Плоттеры

Плоттеры



Несмотря на то что САПР заняли свое место на рынке программ как проверенный и неоценимый инструмент конструирования, подавляющее большинство информации, производимой различными компаниями, составляют чертежи, выполненные вручную.

По оценке журнала International Data Corporation and Document Management, по всему миру имеется 8 млрд. чертежей, лишь 13% из которых существует в формате CAD. Но этот процент постоянно растет благодаря устройствам, о которых пойдет речь в нашей статье.

Задача вывода из вычислительных машин информации, представленной в графической форме, возникла одновременно с их появлением, и ее решение сделало возможным создание систем автоматизированного проектирования. Устройства, выполняющие в этих системах функции вывода графической информации на бумажный и некоторые другие виды носителей, называются графопостроителями, или плоттерами (от англ. plotter ) - термин, который, как и многие другие англоязычные термины, уже почти вытеснил свой русскоязычный аналог.
Плоттеры можно разделить на два класса: - векторного типа, в которых пишущий узел перемещается по двум или одной координате (в последнем случае по другой координате перемещается носитель информации). Типичные представители - перьевые плоттеры; - растрового типа, в которых используется принцип создания изображения заполнением поверхности носителя точками красителя. Типичный представитель - струйный плоттер.

Со времени появления на рынке первого плоттера фирмы CalComp (1959 г., модель CalComp 565), который был перьевым, прошло почти сорок лет. За это время успело появиться несколько новых технологий вывода графической информации и смениться несколько поколений устройств. Менялись характеристики и фирмы-производители плоттеров, расширялся круг задач, требующих получения твердых копий графических документов, и росло число пользователей этого вида техники. Как и любой другой класс устройств, созданных человеком, различные виды плоттеров так же отличаются друг от друга, как различные породы собак. Сегодняшний рынок плоттеров весьма многообразен с точки зрения технологий, форматов получаемых изображений и, естественно, цен.

В настоящем обзоре описаны основные технологии, используемые в плоттерах, достоинства и недостатки различных типов плоттеров, а также характеристики, на которые необходимо обратить внимание при их выборе.

При подготовке обзора мы ориентировались на широкий круг пользователей, имеющих самую различную подготовку, и описывали в основном устройства большого формата (А1-А0 и более), хотя большая часть изложенных сведений распространяется и на плоттеры меньшего формата и даже на принтеры, базирующиеся на рассмотренных в обзоре технологиях.

Перьевые плоттеры(Pen Plotter) Перьевые плоттеры (ПП) являются электромеханическими устройствами векторного типа и создают изображение при помощи пишущих элементов, обобщенно называемых перьями, хотя существуют различные виды пишущих элементов, отличающиеся друг от друга используемым типом жидкого красителя. Пишущие элементы бывают одноразовые и многоразовые; шариковые, фибровые, пластиковые и другие; с чернилами на водной или масляной основе; заполненные под давлением и обычные и т.д. Перо крепится в держателе пишущего узла, который имеет одну или две степени свободы перемещения.

Существуют два типа ПП: рулонные и планшетные. В ПП первого типа перо перемещается вдоль одной оси координат, а бумага - вдоль другой за счет захвата транспортным валом. Как правило, передача усилия перемещения производится за счет силы трения. В ПП второго типа бумага неподвижна, в то время как перо перемещается по всей плоскости изображения. Указанные перемещения выполняются при помощи шаговых (в подавляющем большинстве) устройств или линейных электродвигателей, в результате чего эти устройства создают при работе довольно сильный шум. Несмотря на то что принципиально планшетные плоттеры могут обеспечивать более высокую точность вывода информации, в настоящее время на рынке больших ПП (формата А0 и А1) доминируют рулонные плоттеры. Это связано с тем, что точность последних удовлетворяет требованиям подавляющего большинства задач.

Дополнительные преимущества у рулонных плоттеров следующие: они более компактны и удобны в работе, а также имеют возможность работать с чертежами большой длины (более десяти метров) или выводить несколько десятков чертежей друг за другом, отматывая при этом и отрезая от рулона лист необходимого размера автоматически. Плоттеры малого формата (А3) - обычно планшетные.

Отличительной особенностью ПП является высокое качество получаемого изображения, в том числе цветного при использовании цветных пишущих элементов. К сожалению, скорость вывода информации в ПП невысока, поэтому производители плоттеров используют все более быструю механику, пытаясь одновременно оптимизировать процедуру рисования, количество перемещений пишущего узла и бумаги, число смен пера, остановок и т.д.

На ПП традиционно выводят графические изображения, получаемые в системах автоматизированного проектирования. Чертеж, полученный, например, в AutoCAD'е, в основном состоит из линий, что соответствует принципу создания изображения векторным плоттером.

Карандашно-перьевые плоттеры Карандашно-перьевые плоттеры (Pen/Pencil Plotter) являются разновидностью перьевых плоттеров. Их отличие от последних состоит в возможности установки специализированного пишущего узла, в котором используются обычные карандашные грифели. Держатель пишущего узла в таких устройствах благодаря наличию специального механизма обеспечивает постоянную величину усилия нажима грифеля на бумагу и автоподачу грифеля при его стачивании. Прочая механика у карандашно-перьевых плоттеров абсолютно аналогична перьевым, поэтому в них также можно применять все пишущие узлы, используемые в последних.

Дополнительные преимущества карандашной технологии: 1. Карандашные грифели не вызывают проблем, как перья. Их "краситель" не высыхает, и они не имеют канала истечения красителя, который может забиваться твердыми частицами, в связи с чем при их эксплуатации не требуется постоянно следить за процессом вывода информации плоттером.

2. Грифели можно покупать в магазинах канцелярских товаров, они дают значительную экономию на расходных материалах: одного хватает на несколько чертежей, при этом они дешевы.

3. Грифели позволяют максимально использовать скоростные возможности плоттера, так как карандаш пишет на любой скорости, при использовании же жидких красителей необходимо учитывать время их вытекания из пера и высыхания.

4. Карандашные изображения качественны, и, в то же время, их можно корректировать ластиком. Они дают хорошие оттиски при копировании.

5. Карандаш позволяет рисовать на любых бумажных носителях, в том числе и не очень высокого качества.

ПП особенно привлекательны для тех, кто полагается больше на качество, нежели на количество изображений, и имеет скромный бюджет. Недостаток у карандашно-перьевых плоттеров только один. Так как за все надо платить, то расширение технологических возможностей - использование карандашей - оплачивается слегка большей, чем у обычных плоттеров, ценой устройства, однако эта разница очень быстро компенсируется в процессе эксплуатации.

Ведущие изготовители перьевых плоттеров: CalComp, Mutoh (карандашно-перьевые плоттеры), Summagraphics (Houston Instruments). В последние годы объем продаж и, соответственно, производства перьевых и карандашных плоттеров стал сильно сокращаться. На европейском и американском рынке их уже почти нет. Объем продаж этого типа плоттеров упал настолько, что фирма Hewlett-Hackard вообще перестала их выпускать. На российском рынке эта тенденция начала проявляться в полной мере с середины 1995 года. В моду прочно вошла струйная технология, и это уже свершившийся факт.

Кроме перьевых плоттеров, которые, как уже указывалось, являются векторными, все остальные типы плоттеров - раcтровые, то есть используют дискретный способ создания изображения.

При этом, естественно, чем выше плотность точек в выводимом изображении, тем выше его качество.

Струйные плоттеры (СП, Ink-Jet Plotter) Струйная печать - это процесс получения изображения, при котором его элементы создаются капельками чернил, вылетающими из сопла со скоростью достаточной, чтобы преодолеть зазор между соплом и поверхностью, на которой формируется изображение. Из всего разнообразия струйных технологий печати мы выберем только один их вид, получивший наибольшее распространение и совершивший подлинную революцию в мире плоттеров.

Хотя струйный принцип печати известен уже давно, эти устройства так и оставались бы экзотикой, если бы не изобретение, ставшее основой для "взрывного" распространения струйной технологии, - это технология "пузырьковой" струйной печати (bubble-jet). Первый и основной патент на нее принадлежит Canon. Hewlett-Packard также владеет рядом важных патентов в этой области. Путем обмена лицензиями эти две компании получили подавляющее преимущество над конкурентами - сейчас им принадлежит 90% европейского рынка струйных технологий.

Технология "пузырьковой" струйной печати использует направленное распыление капелек чернил на бумагу при помощи мельчайших сопел печатающей головки. В стенку сопла встроен нагревательный элемент. При подаче электрического импульса температура его резко возрастает за 7-10 мкс. Практически все чернила, находящиеся в контакте с нагревательным элементом, мгновенно испаряются. Расширение пара вызывает ударную волну. Под действием избыточного давления капелька чернил "выстреливается" из сопла. После "выстрела" чернильный пар конденсируется, пузырек схлопывается и в сопле образуется зона пониженного давления, под действием которого новая порция чернил всасывается в сопло.

Важной конструктивной особенностью такого печатающего устройства является простая конструкция сопел. Причем, кроме низкой стоимости изготовления, есть еще ряд других преимуществ: 1. Высокая надежность каждого сопла, что упрощает конструкцию и, следовательно, уменьшает размер печатающего узла, так как не надо обеспечивать возможность замены сопел.

2. Сопла можно располагать очень близко друг к другу, а это увеличивает разрешение печати.

3. Отсутствие какого-либо звука при работе печатающей головки.

Печатающие головки могут быть цветными и иметь соответствующее число групп сопел. Для создания полноцветного изображения используется стандартная для полиграфии цветовая схема CMYK, использующая четыре базовых цвета: Cyan - голубой, Magenta - пурпурный, Yellow - желтый и Key - ведущий (черный). Сложные цвета образуются смешением основных, оттенки различных цветов могут быть получены путем сгущения или разрежения точек соответствующего цвета в фрагменте изображения (аналогичный способ используется для получения различных оттенков серого цвета при выводе монохромных изображений). Качество цветной печати таково, что полученный полноцветный плакат нельзя отличить от изданного в типографии.

Существует три разновидности струйных плоттеров - монохромные, цветные (полноцветные) и с возможностью цветной печати (color capable). Струйные плоттеры с возможностью цветной печати часто вводят в заблуждение потенциальных покупателей своей низкой ценой и словом "цветной" в то же самое время. Этот тип струйных плоттеров хорош для получения чертежей с цветными линиями и однотонно закрашенными областями. Если же вы захотите напечатать полноцветный плакат или красивую географическую карту, вас постигнет неудача. Струйный плоттер с возможностью цветной печати для этого не предназначен. Другими словами, этот тип плоттеров является струйным аналогом обычных перьевых плоттеров.

Приемлемая цена, высокое качество и большие возможности сделали СП серьезным конкурентом перьевых устройств. Спрос на них растет как со стороны тех, кто работает с настольными издательскими системами, в рекламном бизнесе, так и со стороны пользователей систем автоматизированного проектирования, выпускающих сложные чертежи формата А0. Однако данные устройства, как и перьевые плоттеры, не совсем устраивают пользователей с большими объемами выводимой графической информации. Там, где требуется получение очень большого числа чертежей в течение небольшого времени, лучше применять плоттеры прямого вывода или лазерные.

Ведущие изготовители струйных плоттеров - CalComp, Hewlett-Packard, Summagraphics, Encad.

Электростатические плоттеры (ЭП, Electrostatic Plotter) ЭП, как и струйные плоттеры, используют жидкие красители. Электростатическая технология основывается на создании скрытого электрического изображения (потенциального рельефа) на поверхности носителя. При этом в качестве носителя используется специальная электростатическая бумага, рабочая поверхность которой покрыта тонким слоем диэлектрика, а основа пропитана гидрофильными солями, позволяющими получить требуемую влажность и электропроводность. Для записи информации используют записывающие головки, представляющие собой блоки тончайших электродов. Потенциальный рельеф появляется при осаждении на поверхность диэлектрика свободных зарядов, образующихся при возбуждении электродов высоковольтными импульсами напряжения. Когда бумага проходит через проявляющий узел с жидким намагниченным тонером, его частички остаются на заряженных участках бумаги. Полная цветовая гамма получается за четыре цикла создания скрытого изображения и прохода носителя через четыре проявляющих узла с соответствующими тонерами.

Отличительные особенности данного типа плоттеров - скорость, надежность, качество и производительность. Немаловажно и то, что изображение, полученное на ЭП, весьма устойчиво и не выгорает под действием ультрафиолетовых лучей, а стоимость электростатической бумаги находится на уровне стоимости высококачественной типографской. Данный тип плоттеров относится к числу дорогостоящих, поэтому такие устройства приобретаются пользователями, имеющими оправданно высокие требования к производительности и качеству, и для достижения максимальной эффективности используются как сетевые устройства, в связи с чем имеют в стандартной комплектации адаптер сетевого интерфейса. Их применяют при высокой степени автоматизации проектных работ в солидных организациях и в геоинформационных системах.

Электростатические плоттеры можно было бы считать идеальными устройствами, если бы не высокая стоимость и необходимость тщательного обслуживания.

Плоттеры прямого вывода изображения (ПВИ, Direct Imaging Plotter) Технология ПВИ была изобретена в конце 50-х годов и основывалась на применении термобумаги, то есть бумаги, пропитанной теплочувствительным веществом. Такая специальная бумага стоила очень дорого, была чувствительна к изменениям температуры окружающей среды и не обеспечивала высокой контрастности изображения, поэтому эта технология прошла долгий путь доработки, прежде чем в середине 80-х появились качественные устройства массового использования.

Изображение создается длинной (на всю ширину плоттера) "гребенкой" миниатюрных нагревателей. Каждый нагреватель имеет самостоятельное управление. Когда термобумага движется вдоль "гребенки", она меняет цвет в местах нагрева. Современная термобумага дает естественный черный цвет, в отличие от радикально черного (как у красителя, примененного Кисой Воробьяниновым) у ранних моделей термопринтеров и факсовых аппаратов. Изображение, естественно, получается монохромным.

Простота механизма печати гарантирует скорость и надежность в работе. Использование плоттеров ПВИ позволяет достичь производительности в 50 листов формата А0 в день.

Термобумага обычно подается с рулона, что не требует дополнительного времени на заправку и запуск печати каждого листа. Работа происходит без вмешательства оператора, при этом изображения получаются с очень высоким разрешением (до 800 точек на дюйм). В устройстве нет движущихся частей, не нужны тонер и чернила. Требуется лишь термобумага. Сейчас цены на нее снизились, недостатки, когда-то присущие ей, устранены, а типы термоносителей включают в себя стандартную белую бумагу, кальку и даже полиэфирную пленку. Качество этих носителей удовлетворяет самым строгим требованиям к материалам, применяемым для создания архивов.

Плоттеры ПВИ хороши для больших объемов выводимой информации. Учитывая их высокую производительность и низкую удельную стоимость чертежей, их применяют в крупных проектных организациях как для вывода проверочных копий, так и для окончательного пакета чертежей изделия. Большой поток данных требует широкого интерфейса. В связи с этим в стандартную конфигурацию плоттеров ПВИ часто входит интерфейс локальной сети. Технические характеристики этих плоттеров соответствуют требованиям приложений из области инженерного проектирования, архитектуры, строительства, городского планирования и электросхемотехники.

Плоттеры на основе термопередачи (ПТ, Thermal Transfer Plotter) Как и плоттеры ПВИ, эти плоттеры, как следует из их названия, также используют термическую технологию. Однако, в отличие от плоттеров ПВИ, в них между термонагревателями и бумагой (или прозрачной пленкой!) размещается донорный цветоноситель - тонкая(толщиной 5-10 мкм) пленка (например, лавсановая), обращенная к бумаге красящим слоем, выполненным на восковой основе, особенностью которой является низкая (менее 100С) температура плавления.

На ленте последовательно нанесены области каждого из основных цветов размером, соответствующим листу используемого формата. В процессе вывода информации бумажный лист, соприкасаясь с лентой, проходит под печатной головкой, которая состоит из тысяч мельчайших нагревательных элементов. Воск в местах нагрева расплавляется и пигмент остается на листе. За один проход наносится один цвет. Все изображение получается за четыре прохода. Таким образом, на каждый лист цветного изображения затрачивается в четыре раза больше красящей ленты, чем для монохромного.

Ввиду дороговизны каждого отпечатка, получаемого с их помощью, эти плоттеры в основном применяются рекламными агентствами для создания пилотных версий плакатов и транспарантов для красочных презентаций. Кроме того, плоттеры на основе термопередачи используются в составе средств автоматизированного проектирования для высококачественного вывода объектов трехмерного моделирования, а также в системах картографии, требующих высокого качества воспроизведения цветов. Наибольшее распространение имеют устройства небольшого формата А3-А4, что переводит их в категорию принтеров.

Лазерные плоттеры (ЛП, Laser/LED Plotter) Несколько лет назад на рынке стала расти популярность лазерных принтеров, поражавших своим качеством, бесшумностью, быстродействием и удобством в работе. Появление лазерных плоттеров было лишь вопросом времени. Лазерные плоттеры базируются на электрографической технологии, в основу которой положены физические процессы внутреннего фотоэффекта в светочувствительных полупроводниковых слоях селеносодержащих материалов и силовое действие электростатического поля. Селен в темноте может быть заряжен до потенциала в сотни вольт. Луч света снимает этот заряд, создавая скрытое электростатическое изображение, которое визуализируется намагниченным мелкодисперсным тонером, а затем переносится на бумагу.

В качестве промежуточного носителя в ЛП используется вращающийся селеновый барабан. Заряженные области барабана притягивают сухой тонер, который затем переносится на проходящую под барабаном бумагу. После этого бумага с нанесенным тонером проходит через нагреватель, в результате чего частички тонера запекаются, создавая изображение.

Некоторое время назад создание скрытого изображения на барабане осуществлялось при помощи лазера. Для управления перемещением лазерного луча использовали сложную систему вращающихся зеркальных многогранников или призм и линз. Вследствие этого плоттеры (и принтеры), использующие лазеры, боялись встрясок и ударов, которые могут сбить настройку.

Избежать сложностей с оптикой позволило применение точечных полупроводниковых светодиодов (light emitted diod - LED), которые и дали имя новому типу устройств (LED-плоттеры). Общий принцип создания изображения сохранился, однако вместо зеркал используется линейка светоизлучающих диодов. LED-плоттеры относятся к классу растровых, каждой точке строки изображения соответствует свой светодиод (например, при разрешении 400 точек на дюйм линейка для формата А1 состоит из 24" x 400 = 9,600 диодов). Отказ от оптического управления сделал систему проще, легче и надежнее, так как все диоды жестко закреплены.

Лазерные и LED-плоттеры, ввиду высокого быстродействия (лист формата А1 выводится менее чем за полминуты), в первую очередь интересны пользователям при большом объеме работ. Для повышения эффективности такие плоттеры чаще всего используются как сетевые устройства. К числу их преимуществ относится то, что они могут работать на обычной бумаге, а это сокращает удельные затраты при эксплуатации.

LED-плоттеры становятся все более популярными, хотя по уровню стоимости находятся в высшей ценовой категории, лишь ненамного уступая монохромным электростатическим.

Области применения LED-плоттеров: сложный технический дизайн, архитектура, документооборот, картография и др., то есть везде, где требования к производительности и качеству результатов высоки, но наличие цвета не требуется.

Время от времени предрекается появление цветных лазерных плоттеров, но специалисты говорят, что это пока еще слишком дорого.

На что следует обращать внимание при выборе плоттера Обычно покупатель, выбирая плоттер, учитывает следующие интегральные характеристики: - стоимость изделия; - набор функциональных возможностей, по которым можно интегрально оценить применимость плоттера для решения конкретных задач; - стоимость эксплуатационных затрат, включающую стоимость носителя, расходных материалов, обслуживания устройства, амортизацию и потребление энергии; - производительность; - удобство работы, сервис; - качество изображений, обеспечиваемую цветовую гамму; - функциональность и эргономику; - автономность (возможность продолжительной, "пакетной" работы без вмешательства оператора); - отсутствие проблем с расходными материалами и подбором носителя, имеющегося на отечественном рынке.

Использованный здесь порядок характеристик является в достаточной мере произвольным, поскольку значимость каждой из них каждый пользователь выбирает для себя, руководствуясь собственными критериями.

При выборе плоттера целесообразно проводить оценку на основании технических характеристик, приводимых в документации или проспектах на плоттеры. Однако правильная интерпретация приводимых данных - тема для отдельного разговора. Далее мы вкратце познакомим с основными характеристиками, приводимыми производителями плоттеров.

Крайне редко встречающейся в документации и рекламных листках на плоттеры характеристикой является наработка на отказ (MTBF - Maximal Time Before Failure). Фактически, если данный параметр присутствует в документации, это говорит о высоком качестве устройства, так как, если он низок, его ни за что не будут афишировать. Сегодня можно считать, что надежность плоттеров, поставляемых на рынок солидными фирмами, составляет десятки тысяч часов.

Материал предоставлен компанией Consistent Software


Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 17 за 1997 год в рубрике hard :: технологии

©1997-2022 Компьютерная газета