa su minuscoli sottopixel rossi, verdi e blu. Come esperimento, una delle nostre ingegnere ha riempito la sua stampante a getto d'inchiostro con gli stessi colori RGB. Diamo un'occhiata al risultato. Il risultato è stato terribile. La stampante non è riuscita a riprodurre l’immagine del fiore con i colori corretti. Per capire le ragioni di questo curioso risultato, esploriamo il funzionamento interno della stampante a getto d’inchiostro e della scienza del colore.
Innanzitutto, consideriamo la tecnologia più basilare delle stampanti a getto d’inchiostro: la stampante in bianco e nero. È possibile stampare qualsiasi immagine con un insieme di moltissimi punti. Questi punti sono prodotti da gocce d’inchiostro rilasciate da numerosi ugelli. L’inchiostro non viene rilasciato in modo continuo, ma in modo discreto e controllato, come mostrato. La piccola circonferenza dell’ugello e la contropressione al suo interno impediscono la fuoriuscita dell’inchiostro, permettendo un'immagine precisa. Per rilasciare l’inchiostro, si utilizzano piccole resistenze riscaldanti. Queste resistenze sono così reattive che, quando vi passa la corrente, si riscaldano di circa 100 gradi Celsius al microsecondo. Per rilasciare una goccia d’inchiostro, basta fornire corrente alla resistenza corrispondente. Questa si scalda e vaporizza l’inchiostro, formando così una bolla. Questa bolla agisce come un pistone che spinge l’inchiostro fuori dall’ugello. Tuttavia, mentre la goccia principale cade, l’inchiostro si allunga a causa della viscosità. Di conseguenza, si forma un’ulteriore goccia che cade vicino a quella principale. Dopo un po’, le due gocce si uniscono. Mentre ti concentravi sulla goccia, potresti aver perso un passaggio importante. Rivediamo l’animazione. Questa volta, concentrati sulla parte superiore. Qui, dopo un po’, il riscaldatore si spegne, causando la condensazione del vapore attorno alla serpentina e il collasso della bolla. La contropressione dell’inchiostro aspira aria esterna all’interno dell’ugello. Subito dopo, la tensione superficiale del menisco gioca un ruolo importante opponendosi alla contropressione, costringendo l’inchiostro fresco a riempire l’ugello e rimuovere l’aria da esso.
Ora che abbiamo chiarito i fondamenti, vediamo come costruire una stampante pratica. Un serbatoio d’inchiostro è collegato alla testina di stampa tramite un tubo di collegamento, libero di muoversi lungo questa asta orizzontale. La stampante utilizza anche un sistema di cinghia e puleggia azionato da un motore passo-passo. Successivamente, collega la testina di stampa alla cinghia tramite un braccio mobile. Si può vedere come la testina si muove a sinistra e a destra seguendo il movimento della cinghia. Iniziamo ora la stampa. Come visto prima, la testina può stampare una serie di punti neri controllando correttamente le resistenze riscaldanti. L’esempio di stampa mostrato qui è altamente ingrandito per facilitarne la comprensione. La dimensione reale della testina è un quinto rispetto a quella mostrata. Nota come la testina produce 9 righe durante un passaggio, ma in realtà la testina produce più di 1000 righe. Un passaggio è stato completato.
Ora dobbiamo continuare il processo di stampa nell’area restante del foglio. Per questo, entra in gioco un motore passo-passo per i rulli e due rulli di supporto. Questo meccanismo consente di spostare il foglio verso il basso. A questo punto, basta ripetere il processo visto in precedenza fino a completare la stampa.
Il movimento della testina di stampa mostrato qui non è molto intelligente. Non stampa durante il movimento da sinistra a destra. Inoltre, la testina compie molti movimenti inutili. Le stampanti moderne sono dotate di algoritmi intelligenti che rendono questo processo più veloce. Il percorso ottimale di stampa della testina e il movimento preciso del rullo della carta vengono calcolati ancora prima che il processo di stampa inizi. Si può vedere quanto è più veloce ora la stampa quando la testina segue questo percorso predefinito. Ovviamente, questo percorso cambierà drasticamente a seconda dell'immagine che si desidera stampare. La testina e la carta riescono a seguire un percorso così preciso perché sono controllate da un motore passo-passo e da un circuito di retroazione.
Finora abbiamo costruito una stampante base in bianco e nero. Ma come possiamo usare le conoscenze acquisite per sviluppare una stampante a colori? La risposta più ovvia e intuitiva sembrerebbe usare inchiostri rosso, verde e blu, dato che questi sono i colori fondamentali della tecnologia dei display. Tuttavia, ciò non funziona. Per capire il perché, esploriamo i fondamenti.
Considera due torce colorate. Una rossa e una verde. Quando proiettiamo entrambe nello stesso punto, la luce risultante è gialla. Ora, proviamo lo stesso esperimento usando inchiostri colorati. Mescolando i due colori, otteniamo invece un colore giallo fangoso. Perché questi due esperimenti producono colori così diversi, pur avendo colori in ingresso identici? Il primo caso, in cui abbiamo mescolato luci, è un esempio di metodo additivo, mentre il secondo con l’inchiostro è un metodo sottrattivo. Il metodo additivo è molto semplice. La parte combinata della luce arriva direttamente ai tuoi occhi e tu percepisci quel colore. Tuttavia, il metodo sottrattivo è un po’ più complicato. Le luci riflesse dall’inchiostro sono importanti in questo caso.
Innanzitutto, consideriamo la tecnologia più basilare delle stampanti a getto d’inchiostro: la stampante in bianco e nero. È possibile stampare qualsiasi immagine con un insieme di moltissimi punti. Questi punti sono prodotti da gocce d’inchiostro rilasciate da numerosi ugelli. L’inchiostro non viene rilasciato in modo continuo, ma in modo discreto e controllato, come mostrato. La piccola circonferenza dell’ugello e la contropressione al suo interno impediscono la fuoriuscita dell’inchiostro, permettendo un'immagine precisa. Per rilasciare l’inchiostro, si utilizzano piccole resistenze riscaldanti. Queste resistenze sono così reattive che, quando vi passa la corrente, si riscaldano di circa 100 gradi Celsius al microsecondo. Per rilasciare una goccia d’inchiostro, basta fornire corrente alla resistenza corrispondente. Questa si scalda e vaporizza l’inchiostro, formando così una bolla. Questa bolla agisce come un pistone che spinge l’inchiostro fuori dall’ugello. Tuttavia, mentre la goccia principale cade, l’inchiostro si allunga a causa della viscosità. Di conseguenza, si forma un’ulteriore goccia che cade vicino a quella principale. Dopo un po’, le due gocce si uniscono. Mentre ti concentravi sulla goccia, potresti aver perso un passaggio importante. Rivediamo l’animazione. Questa volta, concentrati sulla parte superiore. Qui, dopo un po’, il riscaldatore si spegne, causando la condensazione del vapore attorno alla serpentina e il collasso della bolla. La contropressione dell’inchiostro aspira aria esterna all’interno dell’ugello. Subito dopo, la tensione superficiale del menisco gioca un ruolo importante opponendosi alla contropressione, costringendo l’inchiostro fresco a riempire l’ugello e rimuovere l’aria da esso.
Ora che abbiamo chiarito i fondamenti, vediamo come costruire una stampante pratica. Un serbatoio d’inchiostro è collegato alla testina di stampa tramite un tubo di collegamento, libero di muoversi lungo questa asta orizzontale. La stampante utilizza anche un sistema di cinghia e puleggia azionato da un motore passo-passo. Successivamente, collega la testina di stampa alla cinghia tramite un braccio mobile. Si può vedere come la testina si muove a sinistra e a destra seguendo il movimento della cinghia. Iniziamo ora la stampa. Come visto prima, la testina può stampare una serie di punti neri controllando correttamente le resistenze riscaldanti. L’esempio di stampa mostrato qui è altamente ingrandito per facilitarne la comprensione. La dimensione reale della testina è un quinto rispetto a quella mostrata. Nota come la testina produce 9 righe durante un passaggio, ma in realtà la testina produce più di 1000 righe. Un passaggio è stato completato.
Ora dobbiamo continuare il processo di stampa nell’area restante del foglio. Per questo, entra in gioco un motore passo-passo per i rulli e due rulli di supporto. Questo meccanismo consente di spostare il foglio verso il basso. A questo punto, basta ripetere il processo visto in precedenza fino a completare la stampa.
Il movimento della testina di stampa mostrato qui non è molto intelligente. Non stampa durante il movimento da sinistra a destra. Inoltre, la testina compie molti movimenti inutili. Le stampanti moderne sono dotate di algoritmi intelligenti che rendono questo processo più veloce. Il percorso ottimale di stampa della testina e il movimento preciso del rullo della carta vengono calcolati ancora prima che il processo di stampa inizi. Si può vedere quanto è più veloce ora la stampa quando la testina segue questo percorso predefinito. Ovviamente, questo percorso cambierà drasticamente a seconda dell'immagine che si desidera stampare. La testina e la carta riescono a seguire un percorso così preciso perché sono controllate da un motore passo-passo e da un circuito di retroazione.
Finora abbiamo costruito una stampante base in bianco e nero. Ma come possiamo usare le conoscenze acquisite per sviluppare una stampante a colori? La risposta più ovvia e intuitiva sembrerebbe usare inchiostri rosso, verde e blu, dato che questi sono i colori fondamentali della tecnologia dei display. Tuttavia, ciò non funziona. Per capire il perché, esploriamo i fondamenti.
Considera due torce colorate. Una rossa e una verde. Quando proiettiamo entrambe nello stesso punto, la luce risultante è gialla. Ora, proviamo lo stesso esperimento usando inchiostri colorati. Mescolando i due colori, otteniamo invece un colore giallo fangoso. Perché questi due esperimenti producono colori così diversi, pur avendo colori in ingresso identici? Il primo caso, in cui abbiamo mescolato luci, è un esempio di metodo additivo, mentre il secondo con l’inchiostro è un metodo sottrattivo. Il metodo additivo è molto semplice. La parte combinata della luce arriva direttamente ai tuoi occhi e tu percepisci quel colore. Tuttavia, il metodo sottrattivo è un po’ più complicato. Le luci riflesse dall’inchiostro sono importanti in questo caso.
Per capire meglio come funziona il metodo sottrattivo, dobbiamo esaminare l’inchiostro a livello molecolare. Sappiamo che vediamo il colore rosso perché le molecole rosse assorbono tutto tranne il rosso. In breve, ciò che vediamo in un inchiostro è il colore rimanente dopo la sottrazione. Lo stesso vale per il colore verde. Tuttavia, quando mescoliamo entrambi i colori, la fisica si fa più interessante. Poiché uno strato di molecole non può ricoprire completamente una superficie, dobbiamo considerare almeno due strati per questo studio. Supponiamo che le diverse molecole colorate siano mescolate uniformemente come mostrato. Iniziamo con la molecola verde in basso. Essa rifletterà ovviamente la luce verde. Tuttavia, questa luce verde deve attraversare lo strato molecolare superiore. La molecola verde superiore permetterà semplicemente il passaggio di questa luce verde. Tuttavia, quella rossa vicina la assorbirà completamente. In breve, quell’area produrrà un colore nero.
Ora consideriamo la luce proveniente dalle molecole rosse inferiori. Con un’analisi simile si arriva al risultato finale. Il nero è presente in una buona porzione tra le luci rosse e verdi, il che influenza il colore finale. Questo colore giallo fangoso è ciò che il nostro occhio percepisce a causa della presenza del nero. Un buon esempio per capire l’effetto del nero sul colore finale è quello dei capelli grigi. Vediamo il colore complessivo dei capelli come grigio, ma in realtà è una combinazione di capelli bianchi e neri. Ecco perché il metodo sottrattivo è completamente diverso da quello additivo, e perché abbiamo ottenuto una stampa orribile quando abbiamo usato i colori RGB nelle testine di stampa.
Finora, abbiamo capito che non possiamo usare i colori primari RGB per riprodurre i colori, e il metodo sottrattivo è il colpevole. Il colore che vediamo in una stampa a inchiostro è in realtà la parte invertita dopo l’assorbimento. La soluzione è semplice. Basta invertire i colori fondamentali. I colori inversi di rosso, verde e blu sono rispettivamente ciano, magenta e giallo. Quindi, sono questi i colori che dobbiamo usare nella stampante.
Ecco un esempio. Vogliamo produrre un colore verde usando questi colori C Y M. Per prima cosa, rilasciamo una goccia di inchiostro ciano dall’ugello. Prima che questa si asciughi, rilasciamo una goccia di giallo nello stesso punto. La mescolanza di questi due colori produrrà un perfetto verde. Dopo un po’, la goccia viene assorbita dalla carta e otteniamo un punto verde. Allo stesso modo, come mostrato nell’animazione, possiamo produrre la maggior parte dei colori in modo perfetto usando le gocce C Y e M.
Abbiamo visto come produrre un colore verde perfetto in una stampante a getto d’inchiostro, ma possiamo produrne anche una tonalità più chiara, come queste? Per riuscirci, gli ingegneri hanno ingannato i nostri occhi. Hanno semplicemente stampato il colore verde normale con spaziature differenti. Aumentare lo spazio tra i punti inganna il cervello facendo percepire una tonalità più chiara del colore.
Ora il prossimo compito: come produrre una tonalità più scura? Le tonalità più scure non si possono ottenere solo con C M e Y, la stampante deve usare anche l’inchiostro nero. L’inchiostro nero è indicato con la lettera K, dove K sta per chiave (key).
Vediamo ora il meccanismo dietro la stampa di tonalità scure del verde. La risposta ovvia sarebbe semplicemente mescolare una goccia di inchiostro nero con il colore verde. Logicamene è corretto, ma c’è un problema in questo metodo. Non si riesce ad aumentare il livello di scurezza del colore verde in maniera graduale, poiché la dimensione della goccia nera e verde è la stessa. Per ottenere tonalità diverse dei colori con precisione, anche qui gli ingegneri hanno ingannato la nostra percezione. Basta rilasciare una goccia di inchiostro nero tra le gocce verdi in base alla tonalità desiderata. Questo inganna il cervello facendogli percepire una tonalità più scura del colore.
La qualità delle stampanti moderne è molto elevata grazie alla dimensione estremamente ridotta delle gocce d’inchiostro. Più piccola è la goccia, maggiore è la qualità della stampa. Per una qualità decente, servono più di 300 punti per pollice quadrato di carta. Tuttavia, per ottenere risultati ancora più incredibili, le stampanti moderne dispongono da 2100 a 4200 ugelli per testina di stampa.
Grazie per aver guardato questo video. Speriamo vi abbia fornito una comprensione più chiara di cosa accade all’interno della vostra stampante. Alla prossima!
Ora consideriamo la luce proveniente dalle molecole rosse inferiori. Con un’analisi simile si arriva al risultato finale. Il nero è presente in una buona porzione tra le luci rosse e verdi, il che influenza il colore finale. Questo colore giallo fangoso è ciò che il nostro occhio percepisce a causa della presenza del nero. Un buon esempio per capire l’effetto del nero sul colore finale è quello dei capelli grigi. Vediamo il colore complessivo dei capelli come grigio, ma in realtà è una combinazione di capelli bianchi e neri. Ecco perché il metodo sottrattivo è completamente diverso da quello additivo, e perché abbiamo ottenuto una stampa orribile quando abbiamo usato i colori RGB nelle testine di stampa.
Finora, abbiamo capito che non possiamo usare i colori primari RGB per riprodurre i colori, e il metodo sottrattivo è il colpevole. Il colore che vediamo in una stampa a inchiostro è in realtà la parte invertita dopo l’assorbimento. La soluzione è semplice. Basta invertire i colori fondamentali. I colori inversi di rosso, verde e blu sono rispettivamente ciano, magenta e giallo. Quindi, sono questi i colori che dobbiamo usare nella stampante.
Ecco un esempio. Vogliamo produrre un colore verde usando questi colori C Y M. Per prima cosa, rilasciamo una goccia di inchiostro ciano dall’ugello. Prima che questa si asciughi, rilasciamo una goccia di giallo nello stesso punto. La mescolanza di questi due colori produrrà un perfetto verde. Dopo un po’, la goccia viene assorbita dalla carta e otteniamo un punto verde. Allo stesso modo, come mostrato nell’animazione, possiamo produrre la maggior parte dei colori in modo perfetto usando le gocce C Y e M.
Abbiamo visto come produrre un colore verde perfetto in una stampante a getto d’inchiostro, ma possiamo produrne anche una tonalità più chiara, come queste? Per riuscirci, gli ingegneri hanno ingannato i nostri occhi. Hanno semplicemente stampato il colore verde normale con spaziature differenti. Aumentare lo spazio tra i punti inganna il cervello facendo percepire una tonalità più chiara del colore.
Ora il prossimo compito: come produrre una tonalità più scura? Le tonalità più scure non si possono ottenere solo con C M e Y, la stampante deve usare anche l’inchiostro nero. L’inchiostro nero è indicato con la lettera K, dove K sta per chiave (key).
Vediamo ora il meccanismo dietro la stampa di tonalità scure del verde. La risposta ovvia sarebbe semplicemente mescolare una goccia di inchiostro nero con il colore verde. Logicamene è corretto, ma c’è un problema in questo metodo. Non si riesce ad aumentare il livello di scurezza del colore verde in maniera graduale, poiché la dimensione della goccia nera e verde è la stessa. Per ottenere tonalità diverse dei colori con precisione, anche qui gli ingegneri hanno ingannato la nostra percezione. Basta rilasciare una goccia di inchiostro nero tra le gocce verdi in base alla tonalità desiderata. Questo inganna il cervello facendogli percepire una tonalità più scura del colore.
La qualità delle stampanti moderne è molto elevata grazie alla dimensione estremamente ridotta delle gocce d’inchiostro. Più piccola è la goccia, maggiore è la qualità della stampa. Per una qualità decente, servono più di 300 punti per pollice quadrato di carta. Tuttavia, per ottenere risultati ancora più incredibili, le stampanti moderne dispongono da 2100 a 4200 ugelli per testina di stampa.
Grazie per aver guardato questo video. Speriamo vi abbia fornito una comprensione più chiara di cosa accade all’interno della vostra stampante. Alla prossima!