喷墨打印机，这一看似简单的设备，实则蕴含着复杂而精妙的技术。其核心部分并非那输送纸张的马达、输纸辊和传动带，而是那小巧却功能强大的喷头。喷头，作为喷墨打印机的核心部件，有的被集成在打印机内部，有的则与可更换的墨盒集成在一起，共同实现将墨水精准喷射到纸张上的功能。

一个喷头内部，往往集成数百甚至上千个微小喷嘴，这些喷嘴的精细程度令人叹为观止，它们的直径仅有人类头发的十分之一。如此细小的喷嘴，其制造工艺无法采用传统的配管方式。相反，它们被直接微加工在与电路板材质相似的元件上，这些元件负责控制墨滴喷射。这种设计不仅体现了技术的精湛，更确保了墨滴喷射的准确性和稳定性。

喷墨打印机的技术原理主要分为热感式和压电式。在热感式喷墨打印机中，每个喷嘴旁都配备了一个直径约15微米的电阻加热器。当加热器在微秒级时间内迅速启动时，会瞬间使旁边的墨水汽化，形成一个气泡并产生压力，从而推动墨滴从喷嘴中喷射而出。佳能、惠普和利盟等知名品牌均采用了这种技术。而爱普生和兄弟公司则选择了另一种方式——压电式。他们通过施加电压在特制的压电晶体上，从而在喷嘴内形成压力波，同样实现了墨滴的精准喷射。

每一滴墨滴的体积都小得惊人，仅有皮升级别。然而，喷墨打印机每秒却能喷发出数万滴这样的墨滴。这些墨滴在纸张上层层叠加，形成了丰富多彩的图像。大多数打印机使用四种基本颜色的墨水——黑色、青色、洋红色和黄色。而一些高端型号则进一步增加了浅青色、浅洋红色、浅黄色和浅灰色等墨盒，以满足专业的色彩需求。这些彩墨通过精确配比，能够创造出无数种不同的色彩和渐变效果。在纸张上，一个像素点可能由多达32滴墨滴组成，而高质量的打印作品甚至能在一平方厘米的表面上印出数百万个像素点，展现出令人惊叹的细腻和清晰。

提及喷墨打印机的墨水消耗，不得不提到其特殊的商业模式。商用喷墨印刷机仅凭一个墨盒就能打印出75000页，这样的打印能力令人惊叹。然而，近年来打印机厂商却频频被指责通过减少单墨盒墨水容量来提高利润率。从2003年至今，同样价格的墨盒中墨水量大幅减少，导致单位体积墨水的售价堪比香奈儿5号香水。尽管如此，由于打印机技术的进步和墨水的高效利用，一个墨盒仍然能够打印出约250个页面。同时，为了促进销售，打印机本身的售价也在不断下降，厂商主要通过耗材销售来获取利润，甚至不惜以接近成本价出售打印机本身。

商用喷墨印刷机的单个墨盒可打印高达75000页。

令人惊讶的是，喷墨打印机的墨水单位价格甚至超过了贵金属或特种燃料。这不仅仅是因为墨水的高昂成本，更是因为其在打印过程中所起到的关键作用。为了确保墨水的顺畅喷射和打印质量，喷墨打印机在设计上可谓精益求精。当打印机处于闲置状态时，喷头会被密封在一个防干涸装置中以避免墨水挥发。而在打印过程中，即使是很少使用的颜色喷嘴也会长时间暴露在外。为了保持喷嘴的畅通无阻，打印机会定期让未使用的喷嘴将墨水喷到废墨收集器中。虽然这一过程会浪费一些墨水，但相比执行完整的清洁程序来说要高效得多。此外，一些打印机还会在打印过程中自动清洁喷头以防止墨水干涸。这就是打印机在闲置时偶尔会发出运转声的原因。

使用高倍显微镜可以观察到纸张上的墨点排列。

这得益于喷墨打印机每个组件的精心设计和精准配合。馈纸滚轮负责将纸张精确送入打印机并避免其卡纸；传送带由步进马达驱动，能够精确控制喷头的位置；喷头则以精密阵列的微小喷嘴喷射出无数墨滴，在纸张上构成精确的图像；纸盘两边的导向装置确保纸张准确定位；墨盒则储存着不同颜色的墨水并集成喷头；柔性电路将打印信号传输给每个喷头；输出纸匣则确保打印出来的页面有足够的时间干燥；编码器则用于检测纸张与喷嘴的对齐情况；取纸滚轮则负责精确进纸；而控制电路则是将数字图像资料转换成控制喷头移动和喷射墨水的指令的关键所在。

喷墨打印机这一集技术与艺术于一体的设备，不仅为我们带来了便捷高效的打印体验，更以其背后的复杂技术和精妙设计让我们对现代科技充满了敬畏与赞叹。

文中图片均来源于《How it works》杂志

作者：《how it works》科普团队

审核：梁忠伟 中国机械学会微纳制造、智能运维专委会理事、中机联绿色制造专委会常务委员

来源: 科普中国创作培育计划

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