حبر صلب

الحبر الصلب (المعروف أيضًا باسم حبر الذوبان الساخن ^{[ 1 ] [ 2 ]} ) هو نوع من الأحبار المستخدمة في الطباعة . وهو عبارة عن بوليمر شمعي راتنجي، يجب إذابته قبل الاستخدام، على عكس الأحبار السائلة التقليدية. ^{[ 1 ] [ 3 ]} تُستخدم هذه التقنية غالبًا في مجال الرسومات والطباعة كبيرة الحجم، حيث تُعدّ دقة الألوان وكفاءة التكلفة من العوامل المهمة. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

سخانات الحبر تُظهر الحبر المنصهر

تستخدم تقنية الحبر الصلب أقلام حبر صلبة، أو حبيبات حبر صلبة، أو مواد صلبة حبيبية، بدلاً من الحبر السائل أو مسحوق الحبر المستخدم عادةً في الطابعات. تستخدم بعض أنواع طابعات الحبر الصلب كرات صغيرة أو أقراصًا من الحبر الصلب، تُخزّن في خزان قبل نقلها إلى رأس الطباعة بواسطة ترس دودي أو إذابتها عند الحاجة. بعد تحميل الحبر الصلب في الطابعة، يُذاب ويُستخدم لطباعة الصور على الورق أو أي سطح آخر، في عملية قد تكون مشابهة للطباعة الأوفست أو الطباعة التقليدية. ^{[ 1 ]}

تتطلب طابعات الحبر الصلب رؤوس طباعة مُسخّنة. بدأت صناعة الحبر الصلب بتقنية الطباعة النفاثة المستمرة (CIJ) باستخدام الشمع وحبر سبائك المعادن منخفضة الحرارة في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات، قبل اختراع تقنية الطباعة عند الطلب (DOD). تستخدم تقنية DOD أجهزة كهرضغطية (سيراميك مستقطب)، وتؤدي الحرارة إلى تغيير الاستقطاب. تغلبت شركة Howtek على عائق درجات الحرارة العالية في تقنية DOD بتصميمها لطابعة نفث الحبر DOD من طراز Howtek عام 1985. سمح هذا للكيميائيين بتوسيع نطاق استخدام الأحبار الصلبة في اتجاه جديد، وأدى إلى حصول موظف سابق في Howtek على براءة اختراع للطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث أسس شركة Visual Impact Corporation. ^{[ 6 ]}

بفضل طريقة توزيع الحبر الصلب للحبر على الورق، تتميز طابعات الحبر الصلب بجودة طباعة دقيقة وواضحة، مع ألوان زاهية. ويمكن تحقيق نتائج ممتازة حتى مع الورق ذي الجودة المنخفضة، حيث يغطي الحبر الصلب الورق بسطح لامع شبه معتم. وتستطيع طابعات الحبر الصلب الطباعة على أنواع وسماكات مختلفة من الوسائط، وهي أقل حساسية لتغيرات نوع الوسائط مقارنةً بطابعات الليزر الملونة. ^{[ 1 ]}

نظراً لاستخدام قوالب حبر صلبة، فإن النفايات الناتجة أقل بكثير من تلك الناتجة عن طابعات الليزر أو طابعات الحبر النفاث، التي تُنتج خراطيش حبر أو مسحوق حبر فارغة، بالإضافة إلى مواد التغليف والتعبئة. لا يترك قالب الحبر السائب أي بقايا بعد استهلاكه، بل كيساً أو صينية بلاستيكية رقيقة قابلة للسحق، وعلبة كرتون قابلة لإعادة التدوير. ^{[ 7 ]}

تتميز طابعات الحبر الصلب بميزة على طابعات نفث الحبر في حالات الاستخدام المتقطع مع فترات توقف طويلة. ويعود ذلك إلى أن ذوبان الحبر الصلب ثم تبريده وتصلبه داخل مسارات توصيل الحبر يُعد جزءًا طبيعيًا من عملية تشغيل الطابعة. وبالتالي، لا يجف هذا الحبر المبرد والمتصلب. وأثناء توقف الطابعة عن العمل، يساعد الشمع المتصلب على منع الأكسجين والرطوبة من التفاعل مع العديد من الأجزاء الداخلية لمكونات توصيل الحبر. ^{[ 1 ]}

يمكن تصنيع قوالب الحبر الصلب لتكون غير سامة وآمنة للاستخدام. في تسعينيات القرن الماضي، تناول رئيس شركة تيكترونيكس قطعة من الحبر الصلب، المستخلص من زيوت نباتية معالجة صالحة للأكل ، لإثبات سلامتها. ^{[ 4 ]} ويمكن تشبيهها أيضاً بالغلاف الذي يُغلف الأقراص الدوائية. ^{[ 1 ]}

فوهات رأس الطباعة

يجب ترشيح الشوائب الصلبة، وإلا فقد يتسبب الحبر في انسداد فوهات رأس الطباعة عند استخدام الأحبار الأصلية أو المتوافقة. قد يؤدي الانسداد إلى تلف رأس الطباعة، وقد تكون تكلفة استبداله باهظة. لهذا السبب، يقدم العديد من مصنعي الأحبار من جهات خارجية ضمانًا ويتكفلون بتكاليف استبدال رأس الطباعة التالف. كما تقدم شركة زيروكس ضمانها الخاص.

عندما يكون الجهاز باردًا، قد تستغرق طباعة الصفحة الأولى عدة عشرات من الدقائق، حيث يحتاج الجهاز إلى التسخين وإذابة الحبر. بمجرد أن يسخن الجهاز، يمكن إذابة الحبر بسرعة أكبر بكثير، وبالتالي ستكون عملية الإذابة أقل تأثيرًا بشكل ملحوظ على السرعة الإجمالية لطباعة الصفحات الإضافية.

يجب تسخين الحبر، ويجب الحفاظ على جزء كبير من آلية الطباعة عند درجة حرارة قريبة من درجة انصهار الحبر أثناء الاستخدام. عندما تكون الطابعة في وضع السكون ، تحتفظ معظمها بكمية صغيرة من شمع كل لون داخل رأس الطباعة مُسخّنة إلى درجة حرارة أعلى بقليل من درجة تجمد الحبر. ووفقًا لدليل خدمة زيروكس، يستهلك هذا حوالي 50 واط.

في كل مرة ينقطع فيها التيار الكهربائي عن الطابعة لفترة كافية تؤدي إلى انخفاض درجة حرارة جزء الحبر الموجود فوق "نقطة تجمده" في رأس الطباعة، يتقلص حجم الحبر في كل خزان (نتيجةً للتبريد) بما يكفي للسماح بدخول الهواء إلى رأس الطباعة، مما يُسبب تشوهات في الطباعة إلى أن يُعاد ملء خزانات رأس الطباعة بواسطة وحدة صهر الحبر الموجودة أعلاه. لذا، يُفرغ رأس الطباعة باستخدام مضخة تفريغ، مما يؤدي إلى طرد بعض الحبر من خزانات رأس الطباعة إلى صينية النفايات لإزالة الهواء منه. (تحتوي طابعات زيروكس على درج "الحبر الفائض" لهذا الغرض. وبما أن جميع الأحبار الأربعة تُفرغ في درج "الحبر الفائض" الموحد، فمن المستحيل إعادة استخدام الحبر المفقود لأن ألوان الطباعة الأربعة تتحد لتشكل كتلة صلبة واحدة في الدرج، تشبه إلى حد كبير قطرات شمع الشمع المتصلبة، ولكنها سوداء تقريبًا.) إذا كانت الطابعة في وضع السكون، فسيتطلب الأمر وقتًا أقل بدون طاقة لإجراء دورة تنظيف مقارنةً بوضع الطباعة الجاهز (لأن رأس الطباعة يبقى ساخنًا جدًا عند وضع الطباعة الجاهز).

تحتوي الطابعة على شمع منصهر عند درجة حرارة التشغيل ، وتحذر كتيبات المستخدم من عدم إمكانية نقلها قبل إتمام دورة تبريد خاصة يتم اختيارها من لوحة التحكم. يُنصح بتركها لمدة 30 دقيقة لتبرد بعد فصل التيار الكهربائي. مع ذلك، تحتوي جميع طابعات الحبر الصلب الحديثة على دورة إيقاف تشغيل تستخدم مراوح لتجميد الحبر في أقل من عشر دقائق، مع ميزة إضافية تتمثل في تثبيت رأس الطباعة ميكانيكيًا لمنع تلفه أثناء النقل أو الشحن. تحذر الكتيبات من إمكانية حدوث تلف كبير في حال عدم تبريد الطابعة بشكل صحيح قبل نقلها، مما يستدعي صيانتها من قبل فني متخصص. قد يؤدي نقل الطابعة قبل اكتمال التبريد إلى تلف رأس الطباعة نتيجة تسرب الحبر المنصهر بين خزانات الألوان المختلفة، وكذلك على المكونات الأخرى داخل الطابعة (المحركات، الأحزمة، إلخ)، وهذا التلف غير مشمول بالصيانة أو الضمان. نظرًا لمخاطر تسرب الحبر السائل، فإن طابعات الحبر الصلب غير مناسبة للاستخدام المتنقل، مثل وضعها على عربات متحركة لطباعة بطاقات الأسعار في متاجر البيع بالتجزئة.

على عكس بعض طابعات نفث الحبر التي تتضمن خرطوشة الحبر رأس الطباعة، فإن رأس الطباعة في هذه الطابعات ثابت. مع مرور الوقت، قد تنسد أجزاء من رأس الطباعة بشكل دائم، مما يؤدي إلى ظهور خطوط غير مرغوب فيها، ولكن توجد دورات تنظيف لرأس الطباعة والأسطوانة، بالإضافة إلى خيارات استبدال فوهات الطباعة، والتي يمكنها حل معظم مشاكل الطباعة. يوجد فلتر للحبر الممتص، مُطبق على الأقل في أجهزة ColorQube الحديثة (8570/8870)، وفقًا لدليل خدمة هذه الطرازات. قد يتسبب الغبار الناتج عن استخدام ورق رخيص في انسداد رأس الطباعة، ولهذا السبب توصي شركة زيروكس باستخدام أوراق لا تُطلق الغبار والألياف أثناء الاستخدام العادي. قد يتراكم غبار الورق أيضًا كشوائب داخل الطابعة؛ مما قد يُسبب تآكلًا في الأسطوانة، وقد يُشابه ضعف أو انقطاع فوهة الطباعة. لهذا السبب، يُنصح بتشغيل إجراء التنظيف الأساسي المدمج للأسطوانة ثلاث مرات على الأقل قبل بدء دورة تنظيف رأس الطباعة والفوهات. يحتوي نظام رأس الطباعة أيضًا على وحدة تجميع ماسحة تُستخدم لتنظيف رأس الطباعة من الغبار والحطام وبقايا الحبر، وذلك لحماية الفوهات من الانسداد. وبشكل عام، يتميز تصميم هذا النظام بالمتانة، إذ من المعروف أن رؤوس الطباعة تدوم لمليون طبعة أو أكثر. ^{[ 1 ]}

لا تتوافق قوالب الحبر بين طرازات Phaser المختلفة، وذلك لأن شركة Xerox تُغيّر شكل قوالب CMYK مع كل إصدار جديد بسبب تغييرات في تركيبة الحبر (وخاصةً درجة انصهاره). وتمنع فتحات خاصة إدخال قوالب حبر من طراز خاطئ أو في الفتحة الخاطئة.

تصبح عملية التغليف صعبة بسبب طبيعة تقنية الحبر. يذوب الحبر ويتلطخ ما لم يتم خفض درجة حرارة جهاز التغليف إلى الحد الأدنى اللازم لإغلاق الكيس.

تم تقديم الحبر الصلب، ^{أو حبر الذوبان الساخن ، أو حبر تغيير الطور ،} في عام 1962 في شركة تيليتايب ضمن مشروع 176. يُطلق مصطلح الحبر الصلب على الحبر الذي يكون صلبًا في درجة حرارة الغرفة. استُخدم الشمع في أول منتج حبر صلب تم طرحه مع طابعات نفث الحبر المستمر في محطة تيليتايب إنكترونيك في عام 1966، ولكن لم يُصدر براءة اختراع الشمع الذائب الساخن إلا في 4 أبريل 1972، بموجب براءة الاختراع الأمريكية رقم US3653932. في عام 1971، مُنحت براءة اختراع، رقم US3596285، لجهاز تسجيل المعدن السائل، وهي عملية طباعة تُصنّع نماذج معدنية للرموز والأنماط والأحرف. أُشير إلى المعدن السائل في هذه البراءة باسم حبر "الطباعة" الذائب الساخن، وقد طُرح قبل استخدام مصطلح "الطباعة ثلاثية الأبعاد". هذه أمثلة على الأحبار التي تُنشئ تأثيرًا ثلاثي الأبعاد على الصفحة.

في عام ١٩٨٢، راودت روبرت هوارد فكرة بناء نظام طابعة ملونة صغيرة قبل مغادرته شركة سينترونيكس. وبعد عامين، أسس شركة جديدة، هاوتك، لتحقيق هذه المهمة. ^{[ ٩ ]} استخدمت طابعة بيكسل ماستر حبرًا حراريًا منصهرًا ساخنًا، يتم نفثه بواسطة بلورات بيزو، قادرة على رش ملايين القطرات الصغيرة من الحبر من كل لون من الألوان الأساسية (الأحمر والأخضر والأزرق) والأسود على ورقة. ^{[ ٩ ]}

على الرغم من أن ابتكارها نُسب في الأصل إلى شركة Data Products، التي كانت تُعرف سابقًا باسم Exxon، إلا أنه نُسب أيضًا إلى Howtek ^{[ 1 ]} في عام 1984. تقوم أحبار Howtek الصلبة بطباعة الألوان عن طريق الترسيب اللوني الطرحي (الطبقات).

غادر بعض مؤسسي شركة Howtek والعديد من موظفيها السابقين وانضموا إلى شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد. أسس ريتشارد هيلينسكي شركة CAD-Cast, Inc. في 27 أكتوبر 1989 (والتي أعيد تسميتها لاحقًا إلى Visual Impact Corporation)، ^{[ 6 ]} وهي شركة متخصصة في الطباعة ثلاثية الأبعاد لبناء جهاز Sculptor، لكنه تخلى عن المشروع بعد حصوله على براءة اختراع ثلاثية الأبعاد برقم US 5136515A في 4 أغسطس 1992، ورخصها لشركة Sanders Prototype, Inc. في عام 1993. انضم هيرب مينينيت إلى شركة Ballistic Particle Manufacturing (BPM) ^{[ 10 ]} في عام 1993 مع منتج Personal Modeler. استخدمت الشركتان طابعات نفث الحبر ومواد اللدائن الحرارية على غرار Howtek. لم يقل عدد رؤساء شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد الذين كانوا موظفين سابقين في Howtek عن ثلاثة، كما انتقل مصممون ونواب رؤساء ومهندسون (بمن فيهم مهندس طابعات نفث الحبر) وكيميائيون ومشترون وسكرتيرات وفنيون إلى شركات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الحبر الصلب مادة ثلاثية الأبعاد تُستخدم في طابعات نفث الحبر أحادية الفوهة (مثل طابعات Howtek ذات حجرة السوائل الصوتية المضغوطة ذات الفتحة المقطعة)، كما تُستخدم أيضًا في طابعات نفث الحبر متعددة الفوهات (مثل طابعات حجرات السوائل المنحنية أو المكبسية ذات صفائح الفتحة المشكلة كهربائيًا). يجب تسخين رؤوس الطباعة. يتدفق الحبر الصلب الشمعي عند درجة حرارة أقل من 100 درجة مئوية، بينما يُفضل الحبر الصلب الحراري 125 درجة مئوية (وهي قريبة من درجة حرارة كوري الكهروإجهادية، أي درجة حرارة استقطاب الكهروإجهاد). لا يزال مصنّعو الكهروإجهاد يصرّون على أن درجات حرارة التشغيل مرتفعة بشكل خطير، لكن رؤوس طباعة Howtek تعمل بكفاءة. صُممت طابعات نفث الحبر من نوع Howtek لاستخدام الحبر الصلب في دورات طباعة مدتها 4 دقائق. تقوم طابعات Solidscape, Inc. ثلاثية الأبعاد، والتي كانت تُعرف سابقًا باسم Sanders Prototype, Inc.، الآن بطباعة نماذج ثلاثية الأبعاد كاملة ^{[ 11 ]} ، والتي قد تستغرق طباعتها من يوم إلى 5 أيام بترددات إسقاط تقارب 16000 نقطة في البوصة. يكون الحبر الصلب سائلاً عند درجة حرارة التشغيل ويتصرف مثل الماء مع الموجات الصوتية (الأبطأ من الماء) التي تدفع القطرات خارج الفتحة في طابعة Howtek النافثة للحبر.

طُوِّرت طابعة أخرى تعمل بالحبر الصلب، وهي SI-480، وطُرحت في السوق عام 1988 من قِبَل شركة داتا برودكتس . كانت هذه طابعة نفث حبر أحادية اللون، لكنها لم تحقق نجاحًا يُذكر.

تم طرح طابعة الحبر الصلب الملونة التالية، وهي طابعة Tektronix PhaserJet PXi، في يونيو 1991 بتكلفة تقارب 10000 دولار أمريكي. ^{[ 12 ] [ 13 ]} وأصدرت شركة Dataproducts Corporation طابعتها ذات الحبر الصلب الملونة، Jolt، في سبتمبر 1991. ^{[ 14 ]}

في تسعينيات القرن الماضي، طُرحت سلسلة من طابعات الحبر الصلب القادرة على الطباعة حتى حجم التابلويد الإضافي، بما في ذلك Tektronix Phaser III وTektronix Phaser 300، وصولاً إلى Tektronix Phaser 380 في عام 1997. وفي عام 1996، طُرحت طابعة Phaser 600، وهي طابعة حبر صلب عريضة التنسيق، وكانت قادرة على استخدام ورق يُغذى باللفائف أو الأوراق حتى عرض 48 بوصة. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

بعد استحواذ زيروكس على قسم الطباعة والتصوير الملون التابع لشركة تيكترونيكس عام 2000، ^{[ 17 ] [ 18 ]} أصبحت تقنية الحبر الصلب جزءًا من مجموعة منتجات الطباعة والتصوير المكتبية من زيروكس. ركزت المنتجات الأولى على صناعة الفنون الرسومية . ^{[ 9 ]} مع ذلك، ولتجنب نزاع قانوني مع شركة داتا برودكتس، دفعت تيكترونيكس رسومًا لشركة داتا برودكتس مقابل استخدام التقنية، نظرًا لامتلاك الأخيرة براءات اختراع، اشترتها من إكسون، تتعلق بجوانب من الطباعة بالحبر الصلب. ^{[ 12 ]} انظر الإشارة إلى موظفي إكسون الذين وظفتهم شركة آر إتش للأبحاث.

قدمت شركة روبرت هوارد للأبحاث حبرًا صلبًا مختلفًا تمامًا في عام 1985 مع طابعة HT-1، التي سُميت لاحقًا Pixelmaster، والتي تم شحنها في عام 1986 من شركة Howtek، في هدسون، نيو هامبشاير. تم تشكيل حبر Howtek الصلب (المسمى بالبلاستيك الحراري) في 4 أشكال لونية مختلفة ليتناسب مع طابعة Pixelmaster، ولاحقًا مع طابعات Braillemaster. تم دمج هذا الحبر البلاستيكي الصلب وطابعة Howtek النفاثة أحادية الفوهة في منتجين للطباعة ثلاثية الأبعاد من إنتاج شركتي Ballistic Particle Manufacturing (BPM) ^{[ 19 ]} وSanders Prototype, Inc (SDI) في أواخر عام 1993. كان اختراع Howtek للطابعة النفاثة نسخة محسنة من طابعة Alpha Jet على طراز ستيف زولتان (كانت في الأصل زجاجية، لكن Howtek قامت بتشكيل الفوهات باستخدام مادة Tefzel ).طُوِّرت تقنية الطباعة النفاثة للحبر ذات الفوهة الأنبوبية، التي تعمل عند درجة حرارة 125 درجة مئوية، لأول مرة عام 1985 في شركة Howtek، ولا تزال تُستخدم في طابعات Solidscape ثلاثية الأبعاد. ويمكن مشاهدة هذه الأحبار وطابعات الطباعة النفاثة للحبر في متحف 3Dinkjetmuseum التابع لشركة Layer Grown Model Technology في نيو هامبشاير.

استعانت شركة آر إتش ريسيرش، بدءًا من عام 1983، بخمسة موظفين سابقين في شركة إكسون (هوك، لوتز، بير، وماكماهونز) ممن عملوا في تقنيات الطباعة النافثة للحبر التابعة لإكسون (باعت إكسون براءات اختراعها لشركة داتا برودكتس عام 1984) لتطوير طابعات نافثة للحبر وأحدث طابعة في هذا المجال. في الفترة ما بين عامي 1985 و1986، أدت دعوى قضائية متعلقة ببراءات اختراع داتا برودكتس إلى إبطاء تطوير الطابعة فيما يخص أشكال الحبر الصلب، ولكن ليس فيما يخص تركيبة الحبر الصلب نفسها. أدت التأخيرات الناجمة عن الدعوى القضائية وتغيرات سعر صرف الين إلى زيادة تكلفة طابعة بيكسل ماستر، وانخفضت مبيعاتها بحلول أواخر الثمانينيات. في ذلك الوقت، توسعت شركة هاوتك أيضًا لتشمل تقنية الماسح الضوئي لتحسين جودة الصور للطابعات الملونة، كما اطلعت على تقنيات طباعة الصور السلبية، وطباعة الشفافية، وطباعة برايل، وطباعة المعلومات الرقمية على ألواح طباعة ورقية صلبة لصناعة الصحف. أدى ذلك إلى تأسيس شركة جديدة، بريستيك، عام 1986. ^{[ 9 ]}

في النصف الأول من عام 2016 تقريباً، أوقفت شركة زيروكس بيع طابعات الحبر الصلب. ^{[ 20 ]}

• حبر صلب ، زيروكس.
• جايجر، سي. واين، الطباعة بالحبر الصلب الملون - كيف تعمل طابعة الحبر الصلب؟، شركة زيروكس ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 سبتمبر 2009.