Tlačiareň (hardvér)

Tlačiareň je výstupné zariadenie pripojiteľné k počítaču, určené na tlač predovšetkým papierových dokumentov. Niektoré novšie tlačiarne sú však použiteľné aj na tlač fotografií vo vysokej kvalite, a niektoré sú tiež schopné samostatnej činnosti bez pripojenia počítača (priamou tlačou z pamäťových médií). Časť tlačiarní je zabudovaných do rôznych zariadení (napr. elektronické pokladne, lekársky ultrazvukový prístroj), alebo sú spojené so scannerom a/alebo faxom. Špecifickým druhom tlačiarní sú v poslednom čase tzv. 3D tlačiarne, ktoré nevytvárajú plošný obraz na nosnom médiu, ale produkujú priestorové "výtlačky".

Princíp činnosti

Hlavný článok o spôsoboch tlače pozri Tlač (počítače)

Tlačiareň pozostáva z mechanizmu na posuv papiera a zo zariadenia, ktoré ukladá farbu (atrament) na požadované miesto na papieri.

Prenos z pásky

Atrament je uložený na textilnej páske, odkiaľ sa prenáša na papier pritlačením pásky (nárazom – angl. impact) o papier (alternatívne pritlačením papiera o pásku). Týmto sa z pásky uvoľní malé množstvo atramentu a na papier sa otlačí tvar predmetu, ktorý pásku pritlačil – priamo tvar písmena, alebo bodka.

Optický

Využíva sa podobný princíp ako v kopírovacom stroji (a vzdialene príbuzný ofsetovej tlači): polovodičová vrstva obvykle nanesená na valec je rovnomerne nabitá vo vysokonapäťovej koróne, následne je selektívne vybitý osvetlením rozmietaným modulovaným laserovým lúčom prípadne sústavou LED. Na pracovný valec je potom nanesená vrstva práškovej farby (toneru), ktorý je priťahovaný len nabitými časťami valca (resp. z nenabitých častí je zotretý). Toner je prenesený iným valcom na papier, ktorý je následne zahriaty, čím sa toner čiastočne nataví a dokonalejšie priľne k papieru („zapečie sa“). Valec po očistení od zvyškov tonera opakuje opísaný cyklus.

Termálne

Využívajú sa tzv. termohlavy, čo je lineárna sústava drobných odporových elementov nanesených na spoločnú izolačnú (obvykle keramickú) podložku, zahrievaných prechodom elektrického prúdu.

Termocitlivý papier

Využíva sa papier s nanesenou vrstvou látky, ktorá pri zahriatí zmení farbu (z bielej obvykle na čiernu, ale existujú aj farebné termocitlivé papiere). Nevýhodou je, že táto tlač má krátku životnosť a časom, ako aj vplyvom tepla a rôznych chemických vplyvov bledne, alebo celá plocha rovnomerne stmavne.

Termotransfer a sublimácia

Využíva sa prenos farby z nosiča (pásky, fólie) na papier (či iné tlačené médium – napr. textil) vplyvom tepla, pričom sa farba alebo podkladová vrstva nataví a mechanickým kontaktom sa prenesie (termotransfer), alebo farba sublimuje a následne skondenzuje na papieri.

Typy tlačiarní

Tlačiarne je možné rozdeliť predovšetkým podľa technológie použitej na tlač dokumentov, ale aj podľa druhu tlačenej informácie (text/obraz), farebnosti, rýchlosti, oblasti použitia a pod.

Znakové

Znakové tlačiarne tlačia celé znaky, prípadne celé riadky znakov naraz. Znakové tlačiarne boli výhradne s farbiacou páskou (impact). Ich výhodou bola rýchla a pomerne lacná tlač a jednoduchý ovládací protokol (ASCII), nevýhodou bol nemenný súbor znakov a niekedy (u zle nastavenej reťazovej tlačiarne alebo pri opotrebovanej či vyschnutej páske) zlá čitateľnosť tlače. Tlač grafiky (okrem ASCII umenia) samozrejme neprichádzala do úvahy.
V dnešnej dobe sa už takmer vôbec nepoužívajú; všetky rastrové tlačiarne sú schopné tlačiť aj znaky, časť z nich je možné dokonca priamo ovládať pomocou ASCII a tým v prípade potreby priamo nahradiť znakovú tlačiareň.

Ďalekopis

Historicky prvým druhom tlačiarne pripojenej k počítaču bol ďalekopis (resp. jeho „tlačiaca“ časť), čo je vlastne upravený písací stroj s elektricky ovládanými typovými pákami (angl. teletypewriter alebo teletype).

Tlačiareň s typovým kolesom, guľovou hlavou

U týchto tlačiarní bola sústava typových pák nahradená kolesom resp. guľou so vzorom písmen po obvode či povrchu; alebo na výstupkoch rovnobežných s plochou kolesa (v tvare lupienkov kvetu – angl. daisy wheel). Zjednodušila sa tým mechanika stroja, keď koleso sa na aktuálne písmeno natáčalo jednoduchým elektromotorom.

Bubnové a reťazové tlačiarne

Tieto tlačiarne tlačili v jednom pracovnom cykle celý riadok znakov naraz (obvykle 80 až 132 stĺpcov) a dosahovali extrémne rýchlosti tlače (niekoľko desiatok strán za minútu). Kurióznym problémom, ktorý sa pri týchto tlačiarňach riešil, bol statický elektrický náboj, ktorý vznikal na rýchlo sa pohybujúcom papieri. Tieto tlačiarne boli tiež mimoriadne hlučné.
Bubnová tlačiareň mala sadu znakov (takú, že sa v sade vyskytovali všetky písmená abecedy a používanejšie písmená sa vyskytovali viackrát) usporiadané v kružniciach na povrchu bubna rotujúceho okolo horizontálnej osi. Reťazová tlačiareň mala podobnú sadu znakov na horizontálne sa pohybujúcej „reťazi“ z kovových segmentov obsahujúcich vždy niekoľko písmen. Oproti bubnu/reťazi sa vertikálne pohyboval textilný farbiaci pás šírky celého riadku a pás papiera rovnakej šírky. Za papierom bol oproti bubnu/pásu rad elektromagneticky ovládaných kovových „kladiviek“. V okamihu, keď sa na niektorej pozícii ocitlo správne písmeno, kladivko „udrelo“ a tým sa písmeno otlačilo na papier.
Výstup z týchto tlačiarní bol typický „rozskákanosťou“ písmen, a obvykle aj absenciou diakritiky.

Rastrové

Rastrové tlačiarne tlačia sústavu bodiek, ktoré tvoria výsledný tlačený obraz. Znaky (text) aj vektorová grafika sú tlačené po prevedení do rastrovej podoby (podobne ako u zobrazovacích jednotkách).
Niektoré rastrové tlačiarne (ihličkové, atramentové a niektoré termálne) tlačia na zvisle sa pohybujúci papier vodorovne sa pohybujúcou tlačovou hlavou, ktorá tlačí naraz niekoľko bodov umiestnených zvisle – obvykle sa tak dá vytlačiť jeden celý riadok textu pri jednom prechode hlavy. Iné tlačiarne (laserové a termálne) tlačia celý riadok bodiek naraz, t. j. tlačová hlava (ak je použitá – výnimka sú laserové tlačiarne) je široká a nepohyblivá.
Základné rozlíšenie („hustota“ tlače) je daná vzdialenosťou tlačiacich elementov na tlačovej hlave (resp. vzdialenosťou súčasne tlačených bodov), a krokom posuvu papiera. U niektorých tlačiarní je možnosť dosiahnuť moduláciou intenzity tlače bodov umiestnených na rozhraní čiernej a bielej plochy optický jav, keď tlačený objekt vyzerá akoby bol vytlačený tlačiarňou s väčším rozlíšením (podobný efekt ako pri renderingu farebných obrázkov). Niekedy sa podobná technika (v extrémnom prevedení spolu s napr. tlačením len vonkajších obrysov znakov a iných vypĺňaných plôch) využíva na úsporu farby/atramentu/toneru pri tlači, napr. pre predbežnú verziu dokumentu (angl. draft).

Ihličkové

Ihličková tlačiareň (angl. dot matrix printer) tlačí pomocou súboru pohyblivých tenkých drôtov (nazývaných tradične ihličky), ktoré sú vysúvané elektromagnetom, a otlačením cez farbiacu pásku vytvárajú body na papieri (t. j. ide o tlačiareň typu „impact“). „Ihličky“ sú obvykle usporiadané zvisle a spolu s príslušnými elektromagnetmi tvoria tlačovú hlavu, ktorá je remeňovým mechanizmom posúvaná vodorovne pozdĺž papiera. Obvyklý počet ihličiek v hlave je 9 alebo 24 (výška tlačeného riadku je pritom rovnaká, takže v druhom prípade ide o väčšiu hustotu tlače). V minulosti sa vyskytovali aj netypické tlačiarne s jedinou ihličkou (kvôli cene, aj keď rýchlosť tlače tak bola zúfalo pomalá); a so skupinou ihličiek usporiadaných do obdĺžnika (typicky 5x7), čo umožňovalo tlačiť celý znak naraz.
Nevýhodou ihličkových tlačiarní je relatívne malá rýchlosť a najmä vysoká hlučnosť. Pri opotrebovanej alebo vyschnutej farbiacej páske je aj zlá čitateľnosť.
Naopak, výhodou je pri použití kopírovacieho papiera príp. samokopírovacieho papiera možnosť tlačiť viacero kópií naraz resp. tlač do utajenej obálky. Výhodou sú tiež pomerne malé náklady na tlač, pomerne nízka cena tlačiarne, ustálená technológia (bez životnosť ovplyvňujúcich zjednodušení kvôli cenovým vojnám, a tiež sa nevyskytujú obchodné metódy ako je vynucovaný servis).
Aj keď sa v súčasnosti už ihličkové tlačiarne nepoužívajú pre bežné kancelárske aplikácie, stále majú svoje miesto najmä tam, kde je potrebné tlačiť viacero kópií naraz. Jednou z typických aplikácií je použitie v tlačiarňach registračných pokladní.

Atramentové

Atramentová tlačiareň (angl. inkjet printer, niekedy tiež bublinková tlačiareň) tlačí vystrekovaním kvapôčok tekutého atramentu, ktoré vytvárajú body na papieri. Atrament je vystrekovaný cez trysky prudkým ohriatím odporovým telieskom v malej komôrke, alebo ultrazvukom. Trysky sú usporiadané zvisle na tlačovej hlave, ktorá sa pohybuje vodorovne oproti zvisle posúvanému papieru. Tlačová hlava u termálne vystreľovaného atramentu býva obvykle integrovaná s nádržkou atramentu a menia sa spoločne, u ultrazvukových hláv býva hlava súčasťou tlačiarne a nádržka je oddelená. Atrament do nádržky je obvykle možné doplniť, tomuto sa však výrobcovia často bránia, keďže predaj náhradných hláv resp. nádržiek tvorí značnú časť ich zisku (a často jediný zisk, ak tlačiareň z obchodných dôvodov predávajú za dumpingovú cenu). Nádržka atramentu často obsahuje špongiovitý savý materiál, a sústavou kapilárnych kanálikov je odvetrávaná kvôli vyrovnávaniu tlaku v nádržke s atmosférickým tlakom pri ubúdaní atramentu.
Po vytlačení určitého množstva stránok, pri ukončení tlače („vypnutí tlačiarne“) príp. prerušení tlače na dlhšiu dobu tlačiareň vykonáva čistiaci cyklus, keď po vysunutí hlavy do zvláštnej polohy najprv odstráni časť atramentu do zberača odpadového atramentu (obvykle spodné dno tlačiarne, obsahuje často savú špongiovitú hmotu) a potom trysky hlavy otrie, resp. pri ukončení tlače ich uzavrie (aby nedošlo k vyschnutiu), gumovým prípravkom.
Nevýhodou atramentových tlačiarní sú pomerne vysoké náklady na tlač a možnosť zaschnutia trysiek, ak sa dlhšiu dobu nepoužívajú.
Výhodou atramentových tlačiarní je nízka cena tlačiarne (aj keď mnohokrát skreslená taktikou vynucujúcou použitie pôvodných náplní, v ktorých je skrytá značná časť ceny samotnej tlačiarne), malé rozmery a hmotnosť, pomerne vysoké rozlíšenie.
Obvykle sa atramentové tlačiarne používajú na kancelársku tlač tam, kde sa tlačí malé množstvo dokumentov, príp. ako prenosná tlačiareň.

Potláčacia tlačiareň

Zvláštnym druhom atramentovej tlačiarne je trysková potláčacia tlačiareň. Hlava tlačiarne je tvorená jedinou tryskou, ktorá však nie je v kontakte s potláčanou plochou a je od nej vzdialená aj niekoľko centimetrov. Tryska je kovová a je spojená so zdrojom vysokého napätia, takže kvapôčky atramentu vyletujúce z trysky sú elektricky nabité. Za tryskou nasledujú platne elektrostatického vychyľovania, ktoré vychyľujú kvapky v jednom smere v rozsahu niekoľkých bodov, pričom potláčaný materiál sa pohybuje druhým smerom. Takto je možné vytvoriť jeden riadok textu aj na nerovinných povrchoch. Kvapky sú obvykle väčšie, ako pri bežných atramentových tlačiarňach a tlačený text je len v hrubom rastri. Hlavným uplatnením tohoto spôsobu tlače je tlačenie dátumu a času výroby na výrobných linkách priebežne na každý kus výrobku – napr. v potravinárstve a pod.

Laserové, LED

Laserová tlačiareň tvorí obraz vo forme elektrického náboja selektívnym vybíjaním pomocou modulovaného, rotujúcim či kmitajúcim zrkadlom rozmetaného laserového lúča premietaného na nabitý polovodičový valec. Tento obraz je prenesený pomocou čiastočiek pevného farbiva – toneru – na papier, kde je toner „zapečený“.
Laserové tlačiarne sa vyznačujú vysokou rýchlosťou, výbornou kvalitou tlače a vysokou životnosťou so stredne vysokými nákladmi na tlač. Väčšinu nákladov tvorí toner, ktorý sa v niektorých druhoch tlačiarní vymieňa spolu s valcom v jednom puzdre (angl. cartridge), v iných druhoch je valec súčasťou tlačiarne a toner sa do tlačiarne dopĺňa (dosýpa).
Farebné laserové tlačiarne tvoria farebný obraz z troch alebo štyroch farebných tonerov postupným prechodom papiera viacerými samostatnými sústavami, alebo postupným prechodom cez jednu sústavu používajúcu v každom prechode iný toner. Cena farebnej tlače je však pomerne vysoká a kvalita je o niečo nižšia než u špeciálnych farebných atramentových tlačiarní.
Pri LED tlačiarňach je laser a rozmietacia sústava nahradená lineárnym poľom LED. Výhodou je o niečo vyššia rýchlosť tlače; potenciálne nižšia cena sa vďaka výraznej redukcii cien laserov v poslednej dobe neuplatňuje.
Keďže historicky bola cena laserových tlačiarní výrazne vyššia než u ostatných rastrových tlačiarní, v týchto tlačiarňach sa často používa aj drahšia a výkonnejšia ovládacia elektronika (vyžadovaná aj vyššou rýchlosťou tlače a väčším rozlíšením). Firmvér laserových tlačiarní preto často implementuje aj zložitejší príkazový jazyk, napr. PostScript či PCL, ktorý umožňuje preniesť časť úloh pri tlačení z počítača na tlačiareň. Tieto tlačiarne sú často aj zdieľané v sietiach, k čomu sú niektoré tlačiarne priamo vybavené sieťovým rozhraním a príslušnými nástrojmi pre zdieľanie.
Výhodou laserových tlačiarní je rýchla a tichá tlač pri výbornej kvalite tlače (vysoké rozlíšenie).
Nevýhodou je pomerne vysoká cena tlačiarne. U modelov s „dosypaním“ toneru je výhoda nízkej ceny toneru vyvážená nižšou životnosťou danou opotrebením prakticky nevymeniteľného valca.
Laserové tlačiarne sú dnes najrozšírenejšie tlačiarne v kanceláriách so stredným a vysokým počtom tlačených strán.

Termálne (termopapier)

Termálna tlačiareň tlačí lokálnym zahriatím papiera potiahnutého špeciálnou látkou, ktorá vplyvom zahriatia zmení farbu (obvykle sčernie).
Základným konštrukčným prvkom je tlačiaca hlava, ktorá je tvorená radom odporových teliesok rozmerov jedného tlačeného bodu v celej šírke tlače. Priechodom prúdu sa odporové teliesko zahreje a prenesie teplo na papier. Hlava je nepohyblivá, a tlačí sa celý riadok naraz. Papier (obvykle vo forme pásu – rolky) je po vytlačení riadku posúvaný o jeden tlačený bod pomocou gumového valca poháňaného krokovým motorom.
Pri použití zvláštneho papiera je možné riadením tepelnej energie vydanej na jeden bod dosiahnuť dvojfarebnú tlač – pri menšej energii je bod farebný (modrý, zelený alebo červený), pri dodaní ďalšej energie bod sčernie.
Výhodou termálnych tlačiarní je nízka cena tlačiarne; tichá prevádzka; vďaka minimálnemu počtu pohyblivých dielov vysoká spoľahlivosť a nízke nároky na údržbu; žiadny spotrebný materiál (okrem papiera); malé rozmery.
Nevýhodou je potreba použiť špeciálny papier z čoho vyplývajú vyššie prevádzkové náklady; nemožnosť farebnej tlače; a najmä obmedzená životnosť tlače, ktorá navyše rýchlo degraduje vplyvom zvýšenej teploty a za prítomnosti rôznych chemikálií.
Termálne tlačiarne sa používajú najmä v registračných pokladniach a vo faxových prístrojoch.

Termotransferové a sublimačné

Termotransferová aj sublimačná tlačiareň pracuje na základe prenosu farby z nosiča farby (pásky) na potláčaný predmet vplyvom lokálneho zahriatia nosiča farby. U termotransferovej tlačiarne sa takto oddelí farba (obvykle s obsahom vosku) a mechanicky sa prenesie na potláčaný predmet. U sublimačnej tlačiarne farba zahriatím sublimuje (odparí sa) a následne kondenzuje (vyzráža sa) na potlačovanom predmete.
Konštrukčne sú tieto tlačiarne podobné termálnym tlačiarňam, keďže ich základom je tiež tlačová hlava obsahujúca rad odporových elementov a motorický posuv potláčaného média (prípadne aj hlavy).
U sublimačných tlačiarní je možná aj farebná tlač s použitím špeciálnej pásky obsahujúcej všetky základné farby.
Výhodou týchto tlačiarní je kontrastná, kvalitná a trvanlivá tlač. Sublimačná tlačiareň je tiež schopná potláčať rôzne materiály napr. textil.
Kvôli pomerne vysokej cene spotrebného materiálu – farbiacej pásky – sa tieto tlačiarne používajú len v špeciálnych aplikáciách. Typické použitie termotransferovej tlačiarne je napr. tlač popisovacích štítkov.

Jednofarebnosť (čiernobiele, odtiene sivej)

Najrozšírenejšie typy tlačiarní sú schopné tlačiť len jednou farbou, obvykle čiernou (pochopiteľne je druhou farbou farba podkladu, obvykle biela). Niektoré tlačiarne sú však schopné tlačiť aj odtiene tlačenej farby (obvykle odtiene sivej), a to zmenou krytia (napr. zmenou množstva vystreknutej farby u atramentových tlačiarní, alebo zmenou energie dodanej pri zohrievaní jedného bodu u termálnych tlačiarní). Podobný efekt sa dosiahne, ak pri dostatočnej hustote tlače sa netlačia všetky body, ale sa niektoré vynechajú.

Dvojfarebnosť

Niektoré tlačiarne sú schopné na podklad tlačiť dvomi rôznymi farbami. Typicky, u písacieho stroja sa použila farbiaca páska, ktorej polovica šírky bola čierna, druhá polovica farebná (obvykle červená) a zvláštnym mechanizmom sa dalo vybrať, cez ktorú časť pásky sa má písať. Podobný mechanizmus využívali aj niektoré ihličkové tlačiarne vyššej kategórie.
Niektoré termálne tlačiarne dokážu tlačiť dvojfarebne na špeciálny papier, ktorého aktívna vrstva pri dodaní menšieho množstva tepelnej energie sa zafarbí (na červeno alebo na modro), a pri ďalšom zahrievaní zmení farbu na čiernu.
Účelom dvojfarebnej tlače je zvýrazniť niektorú časť tlačeného textu.

Obojstranná tlač

Na tlač brožúr a tiež kvôli úspore papiera je vhodné tlačiť na obidve strany papiera. Toto je možné docieliť aj manuálne, ručným otáčaním papiera po vytlačení každej strany, alebo tlačením ob-stranu, opätovným vložením takto vytlačeného papiera do podávača, a následným tlačením zvyšných strán. Je potrebné si pri tom uvedomiť, na ktorú stranu papiera tlačiareň tlačí a akým spôsobom presúva papier z podávača do držiaka vytlačených strán, a v závislosti od toho papiere otáčať prípadne tlačiť v obrátenom poradí. Niektoré ovládače tlačiarní obsahujú podporu manuálnej obojstrannej tlače, pričom automaticky usporiadajú stránky v potrebnom poradí a zobrazia aj príslušný návod ako manipulovať s vytlačenými stránkami.
Niektoré tlačiarne vyššej kategórie majú zabudované mechanické zariadenie (tzv. duplexor), ktoré umožňuje automatickú obojstrannú tlač.

Samočistenie

U atramentových tlačiarní prebieha samočistiaci proces automaticky obvykle pri zapnutí, po určitom objeme tlačenia príp. po dlhšej dobe nečinnosti.

Rozhranie

Tlačiarne boli tradične pripojené k počítaču prostredníctvom paralelného portu, označovaného ako LPT (z angl. lineprinter – riadková tlačiareň, niekedy označované aj ako rozhranie Centronics). Aj keď pôvodné jednoduché zapojenie umožňovalo pomerne vysoké prenosové rýchlosti (niekoľko tisíc až desiatok tisíc znakov za sekundu), pre grafické tlačiarne sa to ukázalo ako obmedzujúce aj napriek vylepšeným portom (zodpovedajúce norme IEEE 1284, vo vylepšených režimoch EPP a ECP). Taktiež sa ukázalo ako nepraktické mať pomerne krátke káble s mnohými žilami.
Niektoré tlačiarne boli pripojiteľné cez sériový port štandardu RS232, čo umožňovalo dlhšie a jednoduchšie pripojovacie káble, ale prenosová rýchlosť bola obmedzená.
Dnešné tlačiarne určené pre jedného užívateľa sú obvykle pripojené prostredníctvom USB rozhrania a niekedy sú vybavené aj možnosťou priameho pripojenia fotoaparátu či digitálnej videokamery, alebo moderných pamäťových médií (FLASH kariet, USB kľúčov).
Tlačiarne pre viacero užívateľov boli pôvodne pripojené k počítačovej sieti (obvykle typu ethernet) prostredníctvom počítača s príslušným programom umožňujúcim zdieľanie tlačiarne (print server, dnes vyrábané aj ako samostatné bezobslužné zariadenie), neskôr sa začali vyrábať tlačiarne, ktoré boli pripojiteľné k počítačovej sieti priamo alebo prostredníctvom zabudovateľného prídavného modulu.