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Impresoras de Chorro de Tinta

Funcionamiento, mantenimiento y RepaRación de

impResoRas de choRRo de tinta La impresión de inyección de tinta, como la impresión láser, es un método sin contacto del cabezal con el papel, que se inventó mucho antes de sacar a la venta otras formas menos avanzadas, por el hecho de falta de investigación y experimentación. Las impresoras de inyección de tinta funcionan expulsando gotas de tinta de diferentes tamaños sobre el papel. Son las impresoras más populares hoy en día para el gran público por su capacidad de impresión de calidad a bajo costo. Su baja velocidad de impresión o el alto coste del mantenimiento por desgaste son factores poco importantes, ya que el número de copias realizadas en estos entornos es bajo. Su resolución media se encuentra en los 600 dpi. La tinta es emitida por boquillas que se encuentran en el cabezal de impresión. El cabezal de impresión recorre la página en franjas horizontales, usando un motor para moverse lateralmente, y otro para pasar el papel en pasos verticales. Una franja de papel es impresa, entonces el papel se mueve, listo para una nueva franja. Para acelerar el proceso, la cabeza impresora no imprime sólo una simple línea de píxeles en cada pasada, sino también una línea vertical de píxeles a la vez. La tinta se obtiene de unos cartuchos reemplazables. En este capítulo, que es parte del primer tomo de la colección Saber Electrónica sobre Servicio Técnico a Impresoras, y del Paquete educativo que se completa con un CD Multimedia Interactivo, veremos cómo funcionan estas impresoras, dando detalles de la placa lógica, principal componente electrónico del equipo. Si Ud. no tiene el CD del Paquete educativo, puede descargarlo desde nuestra web: www.webelectronica.com.mx, haciendo clic en el ícono password e ingresando la clave: servisoras. Coordinación: Ing. Horacio Daniel Vallejo - [email protected] En base a escritos de federico Prado, Luis Horacio Rodriguez y referencias varias

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Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de Impresoras IntRoDuCCIón Las impresoras de chorro de tinta son el tipo más común de los dispositivos de impresión utilizados en entornos domésticos y también se utilizan con frecuencia como impresoras personales en las oficinas. Hay dos razones principales para la adopción generalizada de las impresoras de inyección de tinta: bajo precio de compra y la impresionante calidad de imagen que es igual o mayor que la de la película fotográfica tradicional. En el corazón de una impresora de chorro de tinta son un gran número de boquillas microscópicas de alta precisión que expulsa tinta sobre el papel. Estas boquillas son típicamente de aproximadamente 10 micrómetros de diámetro (aproximadamente 1/10 del diámetro de un cabello humano ). No es inusual para una impresora de chorro de tinta común contener miles de boquillas en total, varios cientos para cada color de tinta. El diámetro de Figura 1 cada una de estas boquillas se fabrica con una precisión inferior al micrómetro para alcanzar el volumen de gotas de tinta consistente y uniforme, que es esencial para la densidad de color consistente y uniforme que debe quedar en la página impresa. Las impresoras de inyección de tinta producen una excelente calidad de impresión en papel no estucado sencillo, y tales papeles se utilizan comúnmente para los documentos de muchos tipos diferentes. Las imágenes fotográficas también se pueden imprimir en papel normal, pero los papeles especiales se utilizan cuando el objetivo es lograr la apariencia de una fotografía. Estos papeles fotográficos son más gruesas que el papel normal, y están recubiertos con una superficie muy lisa. Esta capa superficial también está especialmente diseñado para alojar el fluido de la tinta de chorro de tinta.

Cómo FunCIona La ImPREsoRa DE CHoRRo DE tInta En la figura 1 podemos apreciar una gráfica representativa de una impresora de chorro de tinta con sus partes constituyentes.

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Una impresora de chorro de tinta típica recibe información de control desde la computadora PC o puede procesar la información almacenada en su memoria interna. Básicamente podemos resumir su funcionamiento como sigue: Los rodillos de avance de papel de la bandeja de entrada (1) encuadra la hoja a imprimir hacia la posición del cabezal de impresión que posee los cartuchos de tinta (2). Entonces, el motor paso a paso del cabezal de impresión (3) entra en acción, ubicando el conjunto de impresión que se encuentra sobre una varilla de deslizamiento (4) a su posición de partida, por lo general a través de una correa (5). El cabezal de impresión (6) es una increíble pieza de la miniaturización, en algunos casos fabricados a través de un proceso de ataque químico similar a la fabricación de semiconductores. En algunas impresoras, el cartucho de tinta y la cabeza o cabezal (7) son una sola unidad. Los inyectores microscópicos del cabezal (8), son abastecidos por cámaras de tinta muy pequeñas (9) capaces de imprimir decenas de miles de puntos en forma de gotitas minúsculas que son alimentados por los embalses del car-

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L as I mpresoras tucho. Estas gotitas microscópicas (10), son una millonésimas de una millonésima parte de un litro (no, eso no es un error), y salen a través de las boquillas. Como el sistema de bombeo de tinta no puede ser tan pequeño, en su lugar, la mayoría de las impresoras de inyección de tinta (Epson exceptuado) utilizan la tecnología "térmica" en la que se activa una pequeña resistencia (11) en una cámara de tinta, según sea necesario, con una corriente intensa. El sobrecalentamiento de tinta produce una vaporización que genera la gotita. El resultado: La gotita se fija sobre el papel, figura 2. Epson emplea un proceso piezoeléctrico en el que la aplicación de corriente se realiza sobre un cristal en una cámara de tinta, lo que hace que el cristal oscile e inyecte la tinta. Sigue esta acción capilar mediante la inyección de tinta que se encuentra en la cámara. El texto y las imágenes se construyen, línea por línea, ya que el cabezal de impresión sigue a través de la página. Una cámara de impresión puede repetir el ciclo: Calentamiento → cocción → enfriamiento Estos ciclos pueden llegar a miles de veces por segundo.

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tECnoLogía DE FabRICaCIón CabEzaLEs

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Existen diferentes técnicas de micro - fabricación de precisión para las boquillas de chorro de tinta que se emplean en la producción comercial, podemos mencionar, por ejemplo, galvanoplastia, la ablación por láser, grabado anisotrópico y fotolitografía. Para cada color de tinta, todas las boquillas en el carro están formados típicamente en un solo paso de fabricación para controlar con precisión sus posiciones relativas, lo cual es importante para lograr una impresión uniforme, sin bandas. En algunos casos, todas las boquillas para cada color de tinta se forman juntos en un solo paso. Las boquillas están todas formadas como orificios a través de una única lámina plana de un material. Este material se selecciona por su compatibilidad con el método de la fabricación particular elegido. Las boquillas de chorro de tinta están todas montadas juntas en un conjunto de carro en movimiento que se mueve a alta velocidad (típicamente mayor a 1 metro por segundo) hacia atrás y adelante a través del papel. Las boquillas se ubican alrededor de 1 mm

Figura 2

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Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de Impresoras desde el papel, y las velocidades de inyección de tinta están en el rango de 5 a 10 metros por segundo .

métoDos DE ImPREsIón PoR CHoRRo DE tInta Tal como mencionamos al comienzo, la tinta es expulsada desde una boquilla mediante la aplicación de un pulso de presión a la tinta de fluido en el tubo de suministro, “aguas arriba” de esa boquilla. Hay dos métodos comunes para la creación de este impulso de presión : burbuja térmico y piezoeléctrico . En la técnica de la burbuja térmica, se forman canales de tinta en la superficie de un sustrato plano con un polímero fotosensible, tal como se desprende de la gráfica mostrada en la figura 3. En el cabezal se forma o construye un pequeño calentador utilizando una película de capa metálica delgada resistiva de menos de 1 micrómetro de espesor en la pared del canal de tinta que lleva a cada boquilla. El calentador formado (por técnicas similares a las usadas para la fabricación de semiconductores) es de forma cuadrada, de aproximadamente 10 a 20 micrómetros en cada lado. De esta manera se forma una resistencia de película delgada con los contactos asociados a dos lados opuestos. Se hace fluir un pulso de corriente eléctrica a través de la resistencia de calentamiento durante aproximadamente 1 microsegundo de duración. La amplitud de esta corriente eléctrica está diseñada para calentar la resistencia lo suficiente para hacer “hervir la tinta”. Una fina capa de tinta (alrededor de 0,01 micrómetros de tinta) próxima a la resistencia hierve, formando una burbuja de vapor con un tamaño de alrededor de un millar de veces en volumen de la tinta líquida (se formó una burbuja). Esta expansión de volumen crea un impulso de presión en el fluido, haciendo que la tinta en la boquilla descienda por la acción del calentador para ser expulsada hacia el papel. Después de varios microsegundos, la burbuja de vapor se enfría y colapsa. A continuación, la tensión superficial de la tinta en la boquilla “absorbe” más tinta desde el depósito para volver a llenar la boquilla, en preparación para la siguiente gota que será expulsada. La segunda técnica de “pulso de presión” para expulsión de la tinta utiliza materiales pie-

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Figura 3 zoeléctricos, que son materiales cristalinos que tienen la propiedad de deformarse cuando se aplican campos eléctricos elevados a través de ellos. Se emplean dos configuraciones comúnmente: varillas piezoeléctricas que se alargan bajo campos aplicados, o compuestos (biomorphs) que se doblan en una geometría similar a un parche. En cualquiera de los casos, estos materiales se configuran de manera que se deforma una de las paredes del canal de tinta que lleva a cada boquilla, tal como se aprecia en la imagen de la figura 4. Esta deformación aprieta el canal, creando un impulso de presión y la inyección de tinta desde la boquilla. Un diafragma elástico aísla los materiales piezoeléctricos cristalinos de la tinta. Los impulsos eléctricos que dan energía a estos elementos piezoeléctricos están una vez más en el rango de microsegundos lo cual permite “inyectar” gotitas de tinta miles de veces por segundo. Los canales de tinta en un cabezal de impresión piezoeléctrico de chorro de tinta se pueden formar usando una variedad de técnicas, pero un método común es la lamina-

Figura 4

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Figura 5 ción de una pila de placas de metal, cada uno de los cuales incluye precisión las características micro fabricadas de varias formas. Los dos métodos de generación de presión tienen diferentes ventajas y desventajas. Las resistencias de calentamiento utilizadas en la técnica de la burbuja térmica son sustancialmente más pequeñas que los elementos piezoeléctricos, que es una ventaja. También, las resistencias de calentamiento y sus cables eléctricos se pueden fabricar directamente en un chip de silicio que incluye la electrónica de conducción integrada y además tiene los canales de tinta formados en capas de fluidos por foto-polímero en su superficie, lo cual es otra ventaja. Por otro lado, la técnica de la burbuja térmica hace hervir una capa delgada de tinta (aproximadamente 1/1.000 de la tinta hierve, se vaporiza y recondensa durante la operación). Debido a la ebullición, la tinta debe estar diseñada para evitar los productos de descomposición térmica que podría acumularse en los canales de tinta. El proceso para la inyección de una gota de tinta dura aproximadamente 83 microsegundos, tal como se desprende de la secuencia mostrada en la figura 5. En cambio los chorros de tinta piezoeléctricos no hacen hervir la tinta. Sin embargo, en la práctica, las tintas de impresión de chorro de tinta han sido diseñadas para tener un excelente rendimiento para las impresoras de chorro de tinta del hogar y la oficina y no sufren ninguna degradación en el punto de ebullición experimentado en una impresora de chorro de burbujas de tinta térmica. Así, en la actualidad, la ebullición de tinta no ha sido un inconveniente en el rendimiento de impresión de chorro de burbujas de tinta térmica siempre que se use la tinta adecuada.

Tintas para todos los tipos de impresión de chorro de tinta se filtran cuidadosamente durante la fabricación para eliminar las partículas que puedan obstruir los estrechos canales y boquillas. Filtros adicionales se encuentran en las impresoras de chorro de tinta en los propios colectores de fluido en la parte superior de los canales estrechos. Las tintas de impresión por chorro de tinta son comúnmente a base de agua, y contienen cualquiera de las moléculas de colorantes (color) o pigmentos (materiales cristalinos de color). El diseño de las tintas de impresión de inyección de tinta es engañosamente complejo. Por ejemplo, la tinta debe secarse muy rápidamente cuando se fija en el papel, pero no debe secarse en la boquilla. Para ello se requieren una serie de diferentes aditivos en cada tinta para lograr la combinación adecuada de las propiedades de alta calidad de imagen y el funcionamiento robusto. Cuando la impresora de chorro de tinta no está funcionando, los inyectores están todos cubiertos por un gran tapón que mantiene la tinta sin que se seque para evitar potencialmente la obstrucción de los inyectores. Sin embargo, durante la operación, en función de la imagen que se está imprimiendo, algunas de las boquillas individuales puede escanear varias veces a través de la página sin necesidad de imprimir en absoluto, y esto podría ser un problema, ya que los inyectores están destapados en ese punto. Para evitar que la tinta se seque en las boquillas de tinta de tales condiciones se dispara desde cada boquilla a intervalos regulares. El carro está diseñado para explorar mucho más allá del borde de la hoja, donde se encuen-

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Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de Impresoras tra un receptáculo de residuos de tinta, y aquí es donde se “tiran” las gotas de tinta extra. Esto significa que, por ejemplo, por más que no estemos imprimiendo nada con color amarillo, igual se usa algo de tinta para evitar que los inyectores se tapen. De vez en cuando, la placa de boquillas del cabezal de la impresora de chorro de tinta también se limpia con una escobilla de goma, algo así como un limpiaparabrisas, para asegurarse de que está libre de suciedad que podría desviar los chorros de tinta . Las gotas de tinta se suelen imprimir a una resolución de 600 o 1200 puntos por pulgada. Los volúmenes típicos de gotas de tinta individuales están en el rango de 1 a 5 picolitros (mil millones de gotitas ocupan un litro de tinta), la producción de tamaños de punto impreso en el papel en el rango de 10 a 20 micrómetros de diámetro. Se utilizan patrones de medios tonos con un número variable de puntos por unidad de superficie para producir colores de intensidad variable, que son menos saturado que las tintas puras. Estos patrones de medios tonos se han optimizado para reducir al mínimo la visibilidad de la estructura de puntos para el ojo humano. Normalmente el negro más los tres colores primarios sustractivos (cian, magenta y amarillo) son los 4 colores principales impresos. Además, para las imágenes fotográficas es común también imprimir cian claro, magenta claro, y tal vez gris (todos los cuales han reducido las concentraciones de colorantes en comparación con los principales tintas saturadas). Estas tintas de luz permiten un aumento significativo en la suavidad de las porcio- Figura 6 nes de color ligeramente de las imágenes, lo que resulta en sustancialmente menos grado de aspereza imagen en aquellas áreas que si se imprimen con sólo las tintas saturados . La colocación precisa de los puntos de tinta en la página es fundamental para lograr colores uniformes sin bandas. Codificadores ópticos controlan con precisión la ubicación de los puntos impresos, tanto a través y hacia abajo de la página. Un codificador óptico está

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formado por tres componentes principales: un diodo emisor de luz, un fotodetector y una rueda de código transparente o tira de codificación colocada entre el emisor de luz y el detector. El movimiento del carro de chorro de tinta a través de la página se controla por una tira de código de plástico de longitud que se extiende en todo el ancho de la zona de impresión. Esta tira de código pasa entre un emisor de luz y el detector montado sobre el carro móvil. Para el observador casual, la tira de plástico puede parecer una pieza de color gris claro de lámina de plástico endeble, pero en realidad es una de las claves de la precisión de todo el mecanismo de inyección de tinta. Se compone de una matriz densa de rayas negras impresas en una hoja delgada de plástico transparente, lo que hace que se vea desde la distancia como es un color uniforme de color gris claro. A medida que el carro pasa cada raya, el haz de luz se interrumpe y el fotodetector genera un impulso de sincronización que controla la temporización de la expulsión de la gota de tinta. Estas señales de sincronización aseguran que las gotas de tinta se impriman en lugares precisos, incluso si existe alguna variación en la velocidad del carro, o si el carro está acelerando o desacelerando cerca del principio o el final de su recorrido . La ubicación de los puntos “arriba y abajo” de la página es controlada por dos factores diferentes: paso de la boquilla y un segundo codificador. El paso de la boquilla es la separación entre las boquillas en el carro, como se describió anteriormente, este espaciado de precisión está integrado en el producto mediante la fabri-

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cación de todas las boquillas para cualquier color dado en un único paso en una única lámina plana de material. El segundo factor es el avance de la franja: la distancia controlada con precisión de avance del papel después de cada pasada del carro a través del papel. Esta distancia de avance se

controla por el segundo codificador, que utiliza una rueda de código en forma de disco con rayas radiales y que está montada en el eje del motor de avance del papel. El uso de este codificador se consigue sin motores de alta precisión y sistemas mecánicos. Para finalizar con esta sección, en la figura 6 podemos apreciar una impresora de chorro de tinta desarmada.

Figura 11

La ELECtRónICa DE Las ImPREsoRas DE CHoRRo

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Es fácil deducir que sin electrónica no hubiesen habido avances tecnológicos tan significativos que permitan poseer equipos excelentes con bajo costo y buen desempeño. Los técnicos reparadores, en general, se dedican a cambiar piezas cuando deben reparar una impresora, es por ello que

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Funcionamiento, Mantenimiento y Reparación de Impresoras Figura 13

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“quien repare” las placas lógicas (motherboards o placas madre) tendrá asegurado un buen campo de trabajo. Para acceder a la placa lógica y poder efectuar una comprobación exhaustiva de su funcionamiento es preciso contar con el manual de servicio del equipo. En la figura 7 podemos apreciar una impresora HP Deskjet 1055 después de completar los pasos para la desinstalación del panel de cristal del escáner, se puede ver el interior de la impresora. Recuerde esperar por lo menos 15 minutos después de apagar el aparato antes de manipular la placa base. Para quitar la placa primero debemos retirar los cables planos de sus conectores, tirando desde la parte azul de dichos cables, tal como se muestra en las figuras 8 y 9. Mire ahora la figura 10, debe retirar los tres conectores de cables “de poder” de la placa, para ello tire desde cada conector; tenga en cuenta que esto puede requerir un poco de fuerza. Usando un destornillador o desarmador Torx T-10, desenrosque los tres tornillos de 1/2” que fijan la placa base al gabinete, figura 11.

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El tornillo en la parte superior de la foto se ve diferente de los otros dos tornillos. Tome nota de su posición, ya que debe ir en el mismo agujero de la hora de poner en la nueva placa base, figura 12. Tire de la placa base hacia fuera, con cuidado, asegurándose de que nada la mantiene con el gabinete. El aspecto de la placa lógica se ve en la figura 13. Si bien en una próxima entrega explicaremos el funcionamiento del circuito electrónico de una impresora típica, en la figura 14 se puede ver el circuito eléctrico de una impresora EPSON Stylus 750 y en la figura 15 se brinda el diagrama del bloque de la sección de control. J Figura 15