Como funciona a impressora jato de tinta (ART1316)

Estas são as mais utilizadas atualmente pela sua relação custo/benefício. Impressoras desse tipo muito baratas podem ser obtidas numa infinidade de modelos com uma grande variedade de opções de qualidade, algumas das quais até mesmo conjugadas a outros periféricos como scanners e copiadoras. Nesse artigo vamos dar uma breve visão de seu princípio de funcionamento, ideal para os leitores que pretendem reparar esse tipo de periférico. Este artigo é uma amostra do que o leitor vai encontrar em nosso livro Impressoras - Funcionamento e Manutenção que tem mais de 470 páginas sobre o assunto.

 

Pela quantidade de tipos que existem, pelo seu baixo custo, são as mais usadas atualmente. Podemos dizer que a maioria das impressoras que vai chegar à oficina do profissional é desse tipo.

A idéia básica de uma impressora Jato de Tinta é borrifar ponto a ponto de imagem no local em que caractere deve ser produzido, com uma grande velocidade e precisão, conforme sugere a figura 1.

 

Figura 1
Figura 1

 

A gotícula de tinta (toner) é borrifada através da ação de um transdutor piezoelétrico que existe no interior da cabeça, conforme mostra a vista em corte da figura 2.

 

Figura 2
Figura 2

 

Ao se aplicar um pulso de comando (tensão) ao transdutor, ele deforma produzindo assim a pressão mecânica que empurra a gotícula de tinta através da abertura da cabeça de impressão.

Como os pulsos de comando são extremamente curtos, pode-se obter uma boa velocidade de impressão além de uma excelente definição da imagem impressa. Por esse motivo, essas cabeças permitem a impressão de imagens com muitos detalhes, inclusive figuras e fotos e até mesmo imagens em cores.

Para as imagens em cores temos quatro reservatórios de toner, sendo um de tinta preta e outros três nas cores básicas que permitem a obtenção de qualquer outra cor por combinação, conforme mostra a figura 3.

 

Figura 3
Figura 3

 

 

Encontramos então quatro circuitos de comando que determinam a cor de cada ponto de imagem a partir de um processamento.

A definição da imagem de uma impressora desse tipo é dada em termos de pontos por polegada ou "dots per inch" (dpi), podendo ultrapassar os 360 x 360, onde os valores determinam a definição no sentido horizontal e vertical.

Evidentemente, esta definição significa que pontos de imagem extremamente pequenos devem ser produzidos o que nos leva a furos de dimensões extremas na cabeça, o que também exige muito cuidado com a qualidade do toner e o próprio manuseio da cabeça de impressão.

Na figura 4 temos uma vista mais completa de uma cabeça de impressão que é o nosso ponto de partida para a análise desse tipo de impressora. Tomamos como exemplo um "cartucho" preto que é o mais simples, já que todos os demais operam segundo o mesmo princípio.

 

Figura 4
Figura 4

 

A tinta (toner) desce até a cabeça por gravidade, chegando aos furos de ejeção que podem variar de 12 a 50 tipicamente, dependendo do tipo de cabeça e a época de sua fabricação.

Os furos de ejeção são extremamente finos, chegando à metade da espessura de um fio de cabelo. Estes fios são feitos numa placa de metal através de laser, para se obter a uniformidade e precisão que a aplicação exige.

O toner não consegue escapar por esses furos, mesmo que permaneçam destampados, devido tanto a sua viscosidade como ao que se denomina tensão superficial. Podemos dizer que em cada furo forma-se uma pequena "tampa" de toner que fica pronta para ser ejetada ao comando do transdutor.

Em cada furo existe uma bomba de tinta que nada mais é do que um transdutor que pode ser disparado de forma independente pelo circuito de comando.

A alta velocidade de reação do transdutor aliada às diminutas dimensões do furo, e da própria gota de tinta, permite que a ação de ejetar uma gotícula seja extremamente rápida.

Uma desvantagem deste tipo de cartucho é que ele não contém apenas a tinta mas todo o mecanismo de ejeção, ou seja, a parte formada pelos transdutores e bombas de tinta, assim como o circuito de processamento. Esse fato é que encarece este tipo de cartucho que justamente é um elemento crítico na escolha de uma impressora de jato de tinta.

Um elemento crítico da cabeça de impressão que está contida no cartucho que merece uma análise um pouco mais detalhada é a bomba piezoelétrica de tinta.

Na figura 5 mostramos que em torno do duto por onde passa a tinta existe um anel de cerâmica piezoelétrica.

 

Figura 5
Figura 5

 

Quando um pulso de 60 a 250 V é aplicado a essa cerâmica, ela sofre uma deformação que empurra violentamente para fora uma gota de tinta. O tamanho dessa gota é determinado pela duração pulso e já programado para o circuito específico.

A operação deste transdutor pode ser feita numa velocidade muito alta que chega a uma freqüência da ordem de 5 kHz ou 5 000 pulsos por segundo. Isso significa que uma cabeça típica de impressora de jato de tinta pode lançar gotículas de tinta a uma velocidade de máxima dessa ordem ou uma a cada 200 µs.

Veja que a forma de onda do pulso de comando é muito importante para se obter a correta ejeção da gota de tinta numa impressora desse tipo. Na figura 6 mostramos a forma de onda típica que é encontrada nessas impressoras para a excitação do transdutor.

 

Figura 6
Figura 6

 

A tinta usada nos cartuchos tem características especiais que devem ser levadas em conta quando trabalhamos com esse tipo de impressora.

De fato, são usadas tintas indeléveis baseadas em solventes que secam rapidamente em contacto com o ar. Isso torna o uso dos cartuchos algo crítico em relação ao tempo em que ficam com suas saídas expostas ao ar. Assim, é comum que impressoras que fiquem sem uso por alguns dias ou semanas tenham seus cartuchos ressecados e com isso os dutos das tintas entupidos.

Muitas impressoras modernas possuem uma esponja que limpa e tampa os bicos de tinta quando o cartucho se movimenta para a posição de repouso (home), de modo a evitar seu ressecamento. No entanto, o profissional deve estar atento para este tipo de problema.

As esponjas com os tempo ressecam e também ficam impregnadas de tinta perdendo assim sua capacidade de proteger e limpar os cartuchos, caso em que falhas podem ocorrer. A substituição das esponjas é algo que deve fazer parte da rotina de manutenção de uma impressora que possua esse recurso, conforme mostra a figura 7.

 

Figura 7
Figura 7

 

 

Recarga e Reciclagem de Cartuchos

Uma prática muito comum, entre os usuários de cartuchos para impressoras Jato de Tinta, é a reciclagem dos cartuchos. Os cartuchos vazios são trocados por outros que tenham sido cheios com um novo estoque de toner.

Isso nem sempre é possível, pois existem alguns tipos de cartucho que possuem recursos para que o circuito seja inutilizado (queimado) quando a tinta chega ao fim.

Uma boa prática hoje em dia para quem compra uma impressora deste tipo não é apenas estar atento à qualidade de sua impressão e ao seu custo, mas também ao custo dos cartuchos novos. Em alguns casos, os cartuchos chegam a custar 1/3 do valor da própria impressora!

A possibilidade de se contar com cartuchos de fabricação nacional (bem mais baratos) ou ainda de se contar com cartuchos separados para as cores. Não será preciso substituir o cartucho com todas as cores quando o reservatório de apenas uma delas se esgotar é algo que deve ser considerado.

Mas cuidado! Existem impressoras que tem o circuito travado quando apenas um dos cartuchos de cores chega ao fim, exigindo sua troca, mesmo que desejemos usar apenas a impressão em preto.

Temos utilizado cartuchos remanufaturados, ou seja, que tenham sido cheios novamente com o toner sem problemas. No entanto, para isso é preciso que o usuário conte com um fornecedor de confiança.

Da mesma forma, existem kits à venda que permitem que o próprio usuário recarregue seus cartuchos, ganhando assim um bom tempo e, para os que desejarem, isso pode consistir numa fonte de renda adicional.

 

O circuito eletrônico da Impressora Jato de Tinta

Não existe muita diferença entre os blocos funcionais de uma impressora jato de tinta e uma impressora matricial, conforme podemos observar pelo diagrama da figura 8.

 

Figura 8
Figura 8

 

O bloco inicial corresponde à fonte de alimentação. O consumo das impressoras jato de tinta é relativamente baixo e não são usadas altas tensões em nenhum setor. A tensão máxima é justamente a usada no disparo dos transdutores das cabeças de impressão (cartuchos).

Assim, fontes lineares comuns ou mesmo fontes chaveadas relativamente simples são as configurações normalmente encontradas nessas impressoras. Na figura 9 temos um circuito típico de fonte usada nesse tipo de impressora.

 

Figura 9
Figura 9

 

Tensões de 5 e 12 V são as normais nesse setor, alimentando os circuitos lógicos e os circuitos de excitação de motores de passo e dos bicos injetores.

Na verdade, o único setor onde uma tensão mais alta é necessária é justamente no acionamento dos bicos de tinta, quando precisamos produzir pulsos de 60 a 200 V tipicamente. No entanto, como os transdutores piezoelétricos são de alta impedância, a corrente nessas fontes é relativamente baixa.

As tensões para esse setor podem ser obtidas diretamente a partir da própria fonte com um enrolamento especial ou de um setor inversor que faz uso de um transformador.

Os sinais que vem do PC entram num processador que os converte para o formato exigido para a impressão armazenando um certo número de páginas numa memória buffer. A finalidade dessa memória é manter a impressora trabalhando mesmo quando o computador não está mais enviando informações. Dessa forma, o computador pode se ocupar nesse intervalo com outras tarefas.

Da mesma forma que nas impressoras matriciais existem basicamente dois movimentos que devem ser controlados numa impressora jato de tinta.

O primeiro é o movimento da cabeça de impressão que basicamente é o cartucho. Esse movimento é realizado com a ajuda de um motor de passo que, atua sobre um sistema de parafuso sem fim ou correias colocando a cabeça de impressão no ponto exato sobre o papel.

Para a movimentação desse motor normalmente é usada uma etapa de potência com a configuração típica mostrada na figura 10.

 

Figura 10
Figura 10

 

São usados transistores de média potência capazes de manusear correntes que chegam a 500 mA e que devem ser dotados de dissipadores de calor. Como estes transistores comutam uma carga indutiva que consiste nos enrolamentos do motor, a comutação gera pulsos de alta tensão que podem danificar esses transistores, principalmente porque trabalham em regime de alta potência.

Os componentes desta etapa podem portanto queimar com certa facilidade, mas são normalmente usados transistores bipolares comuns de fácil obtenção e que em muitos casos podem ser os BD135 ou BD137 ou os TIP31. Dependendo do circuito, tipos Darlington como os TIP110 ou TIP120 podem ser usados sem problemas.

Para a movimentação do papel também temos circuitos equivalentes com motores de passo e transistores de acionamento de média potência do mesmo tipo.

O bloco seguinte a ser analisado é o que corresponde à excitação das bombas de tinta usando transdutores piezoelétricos. Conforme vimos, esses transdutores operam com pulsos cuja amplitude está entre 60 e 250 V tipicamente. Para excitar tais transdutores é preciso usar circuitos especiais como o mostrado na figura 11.

 

Figura 11
Figura 11

 

Um transformador eleva a amplitude dos pulsos para os valores exigidos à excitação. A forma de onda destes pulsos é importante, sendo tipicamente a mostrada na figura 12.

 

Figura 11
Figura 12

 

Veja que é importante conhecer esta forma de onda quando se faz o diagnóstico de um defeito de uma impressora usando um osciloscópio. O diagrama da impressora normalmente traz a forma de onda que deve ser encontrada em cada ponto do circuito e uma deformação significa uma falha que pode ter as mais diversas origens.

Capacitores com fugas, resistores abertos ou alterados, transistores com fugas ou ganho alterado podem ser a causa de deformações no sinal aplicado a um transdutor e com isso uma alteração na impressão obtida.

Temos finalmente os circuitos de controle e informações do status da impressora. Para os circuitos de controle normalmente são usadas chaves de pressão que aplicam pulsos ao microprocessador, os quais são interpretados de modo a possibilitar a execução de uma determinada tarefa.

Para os dispositivos de informação, os mais usados são LEDs no painel, se bem que também encontremos displays de cristal líquido ou mesmo de LEDs de 7 segmentos.

Evidentemente, como a impressora pode enviar eventuais mensagens de status para o PC, essas mensagens podem aparecer na tela do monitor, daí a não necessidade de um painel de controle muito complexo nela.

 

Mecânica das Impressoras Jato de Tinta

Os componentes mecânicos que encontramos nas impressoras jato de tinta são os que se destinam basicamente a movimentação da cabeça de impressão, no caso o cartucho e a movimentação do papel.

Nos dois casos são usados motores de passo com sistemas de redução e acoplamento de acordo com o movimento desejado e também a precisão.

Na figura 13 temos um mecanismo simplificado de movimentação da cabeça de impressão para que o leitor tenha uma idéia de seu princípio de funcionamento.

 

Figura 13
Figura 13

 

A cabeça que nada mais é do que o cartucho num suporte apropriado é movimentada transversalmente em relação ao papel através de uma barra que vai de lado a lado na impressora.

O movimento desloca a cabeça até o ponto em que os símbolos devem ser gravados. Movimentação nos dois sentidos, fazendo um zigue-zague, a impressora grava linha por linha, conforme mostra a figura 14.

 

Figura 14
Figura 14

 

Na operação normal podemos ter duas passagens da cabeça por linha de impressão de modo a se obter uma definição padrão (standard). No entanto no modo draft (rascunho) pode-se ter apenas uma passagem com menor definição.

Neste caso, além de economizar tinta temos uma impressão muito mais rápida de um documento.

Por outro lado, podemos ter a impressão em alta definição ou retrato para imagens em cores, por exemplo, em que poderemos ter diversas passadas do cartucho por linha. Neste caso, além de termos um gasto maior de tinta, também teremos um tempo bem maior de impressão por página.

O usuário deve selecionar o modo de impressão de acordo com o tipo de trabalho que está sendo realizado.

Veja que em muitas impressoras existem cartuchos separados para branco e preto e para cores. Neste caso, deve ser feita sua troca quando mudamos o modo de impressão. Existem então dispositivos mecânicos na cabeça para permitir essa troca e a própria troca do cartucho quando ele se gasta, conforme mostra a figura 15.

 

Figura 11
Figura 15

 

Recursos para avançar o papel rapidamente ou ejetar uma folha quando uma impressão é abortada também fazem parte dos dispositivos mecânicos que encontramos nas impressoras.

 

 

Conclusão

Se bem uma impressora Jato de Tinta seja um mecanismo delicado com muitas partes exigindo ajustes perfeitos e sensíveis a quebras, o princípio de funcionamento desse periférico é relativamente simples.

Desta forma, conhecendo o princípio e tendo instrumentos básicos para testes de componentes, o leitor não terá dificuldades em diagnosticar muitos de seus defeitos.

Do mesmo modo, muitos dos componentes usados são comuns, podendo ser encontrados com facilidade e, além disso, fáceis de trocar quando apresentam problemas.

 

Na Internet podem ser encontradas muitas empresas que fornecem partes específicas para essas impressoras, principalmente peças mecânicas que são as mais críticas.