打印机墨水工作原理

尽管在此之前的几十年里，已有用于大型昂贵计算机的商用和工业打印机，但打印机的黄金时代真正开始于20世纪70年代和80年代个人计算机进入市场之时。计算机开始进入普通办公室乃至家庭，其他外设，包括打印机，也随之开发出来以便与计算机一起使用。

早期用于个人计算机的大多数打印机都是非常嘈杂的击打式打印机，包括点阵式和菊花轮式打印机，这两种都在20世纪70年代早期推出。前者通过驱动打印头针刺入浸墨色带将墨水印到纸上，后者则通过一个带有预成型打字机式字符的轮子击打色带。但在20世纪80年代中期，消费级喷墨打印机和激光打印机几乎同时推出，并最终占据了打印机市场的很大一部分。

喷墨打印机以这样或那样的形式开发了近一个世纪才真正问世。大约在1867年，威廉·汤姆森（又名开尔文勋爵）获得了一项专利，用于一种利用静电技术在连续纸带上通过墨滴打印电报信息的设备。西门子于1951年发布了第一台连续喷墨打印机，用于医疗记录编码，如今连续喷墨打印机仍用于商业目的。

然而，按需喷墨喷墨技术的突破，使得这些设备适用于家庭和小型办公室使用。在20世纪70年代，各公司正在研究压电方法，以精确地将墨水以精确的墨滴释放到纸上，而佳能和惠普则开始独立研究使用热量来实现同样目的的方法。研究还扩展到开发能够耐热耐光、能正确附着在纸上并快速干燥等特性的墨水。

惠普于1984年向市场推出了ThinkJet喷墨打印机，它使用装满墨水的一次性墨盒，取代了他们早期的串行点阵打印机。佳能于1985年发布了BJ-80喷墨打印机（使用他们称之为Bubble Jet的技术）。爱普生于1984年发布了SQ-2000打印机（在日本被称为IP-130K），它使用了压电而非热敏技术。它们都是单色打印机，只使用一种黑色墨水。

喷墨打印机的表亲——激光打印机，其根源在于一种名为静电照相或静电复印的复印机技术，它涉及电荷、光和粉末碳粉（而非液体墨水）。该方法由切斯特·卡尔森于1938年发明，并于1959年首次应用于施乐914复印机。第一台激光打印机于1975年由IBM发布，并与其大型机计算机配合使用。惠普于1984年发布了其LaserJet打印机。早期的激光打印机比其喷墨打印机具有更好的分辨率，销售也更好。

在按需喷墨打印机和激光打印机出现的同时，其他类型的打印机也在研发中，其中一些已经实现并仍用于各种目的。热转印打印机使用加热针将色带或墨棒中固态蜡状墨水熔化到纸上。染料升华打印机通过加热墨水使其直接变为气体，从而将墨水从打印胶卷卷轴转移到另一种材料上。还有一些其他热敏打印机则在特殊纸张上烧出点，纸张会随热量改变颜色（完全不需要墨水）。甚至在某些行业中，点阵式和菊花轮式打印机仍在使用，用于支票和发票打印等。

但自20世纪90年代中期彩色喷墨墨盒问世以来，喷墨打印机因其成本较低、分辨率不断提高以及能够打印鲜艳色彩的优势，赶上并超越了所有其他类型，甚至包括激光打印机。

2014年全球销售的喷墨打印机中，约90%仍由先驱佳能、爱普生和惠普制造。然而，它们并非市场上的唯一参与者，兄弟、三星等公司也生产打印机。利盟和柯达均于2012年停止销售打印机[来源：Collinson]。

目前市面上最常见且性价比最高的家用和普通办公用打印机是喷墨打印机和激光打印机。

喷墨打印机将液态墨水以微小、精确的墨滴喷射到纸张上。墨水装在可更换或可再填充的墨盒中，其中大部分墨盒都包含一个打印头，其阵列由数百或数千个微小喷嘴组成，墨水通过这些喷嘴喷出，并且喷嘴排列紧密。有些打印机有内置的打印头，与彩色墨盒是分开的。墨盒还包括微芯片和其他微小的电子元件，用于控制墨水喷射，并可能包含疏水性泡沫来容纳墨水。这些打印机通常使用热敏技术（利用加热墨水的小墨室）或压电晶体（充电时振动或改变形状）来将微小墨滴推到页面上，从而创建打印文本或图像。当图像绘制时，打印臂会移动墨盒穿过页面。解释您要打印的计算机图像的软件算法，决定了墨水到达页面的颜色和位置。

典型喷墨打印机中的墨水包括黑色以及三种原色，所有其他可打印颜色都通过这三种原色混合而成。这些原色是青色（蓝色）、品红色（一种偏红的颜色）和黄色。黑色墨水通常单独装在一个墨盒中。对于某些打印机，其他颜色装在一个墨盒中，而对于另一些打印机，每种颜色都有自己独立的墨盒。

喷墨打印机可以在各种介质上打印，包括不同克重的纸张以及熨烫转印纸、布料、帆布、透明胶片和CD或DVD标签等特殊材料。有些喷墨打印机专门用于在特殊相纸上打印照片，其中一些具有超过三种原色的墨水，以实现更逼真的色彩效果。

激光打印机使用由微小彩色塑料颗粒制成的粉末碳粉，而非液体墨水。激光将图像投射到涂有光敏材料的旋转滚筒或传送带上，改变这些区域的电荷。碳粉带有相反极性的静电，当滚筒经过碳粉时，碳粉被吸引到激光创建的图像区域。覆盖有碳粉的滚筒压在纸张上，纸张带有与碳粉相反的电荷，因此碳粉被吸引到纸张上。纸张被加热并通过滚筒，使碳粉熔化，图像融合到纸张上。LED打印机工作原理类似，但使用发光二极管阵列而非移动激光来将图像投射到滚筒上。大多数家用激光打印机是单色的，但也有彩色激光打印机，它们通常每种颜色（黑色、青色、品红色和黄色）都有独立的硒鼓和墨盒。

各种家用和办公打印机还具有多种不同的功能。它们可以处理各种尺寸和类型的纸张及其他介质。打印宽幅纸张（如海报尺寸）的打印机将比主要打印标准信纸尺寸的普通打印机更昂贵。有些还包括双面打印功能（在纸张两面打印）。现在许多打印机还具备WiFi和云功能，因此您可以无线发送页面到打印机。市场上还有许多集打印机、扫描仪、复印机和传真机于一体的多功能设备。

两者之间的差异使得它们各自更适合不同的用途。激光打印机速度更快（每分钟打印更多页），通常能产生更高质量的结果（有例外），并且比喷墨打印机更适合大批量打印。激光打印机还能打印更清晰的线条，因此非常适合打印文本、徽标和简单的商业图形。然而，经济型激光打印机大多是单色的。如今的现代喷墨打印机可以打印黑白和彩色，并且在照片打印方面比激光打印机有优势，因为它们倾向于更好地混合颜色。但是，也有昂贵的商用彩色激光打印机擅长打印照片。

分辨率因打印机而异。自20世纪80年代中期那些早期96点每英寸（dpi）的喷墨打印机以来，它们已经有了很大的改进。第一批台式喷墨打印机的打印头只有12个喷嘴，但新打印机有数百个，有时甚至数千个，所有这些喷嘴的厚度都不到人类头发的一半，极大地提高了分辨率。分辨率的提高也得益于使用更浅的青色和品红色墨水（这些颜色对我们来说看起来更小），以及打印机喷射不同墨滴尺寸的能力[来源：Mitchell]。喷墨打印机常见的默认分辨率为300到600 dpi，许多打印机可以达到更高的分辨率，有些甚至达到每英寸数千点。

最早的台式激光打印机（包括第一台惠普LaserJet）以300 dpi的分辨率打印。如今常见的激光打印机分辨率为1200或2400 dpi，一些低端型号则为300或600 dpi。所有这些分辨率都足以打印大多数文档，在这些范围内，肉眼很难区分不同的dpi。Dpi在照片打印方面确实有显著差异。

喷墨打印机通常墨水干得很快，但在某些情况下，湿墨水可能需要一点时间才能干燥，因此如果您处理新打印的页面，可能会弄脏。对于激光打印机，墨水在离开机器之前已融合到纸张上，不会弄脏。纸张类型也会产生影响。如果纸张过于多孔，墨水会在纸上洇开并扩散。对于喷墨打印机，通常建议使用更亮的24磅白纸，而不是复印机和激光打印机使用的更轻的20磅纸。打印照片时建议使用专用相纸。

墨水本身也会影响打印质量。染料墨水（可溶于水或其他溶剂）更适合混合颜色，因此最适合照片打印，但可能会导致线条不那么锐利。颜料墨水（含有悬浮在液体中的不溶性颜料颗粒）往往会产生更锐利的线条，因此它们更适合打印文本、徽标和其他简单图形。犹豫不决？您可以找到允许您根据需要更换墨盒类型的打印机。

2013年，《消费者报告》发现，喷墨墨水的成本每盎司约为13至75美元（或每加仑1664至9600美元），在许多情况下比昂贵的香槟或香水还要贵。它有时被认为是地球上最昂贵的液体，但这并非事实。蝎子毒液显然享有这一殊荣，每加仑超过3000万美元[来源：Venom SA，《华尔街日报》]。但由于消费者墨水不是按加仑购买的，这些比较有点夸张。而且您消费的一部分钱将用于开发未来的墨水技术。

据惠普高管称，打印墨盒的大部分成本与研发费用有关。据报道，大约在2010年，他们每年在墨水研发上花费约10亿美元，而且开发一种新墨水需要几年时间。墨水必须经过化学配方，才能保持均匀、承受高温和以高速通过微小喷嘴的压力，并能附着在纸上并快速干燥[来源：Ilett, Mitchell, Wood]。

然而，有些墨水并未到达打印页面，而是用于维护，例如打印机长时间闲置后的打印头清洁。《消费者报告》发现，有些型号甚至一半以上的墨水都消耗在维护上，尽管其他型号的墨水损耗要低得多。他们建议大部分时间让打印机保持开启状态，因为它们不消耗太多能源，而且有些打印机每次开机都会进入长时间的维护模式。他们还建议根据您的目的使用最低所需分辨率，并避免打印大量大幅面高质量照片[来源：《消费者报告》]。如果您长时间不使用打印机，墨水可能会变干并堵塞喷嘴，导致打印质量差或墨盒报废需要更换，因此建议偶尔开关打印机或以其他方式进行维护。

您还可以通过货比三家选择合适的打印机来节省长期费用。使用包含所有三种颜色（青色、品红色和黄色）的三色墨盒的打印机，其墨水更换成本往往更高且浪费墨水，因为每次其中一种颜色用完时，您都必须更换整个彩色墨盒。它们要么打印效果很差，要么打印机停止工作直到墨盒被更换。如果激光打印机，特别是单色激光打印机，符合您的目的，则可以为您省钱。激光墨盒在购买时可能稍贵，但它们往往能打印更多页面，长期来看可能更便宜。由于碳粉是粉末状的，并且没有喷嘴，因此墨盒可以放置很长时间仍能工作，而且它们不使用碳粉进行清洁和维护功能。然而，彩色碳粉可能相当昂贵，因此如果您需要彩色打印功能，喷墨打印机可能仍然是家庭打印的首选。

打印机墨水的昂贵催生了专门为打印机墨盒重新加墨，或销售成本更低的第三方翻新墨盒的业务。您还可以购买套件自行加墨，通常是通过在现有墨盒上打一个孔，用注射器注入专用打印机墨水并堵住孔。在某些情况下，这些操作会使您的打印机保修失效。非原厂替代墨水的质量也各不相同。墨盒上的打印头和其他硬件也会因过度使用而磨损，因此加墨墨盒不能永远使用——它们最终需要更换。

打印机制造商已采取各种措施，使其墨盒更受青睐。一些打印机内置加密微芯片和其他嵌入式技术，以识别自己的墨盒并阻止非原厂墨盒工作。一些打印机公司已开始销售更昂贵的内置可再填充墨水箱的打印机，从长远来看，这应该能为消费者省钱。惠普也开始提供每月墨盒更换服务，根据您预期的使用量，每月费用从2.99美元到9.99美元不等。

如今很难找到关于拥有打印机家庭比例的数据，但它们是家用电脑相当常见的外设，在我们可以轻松传输数字文档之前，它们尤其有用。据报道，2002年左右，打印机制造商仅墨盒一项的年销售额就达约190亿美元，这或许能说明它们过去的受欢迎程度[来源：《经济学人》]。但也有一些衰退的迹象。据Photizo Group市场研究公司的一位分析师称，2012年北美多功能喷墨打印机的销售额据报下降了12%，并且预计将继续下降。自2009年以来，家用打印机打印的页面数量也下降了15%[来源：Wood]。

这可能是因为纸质墨水变得有些过时了。个人、公司和公共实体正在转向数字化表格、报告和通信。我们可以在手机上显示活动门票和机票登机牌，而不是通过邮件接收或在家打印。我们可以在云端或通过电子邮件存储和共享文档和照片，而无需发送实物副本进行共享。我们可以使用电子签名签署文档，在线支付账单和报税，并接收电子邮件购买收据。我们越来越多地在手机、平板电脑、计算机甚至使用电子墨水等技术模仿纸张和墨水外观的电子阅读器上阅读电子书。我们还可以使用GPS而不是打印地图进行旅行。如果数字化趋势继续下去，打印机的使用量可能会进一步下降。

然而，打印技术正在引领一些令人兴奋的全新创新。研究人员正在研究导电喷墨墨水，用于在纸张、纺织品等材料上打印电路、传感器、天线和其他硬件组件。有些人甚至在研究将DNA喷墨打印到基底上，用于生物医学研究。而在实验室之外，3D打印机使我们能够有效地使用塑料和其他材料打印出固体三维物体。现在甚至有可以打印食物的3D打印机。

而且，传统的打印墨水在近期不太可能消失。我们中的一些人喜欢收到纸质账单和收据，并打印文档备份以备技术故障时安全保存。而将产品包装数字化还需要很长一段时间。