เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ตได้ช่วยขับเคลื่อนการปฏิวัติด้านไอที และตอนนี้สามารถหาซื้อได้ที่ไฮสตรีทในราคาเพียง $100 เครื่องพิมพ์ส่วนใหญ่ทำงานโดยการพ่นหมึกสีหยดเล็กๆ ออกจากหัวฉีดโดยใช้แรงดันหรือความร้อน แม้ว่าจะขายเครื่องพิมพ์ได้หลายสิบล้านเครื่องในแต่ละปี แต่ฟิสิกส์ของเทคโนโลยีอิงค์เจ็ทยังคงเป็นศิลปะสีดำ: คำถามรวมถึงวิธีที่หยดแตกเมื่อออกจากหัวฉีดและวิธีที่พวกเขากระเด็นออกจาก
วัสดุพิมพ์
บริษัทต่างๆ กำลังพยายามขยายเทคโนโลยีอิงค์เจ็ทไปยังตลาดอื่นๆ เช่น ยา อิเล็กทรอนิกส์ และพลังงานหมุนเวียน ทุกครั้งที่คุณซื้อคอมพิวเตอร์เครื่องใหม่ คุณทราบดีว่าภายในไม่กี่เดือนเครื่องนั้นจะถูกแทนที่ด้วยเครื่องที่เร็วกว่า ราคาถูกกว่า และมีหน่วยความจำมากกว่า อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องง่าย
ที่จะลืมว่าการปฏิวัติที่คล้ายกันนี้เกิดขึ้นอย่างเงียบๆ ในโลกของการพิมพ์ เครื่องพิมพ์ตั้งโต๊ะซึ่งขณะนี้มีราคาเพียง 100 เหรียญสหรัฐฯ ถือเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่น่าประหลาดใจ
จากจุดเริ่มต้นที่ต่ำต้อยเมื่อ 30 ปีที่แล้ว เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ตได้พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว
และได้ส่งมอบเครื่องพิมพ์ดอทเมตริกซ์ที่เรียบง่ายให้กับถังขยะเทคโนโลยี (ดู “ประวัติโดยย่อของการพิมพ์อิงค์เจ็ต”) ในแต่ละปีมีการผลิตเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทมากกว่า 100 ล้านเครื่อง โดยทำการตลาดอย่างชาญฉลาดเพื่อให้เครื่องพิมพ์มีราคาถูก แต่หมึกที่ใช้ขายในราคาสูงถึง 1,500 ดอลลาร์ต่อลิตร
เนื่องจากการพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทเป็นธุรกิจที่ทำกำไรได้ดี คุณอาจคิดว่าเทคโนโลยีพื้นฐานนั้นเข้าใจได้อย่างสมบูรณ์แล้ว แต่ถึงแม้จะใช้เงินหลายพันล้านดอลลาร์ในการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีอิงค์เจ็ท – มีการจดสิทธิบัตรอิงค์เจ็ทประมาณ 10 ฉบับทุกวันทั่วโลก กระบวนการอิงค์เจ็ทยังคงให้ความรู้สึก
ที่น่าผิดหวังเกี่ยวกับการเล่นแร่แปรธาตุและความมหัศจรรย์ ตัวอย่างเช่น เครื่องพิมพ์ที่ใช้งานได้ดีกับหมึก A อาจไม่พิมพ์หมึก B แม้ว่าหมึกทั้งสองจะมีลักษณะเหมือนกันก็ตาม ในทำนองเดียวกัน หมึกที่พิมพ์ได้อย่างสมบูรณ์แบบบนวัสดุพิมพ์ X จะเลอะและเบลอบนวัสดุพิมพ์ Y การระบุสาเหตุ
จึงไม่ค่อยง่ายนัก
นอกจากนี้ยังอาจเป็นเรื่องยากที่จะวัดค่าพารามิเตอร์หลัก เช่น ปริมาณหมึกที่ปล่อยออกมาจากหัวฉีดของเครื่องพิมพ์ หรือจุดที่หยดหมึกใดหยดหนึ่งจะตกลง แต่เทคโนโลยีอิงค์เจ็ททำมากกว่าแค่สนับสนุนการปฏิวัติ “การเขียนโดยตรง” ซึ่งทำให้เราทุกคนสามารถพิมพ์ข้อความ รูปภาพ และภาพถ่ายคุณภาพสูง
บนกระดาษภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างลวดลายบนสิ่งทอหรือทำให้เฟอร์นิเจอร์หรือกระเบื้องปูพื้นดูเหมือนไม้ หิน หรือเซรามิกด้วยต้นทุนเพียงเศษเสี้ยวของของจริงสิ่งที่น่าสนใจที่สุดสำหรับนักฟิสิกส์คือ เทคโนโลยีอิงค์เจ็ทเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการฝากวัสดุที่ “ฉลาด”
จำนวนเล็กน้อยในรูปของหยดของเหลวขนาดเล็ก นักวิจัยจึงใช้มันเพื่อพัฒนาวิธีการใหม่ๆ ในการผลิตตั้งแต่เซลล์แสงอาทิตย์และเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ไปจนถึงวงจรอิเล็กทรอนิกส์และยา แอปพลิเคชั่นบางตัวอาจฟังดูเกินจริง แต่ก็อยู่ในขอบเขตของเหตุผลโดยสิ้นเชิง
การสร้างภาพด้วยเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ททั้งหมดทำงานโดยการพ่นหมึกหยดหนึ่งชุดจากหัวฉีดในหัวพิมพ์ไปยังวัสดุพิมพ์ หยดเหล่านี้ถูกสะสมทีละบรรทัดภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ เกิดเป็นจุดที่รวมกันเป็นรูปภาพ จำนวนจุดที่สะสมในแต่ละครั้งขึ้นอยู่กับจำนวนหัวฉีดทั้งหมดในหัวพิมพ์
เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทแบบตั้งโต๊ะส่วนใหญ่มีหัวฉีดหลายร้อยหัว ซึ่งแต่ละหัวมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 ไมครอน อย่างไรก็ตาม ความเร็วในการพิมพ์ไม่จำเป็นต้องเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนหัวฉีด ท้ายที่สุด หากคุณมีหัวฉีดมากถึงสี่เท่า ก็จะมีสายควบคุมไฟฟ้าจำนวนมากถึงสี่เท่าที่ต้องตรวจสอบ
และจัดการ
ในกรณีของการพิมพ์สี ทุกจุดในภาพเกิดจากหยดสีต่างๆ กัน แต่ละหยดมีสีต่างกัน เมื่อมองจากระยะไกล หยดน้ำเหล่านี้จะปรากฏเป็นสีเดียวกับดวงตา ภาพสีที่พิมพ์ส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากสีที่แยกจากกันเพียงสี่สี ได้แก่ สีฟ้า สีม่วงแดง สีเหลือง และสีดำ ที่สะสมในปริมาณที่แตกต่างกันเพื่อจำลองสีส่วนใหญ่
ที่ตาสามารถแยกแยะได้ โทนสีและเฉดสีของแต่ละจุด (เช่น แต่ละพิกเซล) ขึ้นอยู่กับปริมาณและตำแหน่งที่แน่นอนของหยดสีแต่ละหยด อย่างไรก็ตาม การเลียนแบบโทนสีเนื้อของมนุษย์ด้วยสีเพียงสี่สีอาจเป็นเรื่องยาก ด้วยความปรารถนาที่จะสร้างภาพที่พิมพ์ออกมาให้สมจริงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
เครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทหลายรุ่นจึงใช้สีห้า หกสี และบางครั้งก็ถึงแปดสี ในการสร้างภาพคุณภาพสูง จุดที่พิมพ์ต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50 μm และมีขนาดแตกต่างกันไม่เกิน ±2% หมึกเหล่านี้ต้องวางด้วยความแม่นยำมากกว่า 20 μm ในขณะที่ปริมาตรของหมึกแต่ละหยดมีค่าเพียง 3 พิโคลิตร
(3 × 10 -12 ลิตร ) และจะมีน้ำหนักเพียงประมาณ 10 นาโนกรัม ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของแต่ละบุคคล หมึกพิมพ์ หากหยดน้ำยามีขนาดผิดหรือวางไม่ถูกต้อง ตาจะสังเกตเห็นรูปแบบที่ไม่ต้องการได้ เช่น “ภาพมัวเร” ซึ่งเป็นแถบเลือนจางที่จางกว่าและเข้มกว่าสลับกัน ซึ่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุด
เมื่อมองที่ก้อนสีทึบ เครื่องพิมพ์ส่วนใหญ่ใช้เทคนิคอิเล็กทรอนิกส์และซอฟต์แวร์ต่างๆ เพื่อหลอกตาให้มองข้ามข้อบกพร่องเหล่านี้ แม้ว่าอุปกรณ์ราคาถูกจะละเว้นเพื่อประหยัดเงิน หากใช้อย่างต่อเนื่อง เครื่องพิมพ์เดสก์ท็อปส่วนใหญ่จะทำงานประมาณ 24 ชั่วโมงก่อนที่หัวฉีดของหัวพิมพ์จะแตกหรืออุดตัน
และทำให้ภาพที่พิมพ์ออกมาเบลอ ซึ่งเทียบเท่ากับการพิมพ์กระดาษหลายพันแผ่น ซึ่งเหมาะสำหรับผู้ใช้ตามบ้าน แต่เครื่องพิมพ์อุตสาหกรรมไม่สามารถยอมรับได้โดยสิ้นเชิง เครื่องพิมพ์ที่ใช้ในการพิมพ์ เช่น โปสเตอร์สำหรับป้ายโฆษณา (รูปที่ 1) เครื่องเหล่านี้มีหัวพิมพ์มากกว่าหนึ่งหัวและสามารถบรรจุหัวฉีดได้มากถึง 30,000 หัว โดยแต่ละหัวสามารถยิงหมึกได้มากถึง 40,000 หยดต่อวินาที
