Solid ink

Solid ink (also known as hot melt ink^[1][2]) is a type of ink used in printing. Solid ink is a waxy, resin-based polymer that must be melted prior to usage, unlike conventional liquid inks.^[1][3] The technology is used most often in graphics and large-format printing environments where color vividness and cost efficiency are important.^[4][5]

Ink heaters showing melted ink

Solid ink technology utilizes solid ink sticks, crayons, pearls or granular solid material instead of the fluid ink or toner powder usually used in printers. Some types of solid ink printers use small spheres or pucks of solid ink, which are stored in a hopper before being transferred to the printing head by a worm gear or melted as needed. After the solid ink is loaded into the printer, it is melted and used to print images on paper or any substrate in a process that can be similar to offset printing or standard printing.^[1]

Solid ink printers require heated printheads. Continuous Inkjet (CIJ) began the Solid ink industry by using wax and low temperature metal alloy ink in the late 1960s and early 1970s before Drop-On-Demand (DOD) was invented. DOD use piezoelectric devices (polarized ceramics) and heat alters the poling. Howtek broke the barrier of DOD high temperatures with the design of the Howtek style DOD inkjet in 1985. This allowed chemists to expand Solid inks into a new direction and led to a Three-Dimensional printing patent from an ex-Howtek employee who formed the company Visual Impact Corporation.^[6]

Due to the way solid ink printers put the ink onto the page, print quality is considered to be precise and accurate, with bright colors. Excellent results can be achieved with low-quality stock, as the Solid ink covers the stock with a glossy, almost opaque, surface. Solid ink printers are able to print on many different types and thicknesses of media. They are much less sensitive to changes in media type than are color laser printers.^[1]

Debido a que se utilizan bloques de tinta sólidos, se genera menos basura que con las impresoras láser o de inyección de tinta, que producen cartuchos de tinta o tóner vacíos, además de embalaje y materiales de empaque. Un bloque de tinta suelto no deja ningún residuo después de consumirse, solo una bolsa o bandeja de plástico delgada y aplastable y una caja de cartón reciclable. ^{[ 7 ]}

Las impresoras de tinta sólida presentan una ventaja sobre las impresoras de inyección de tinta en situaciones de uso intermitente con largos periodos de inactividad. Esto se debe a que la tinta sólida fundida, que posteriormente se enfría y solidifica dentro de los conductos de suministro de tinta, forma parte del funcionamiento normal de la impresora. Por lo tanto, esta tinta enfriada y solidificada no se seca. Además, mientras la impresora no está en funcionamiento, la cera solidificada ayuda a evitar que el oxígeno y la humedad interactúen con muchas partes internas de los componentes de suministro de tinta. ^{[ 1 ]}

Los bloques de tinta sólida pueden fabricarse sin toxicidad y de forma segura. En la década de 1990, el presidente de Tektronix comió un trozo de tinta sólida, derivada de aceites vegetales procesados ​​de grado alimenticio , para demostrar su seguridad. ^{[ 4 ]} También puede describirse como el recubrimiento de las pastillas recetadas. ^{[ 1 ]}

Boquillas del cabezal de impresión

Es necesario filtrar los contaminantes sólidos, ya que la tinta puede obstruir las boquillas del cabezal de impresión al usar tintas originales o compatibles. La obstrucción puede dañar el cabezal de impresión, y su reemplazo puede resultar costoso. Por este motivo, muchos fabricantes de tinta de terceros ofrecen garantía y cubren el costo del reemplazo de un cabezal de impresión dañado. Xerox también ofrece su propia garantía.

Cuando el dispositivo está frío, la primera página que imprime puede tardar varias decenas de minutos en imprimirse, ya que la impresora necesita calentarse y fundir la tinta. Una vez que la impresora se ha calentado, la tinta se funde mucho más rápido, por lo que el proceso de fusión tendrá un impacto negativo mucho menos perceptible en la velocidad general de impresión de las páginas adicionales.

La tinta debe calentarse, y gran parte del mecanismo de impresión debe mantenerse a una temperatura cercana a su punto de fusión durante su uso. Cuando la impresora está en modo de espera , la mayoría de los equipos mantienen una pequeña cantidad de cera de cada color dentro del cabezal de impresión, calentada a una temperatura ligeramente superior al punto de congelación de la tinta. Según el manual de servicio de Xerox, esto consume aproximadamente 50 vatios.

Cada vez que la impresora se queda sin energía el tiempo suficiente como para que la tinta que se mantenía por encima de su punto de congelación en el cabezal de impresión descienda por debajo de esa temperatura, la masa de tinta en cada depósito se contrae lo suficiente (como resultado del enfriamiento) como para permitir la entrada de aire al cabezal de impresión. Esto provoca errores de impresión hasta que los depósitos del cabezal se rellenan mediante el sistema de fusión de tinta situado encima. En consecuencia, el cabezal de impresión se purga mediante una bomba de vacío, lo que hace que parte de la tinta se desplace desde los depósitos del cabezal de impresión a la bandeja de residuos para eliminar el aire. (Las impresoras Xerox tienen una bandeja de "tinta residual" para este propósito. Dado que las cuatro tintas se vierten en una bandeja de "tinta residual" unificada, es imposible reutilizar la tinta perdida, ya que los cuatro colores de proceso se fusionan para formar una sola masa sólida en la bandeja, que se parece mucho a gotas de cera de vela solidificada, pero casi negra). Si la impresora estuviera en modo de suspensión, se requeriría menos tiempo sin energía para que se activara un ciclo de purga que si la impresora estuviera lista para imprimir (ya que el cabezal de impresión se mantiene mucho más caliente cuando está listo para imprimir).

La impresora contiene cera fundida cuando alcanza su temperatura de funcionamiento , y los manuales de usuario advierten que no se puede mover hasta que haya completado un ciclo de enfriamiento especial seleccionado desde el panel de control de la máquina. Se recomienda un tiempo de enfriamiento de 30 minutos desde el momento en que se desconecta la alimentación principal. Sin embargo, todas las impresoras modernas de tinta sólida tienen un ciclo de apagado que utiliza ventiladores para solidificar la tinta en menos de diez minutos, con la ventaja adicional de sujetar físicamente el cabezal de impresión para evitar daños durante el transporte o el envío. Los manuales advierten que, de lo contrario, pueden producirse daños importantes, que requieren la intervención de un técnico capacitado si la impresora no se enfría correctamente antes de moverla. Mover la impresora antes de que se complete el enfriamiento puede dañar el cabezal de impresión al derramar tinta fundida entre los depósitos de diferentes colores, así como sobre otros componentes internos de la impresora (motores, correas, etc.), y esto no está cubierto por el mantenimiento ni la garantía. Debido al riesgo de derrame de tinta líquida, las impresoras de tinta sólida no son adecuadas para uso móvil, como en carros móviles para imprimir etiquetas de precios en establecimientos comerciales.

A diferencia de algunas impresoras de inyección de tinta donde el cartucho incluye el cabezal de impresión, en estas impresoras el cabezal es fijo. Con el tiempo, algunas partes del cabezal pueden obstruirse permanentemente, lo que provoca rayas antiestéticas, pero existen ciclos de limpieza del cabezal y del tambor, así como opciones de sustitución de inyectores, que pueden solucionar la mayoría de los problemas de impresión. Según el manual de servicio de los modelos ColorQube más recientes (8570/8870), se ha implementado un filtro para la tinta ingerida. El polvo generado por el uso de papel de baja calidad puede obstruir el cabezal de impresión, por lo que Xerox recomienda utilizar papeles que no desprendan polvo ni fibras durante su uso habitual. El polvo de papel también puede acumularse como residuo dentro de la impresora, lo que podría causar abrasiones en el tambor y simular un inyector débil o ausente. Por este motivo, se recomienda ejecutar el procedimiento básico de limpieza del tambor al menos tres veces antes de iniciar el ciclo de limpieza de los inyectores del cabezal de impresión. El sistema de cabezal de impresión también incluye una unidad de limpieza que se utiliza para eliminar el polvo, los residuos y la tinta residual del cabezal, protegiendo así las boquillas de la obstrucción. En general, el diseño de este sistema es robusto: se sabe que los cabezales de impresión duran un millón de impresiones o más. ^{[ 1 ]}

Los cartuchos de tinta no son compatibles entre los modelos Phaser, ya que Xerox modifica la forma moldeada de cada cartucho CMYK con cada nuevo modelo debido a cambios en la formulación (y especialmente en el punto de fusión) de la tinta. Unas aberturas especiales impiden la inserción de cartuchos de tinta del modelo incorrecto o en la ranura equivocada.

La laminación se complica debido a la naturaleza de la tecnología de la tinta. La tinta se derrite y se corre a menos que la temperatura de la laminadora se reduzca lo suficiente como para sellar la bolsa.

La tinta sólida, ^{[ 8 ]} termofusible o de cambio de fase se introdujo en 1962 en Teletype Corporation en el Proyecto 176. Tinta sólida es el nombre que recibe la tinta que es sólida a temperatura ambiente. La cera se introdujo en el primer producto de tinta sólida introducido con las impresoras de inyección de tinta continua en el terminal Inktronic de Teletype en 1966, pero la patente para la cera termofusible no se emitió hasta la patente US3653932 el 4 de abril de 1972. En 1971, se emitió una patente, US3596285, para un registrador de metal líquido, un proceso de impresión que fabricaba modelos de metal de símbolos, patrones y caracteres. El metal líquido se denominaba tinta "tipográfica" termofusible en esta patente, y se introdujo antes de que se utilizara el término "impresión 3D". Estos son ejemplos de tintas que crean un efecto 3D en la página.

En 1982, Robert Howard tuvo la idea de construir un pequeño sistema de impresión a color antes de dejar Centronics Corporation. Dos años después, fundó una nueva empresa, Howtek, Inc., para llevar a cabo esta misión. ^{[ 9 ]} La impresora Pixelmaster utilizaba tinta termoplástica "hot melt" inyectada por cristales piezoeléctricos que podían expulsar millones de pequeñas gotas de tinta de cada uno de los colores primarios (rojo, verde y azul) y negro sobre una hoja de papel. ^{[ 9 ]}

Aunque su creación se atribuyó originalmente a Data Products, anteriormente Exxon, también se le atribuyó a Howtek ^{[ 1 ]} en 1984. Las tintas sólidas de Howtek imprimen colores mediante deposición sustractiva de color (capas).

Algunos fundadores y muchos exempleados de Howtek se marcharon y se unieron a empresas de impresión 3D. Richard Helinski fundó CAD-Cast, Inc. el 27 de octubre de 1989 (renombrada Visual Impact Corporation), ^{[ 6 ]} una empresa de impresoras 3D para construir la Sculptor, pero más tarde desistió tras recibir la patente 3D US 5136515A el 4 de agosto de 1992, y la cedió a Sanders Prototype, Inc. en 1993. Herb Menhennett se unió a Ballistic Particle Manufacturing (BPM) ^{[ 10 ]} en 1993 con el producto Personal Modeler. Ambas empresas utilizaban inyectores de tinta y materiales termoplásticos al estilo Howtek. No menos de tres presidentes de empresas de impresión 3D fueron exempleados de Howtek, y diseñadores, vicepresidentes, ingenieros (incluido el ingeniero de inyectores de tinta), químicos, compradores, secretarios y técnicos también se han incorporado a empresas de impresión 3D.

La tinta sólida es un material 3D utilizado en una sola boquilla (cámara de fluido acústico de tipo compresión Howtek con orificio cortado) y también en inyectores de tinta de boquilla múltiple (cámaras de fluido de tipo pistón o doblador con placas de orificio electroformadas). Los cabezales de impresión deben calentarse. La tinta sólida a base de cera fluye por debajo de 100 °C, pero la tinta sólida termoplástica prefiere 125 °C (cerca de la temperatura de Curie piezoeléctrica, temperatura de polarización piezoeléctrica). Los fabricantes de piezoeléctricos aún insisten en que las temperaturas de funcionamiento son peligrosamente altas, pero los cabezales de impresión Howtek funcionan bien. Los inyectores de tinta estilo Howtek fueron diseñados para usar tinta sólida en ciclos de impresión de 4 minutos. Las impresoras 3D Solidscape, Inc., anteriormente Sanders Prototype, Inc., ahora imprimen modelos 3D completos ^{[ 11 ]} que pueden imprimirse durante 1 o 5 días a frecuencias de gota cercanas a 16 000 ppp. La tinta sólida se vuelve líquida a la temperatura de funcionamiento y actúa como el agua, con ondas sonoras (más lentas que el agua) que fuerzan la salida de las gotas por el orificio en la impresora de inyección de tinta tipo Howtek.

Dataproducts Corporation desarrolló y lanzó al mercado en 1988 otra impresora de tinta sólida, la SI-480 . Se trataba de una impresora de inyección de tinta monocromática que tuvo un éxito limitado.

La siguiente impresora de tinta sólida a color, la Tektronix PhaserJet PXi, se presentó en junio de 1991 a un costo de casi 10 000 dólares estadounidenses. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Dataproducts Corporation lanzó su impresora de tinta sólida a color, la Jolt, en septiembre de 1991. ^{[ 14 ]}

En la década de 1990, se introdujo una sucesión de impresoras de tinta sólida capaces de imprimir hasta tamaño tabloide extra, incluyendo la Tektronix Phaser III, la Tektronix Phaser 300, y culminando con la Tektronix Phaser 380 en 1997. Una impresora de tinta sólida de gran formato, la Phaser 600, se presentó en 1996. La Phaser 600 era capaz de utilizar papel alimentado en rollo o en hojas de hasta 48 pulgadas de ancho. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

Después de que Xerox adquiriera la División de Impresión y Procesamiento de Imágenes en Color de Tektronix en 2000, ^{[ 17 ] [ 18 ]} la tecnología de tinta sólida pasó a formar parte de la línea de productos de impresión y procesamiento de imágenes para oficina de Xerox. Las primeras ofertas se centraron en la industria de las artes gráficas . ^{[ 9 ]} Sin embargo, para evitar una batalla legal con Dataproducts Corporation, Tektronix terminó pagando regalías a Dataproducts por el uso de la tecnología debido a que esta última poseía patentes, adquiridas a Exxon, sobre aspectos de la impresión con tinta sólida. ^{[ 12 ]} Véase la referencia a los empleados de Exxon contratados por RH Research.

Robert Howard Research introdujo la tinta sólida completamente diferente en 1985 con la impresora HT-1, más tarde llamada Pixelmaster, que se envió en 1986 desde Howtek, Inc., Hudson, NH. La tinta sólida de Howtek (llamada termoplástica) se moldeó en 4 formas de colores diferentes para adaptarse a la Pixelmaster y más tarde a las impresoras Braillemaster. Esta tinta sólida de plástico y la inyección de tinta de boquilla única estilo Howtek se incorporaron finalmente a dos productos de impresión 3D fabricados por Ballistic Particle Manufacturing (BPM) ^{[ 19 ]} y Sanders Prototype, Inc. (SDI) a finales de 1993. La invención de inyección de tinta de Howtek, una Alpha Jet mejorada al estilo de Steve Zoltan (originalmente era de vidrio, pero Howtek moldeó boquillas con TefzelLa tecnología de inyección de tinta con boquilla tubular, que funciona a 125 °C, fue desarrollada por primera vez en 1985 en Howtek y todavía se utiliza en las impresoras 3D Solidscape. Estas tintas, sistemas de inyección de tinta e impresoras se pueden ver en el 3Dinkjetmuseum de Layer Grown Model Technology en New Hampshire.

Five previous Exxon employees (Hock, Lutz, Peer and McMahons) who had worked with Exxon inkjet technologies (Exxon sold its patents to Dataproducts in 1984) were hired by RH Research starting in 1983 to develop inkjets and the state of the art printer. In 1985-1966 the Dataproducts patent litigation slowed the development of the printer over solid ink shapes but not over the solid ink formulation. Delays from the litigation and Yen exchange rate changes increased the cost of the Pixelmaster printer and sales dropped of by the late 1980s. At this time, Howtek also expanded into scanner technology to improve imagery for the color printers and also learned of negative image printing, transparency printing, Braille printing and printing digital information on rigid paper printing plates for the newspaper industry. This led to the founding of a new company, Presstek, Inc., in 1986.^[9]

Around the first half of 2016, Xerox discontinued selling solid ink printers.^[20]

• Solid Ink, Xerox.
• Jaeger, C. Wayne, Color Solid Ink Printing — How does a solid ink printer work?, Xerox Corporation, retrieved 2009-09-20.