Desde que presionas el botón de imprimir un archivo hasta que finalmente la impresora lo imprime pasan muchas cosas. Hay muchos pasos intermedios que se hacen de forma casi instantánea, pero que son bastante interesantes, y sin los que la impresión no podría suceder. Por esto, en este artículo trataré de explicar paso a paso lo que sucede en una impresora, es decir, cómo funcionan.
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Tipos de impresoras
Las impresoras son dispositivos fundamentales en nuestra vida cotidiana, permitiéndonos materializar documentos, fotografías y todo tipo de información en formato físico. Aunque utilizamos impresoras con regularidad, es posible que no estemos completamente familiarizados con su funcionamiento interno. En este artículo, exploraremos cómo trabajan las impresoras, desde la transferencia de datos hasta la generación de impresiones de alta calidad. Descubriremos los diferentes tipos de impresoras y las tecnologías que utilizan para plasmar nuestras ideas en papel.
Como debes saber, existen varios tipos de impresoras, pero si las catalogamos en función de la tecnología de impacto, podemos obtener dos cartegorías fundamentales:
De impacto
Estas impresoras tienen un mecanismo que toca el papel para crear una imagen. Hay dos tecnologías de impacto principales:
- Las impresoras de matriz de puntos utilizan una serie de pequeñas agujas que impactan sobre una cinta impregnada de tinta, generando así la transferencia de tinta al papel en el punto exacto de impacto.
- Por otro lado, las impresoras de caracteres funcionan de manera similar a una máquina de escribir electrónica. Estas impresoras cuentan con una esfera o una serie de barras que tienen grabados caracteres reales, como letras y números, en su superficie. Al seleccionar el carácter deseado, este es golpeado contra una cinta de tinta, transfiriendo la imagen del carácter al papel. Si bien las impresoras de caracteres son rápidas y producen texto nítido para usos básicos, su aplicación se encuentra limitada en otros aspectos.
Sin impacto
Estas impresoras no tocan el papel al crear una imagen. Esta categoría incluye otros tipos básicos como:
- Las impresoras de inyección de tinta, mencionadas en este artículo, emplean una serie de boquillas para pulverizar finas gotas de tinta directamente sobre el papel. Dentro podemos encontrar tecnologías como:
- Burbuja térmica: empleada por fabricantes como Canon y Hewlett Packard, esta técnica se conoce comúnmente como chorro de burbujas. En una impresora térmica de inyección de tinta, se utilizan pequeñas resistencias que generan calor. Este calor vaporiza la tinta, creando una burbuja. A medida que la burbuja se expande, parte de la tinta sale a través de una boquilla hacia el papel. Cuando la burbuja «estalla» o colapsa, se crea un vacío que atrae más tinta al cabezal de impresión desde el cartucho. Un cabezal de impresión típico de chorro de burbujas cuenta con 300 o 600 diminutas boquillas, y todas ellas pueden expulsar una gota de tinta de manera simultánea. Haz clic en el botón para ver el funcionamiento de una impresora de inyección de tinta de burbuja térmica.
- Piezoeléctrico: patentada por Epson, esta tecnología se basa en el uso de cristales piezoeléctricos. Cada boquilla de la impresora cuenta con un cristal ubicado en la parte posterior del depósito de tinta. El cristal recibe una pequeña carga eléctrica que provoca vibraciones en él. Cuando el cristal vibra hacia adentro, expulsa una pequeña cantidad de tinta por la boquilla. Al vibrar, también extrae más tinta del depósito para reemplazar la que se ha rociado.
- Por otro lado, las impresoras láser, utilizan tinta seca, conocida como tóner, junto con electricidad estática y calor para depositar y fijar la tinta al papel. Actualmente también existen varias tecnologías, como las que usan láser o las que usan LED, aunque se suele usar el término láser para referirse a todas ellas.
- En el caso de las impresoras de tinta sólida, contienen barras de tinta similar a la cera que se funden y aplican al papel, solidificándose posteriormente en su lugar.
- Las impresoras de sublimación de tinta operan con un rollo largo de película transparente que contiene tintes sólidos correspondientes a los colores utilizados en la impresión (cian, magenta, amarillo y negro – CMYK). El cabezal de impresión ajusta la temperatura según la cantidad de cada color necesario. Los tintes se vaporizan y penetran en la superficie del papel antes de solidificarse, construyendo gradualmente la imagen.
- Las impresoras de cera térmica combinan elementos de las tecnologías de tinta sólida y sublimación de tinta. Utilizan una cinta con bandas de color CMYK alternadas, que pasa frente a un cabezal de impresión con pequeños pines calientes. Los pines derriten la cera y la adhieren al papel, donde se endurece en su lugar.
- Por último, las impresoras térmicas autocromas incorporan el color en el propio papel en lugar de en la impresora. El papel contiene tres capas (cian, magenta y amarillo), que se activan aplicando calor en cantidades específicas. El cabezal de impresión, con su elemento calefactor, pasa sobre el papel tres veces, proporcionando la temperatura adecuada para cada capa de color según sea necesario.
Como ves, lo que varía de unos tipos a otros es básicamente la forma de transmitir el texto o las imágenes al papel, pero si conocemos una conoceremos más o menos cómo funcionan el resto. Por eso, en este artículo me centraré especialmente en las de inyección de tina. Pero te puedes hacer una idea de las claves incluso para una impresora 3D.
Dentro de una impresora de inyección de tinta
Existen varias partes esenciales que necesita toda impresora de inyección de tina para funcionar:
Conjunto del cabezal de impresión
- Cabezal de impresión: el componente central de una impresora de inyección de tinta, el cabezal de impresión alberga una serie de boquillas que se encargan de pulverizar las gotas de tinta. En las láser no existe, ya que es el papel el que pasa por unos tubos o pantallas a lo largo de los toners de color.
- Cartuchos de tinta: dependiendo del fabricante y modelo de la impresora, los cartuchos de tinta vienen en diferentes configuraciones, como cartuchos separados para colores y negro, un solo cartucho que contiene tanto color como negro, o incluso un cartucho individual para cada color de tinta. En algunas impresoras de inyección de tinta, los cartuchos incluyen el propio cabezal de impresión. Ya sabes que en una impresora láser se emplea un tóner en vez de un cartucho de tina, y en vez de tinta se usa un polvo especial de color.
- Motor de paso del cabezal de impresión: un motor de paso controla el movimiento del conjunto del cabezal de impresión (que incluye el cabezal y los cartuchos de tinta) hacia adelante y hacia atrás a lo largo del papel. Algunas impresoras cuentan con otro motor de paso para estacionar el conjunto del cabezal de impresión cuando la impresora no está en uso. El estacionamiento implica asegurar que el conjunto del cabezal de impresión no se mueva accidentalmente, similar al freno de mano de un automóvil. En las láser no son necesarios estos motores, ya que no hay cabezal móvil.
- Correa: se utiliza una correa para conectar el conjunto del cabezal de impresión al motor de paso, permitiendo un movimiento sincronizado y preciso. Por supuesto, en la láser tampoco existe.
- Barra estabilizadora: el conjunto del cabezal de impresión emplea una barra estabilizadora para garantizar un movimiento preciso y controlado durante la impresión.
Conjunto de alimentación de papel
- Bandeja/Alimentador de papel: la mayoría de las impresoras de inyección de tinta cuentan con una bandeja donde se carga el papel. Algunas impresoras optan por un alimentador en lugar de una bandeja estándar. El alimentador suele estar ubicado en la parte posterior de la impresora y se abre en un ángulo para facilitar la colocación del papel. Sin embargo, los alimentadores suelen tener una capacidad de papel menor que una bandeja tradicional.
- Rodillos: un conjunto de rodillos se encarga de extraer el papel de la bandeja o del alimentador y avanzarlo cuando el cabezal de impresión está listo para otra pasada.
- Motor paso a paso de alimentación de papel: este motor de pasos impulsa los rodillos para mover el papel en incrementos precisos, asegurando una impresión continua y precisa.
- Fuente de alimentación: mientras que las impresoras antiguas solían contar con un transformador externo, la mayoría de las impresoras actuales incorporan una fuente de alimentación estándar integrada en el propio dispositivo.
- Circuitos de control: la impresora incluye una serie de circuitos pequeños pero sofisticados encargados de controlar todos los aspectos mecánicos de su funcionamiento, así como de decodificar la información enviada desde la el PC o desde el dispositivo que sea.
- Puerto(s) de interfaz: en el pasado se usaban puertos paralelo, pero actualmente se han sustituido por puertos serie más modernos como los USB. También existen impresoras de red que usan RJ-45 para conectarse a través de la red o impresoras WiFi, que no necesitan de cables…
Partes de una impresora láser
En cuanto a las partes de la impresora láser, tenemos:
- Cartucho de tóner: contiene polvo de color o carbono/óxido de hierro (tóner) que está cargado positivamente y luego se funde en el papel. Los cartuchos de tóner son consumibles que deben reemplazarse en una impresora láser una vez que el cartucho está vacío, y están disponibles en 4 colores diferentes: negro, cian, magenta y amarillo (CMYK).
- Unidad de tambor: una unidad de tambor es un cilindro de metal que tiene un recubrimiento especial (de color verde) que puede recibir una carga eléctrica estática positiva y negativa del láser en una impresora láser. El tambor se puede ver en la impresora como un cilindro verde y a veces puede estar integrado en el cartucho de tóner en lugar de ser una unidad independiente. El tambor recibe su carga estática inicial del alambre de corona que se calienta durante el proceso de calentamiento de la impresora.
- Láser: la parte del láser de la impresora emite luz desde el diodo a través de una serie de espejos. Estos reflejan el láser sobre la unidad de tambor para imprimir la forma de la impresión deseada.
- Cinta de transferencia: la cinta de transferencia mueve el papel a través de la impresora y lo hace pasar sobre el tambor para que el tóner pueda transferirse. Algunas impresoras más pequeñas no tienen una cinta de transferencia, sino rodillos que actúan de la misma manera que una cinta.
- Unidad fusora: es un rodillo calentado que derrite las partículas de tóner en la página a medida que pasa por ella. Esto sella el tóner a la página para que ya no esté en forma de polvo y asegura que el tóner no se manche ni se desprenda del papel cuando sale de la impresora.
Otras partes son comunes, como la interfaz, bandeja de alimentación y de salida, etc.
Proceso previo desde el punto de vista del software
Como me manejo mejor en los sistemas operativos tipo Unix, como Linux, voy a describir el proceso desde el lado del software como ejemplo, en este caso con el sistema CUPS, aunque en otros sistemas operativos puede ser similar en muchos aspectos.
Bien, dicho esto, cuando alguien intenta imprimir un documento (texto, gráficos, o combinado), lo que ocurre es lo siguiente:
- El «spooler», o planificador, se pone en marca cuando se ha decidido usar un comando como lpr, o la opción de impresión de cualquier app para imprimir, el documento a imprimir se envía a una cola ubicada en /var/spool/cups/, junto con un fichero que describe la tarea a realizar.
- Luego, cuando el planificador ha entregado todos los datos, un subsistema (filtro) se encargará de transformar el formato del documento de impresión en un formato comprensible para el hardware de la impresora. Es decir, el filtro recibe el nombre de la cola de impresión, el job_ID de trabajo, el nombre de usuario que lo generó, número de copias y el propio nombre del fichero a imprimir. Para que eso sea posible, CUPS usa dos bbdd MIME, una llamada mime.types y otra mime.convs. La primera para los tipos de ficheros conocidos aceptados por CUPS (.odt, .txt, .pdf,…), y la segunda para definir las apps que deben procesar cada tipo de MIME particular. Una vez se detecta el tipo de fichero que es, se pueden tomar dos caminos:
- Se convierte en PostScript (documentos): pasa por un pre-filtro para pasar a PostScript y se envía al backend de la impresora. Si la impresora no acepta PostScript, se pasa a otro filtro para transformarlo al formato soportado por el driver de la impresora.
- Se convierte en datos rasterizados (imágenes): GhostScript lo transforma en un formato rasterizado CUPS-raster y luego lo pasa a un filtro final que lo pasa a datos rasterizados en un formato específico para la impresora.
- Backend: es la zona final de la cola de impresión, y no es más que otro filtro especial que transmite el nuevo formato a la forma adecuada hacia el periférico de impresión (si es local) o hacia la red (si es remota). En caso de ser para una impresora local, debe lidiar con los controladores de los puertos adecuados (p.e.: USB), y si es por red con los protocolos (IPP, HP JetDirect, SMB, etc.).
- Impresión: ahora la impresora recibe esos datos y el procesador de ésta se encargara de enviar las órdenes necesarias para mover el papel y realizar la impresión oportuna…
Desde el lado del hardware
Cuando ya se ha hecho clic en el botón de imprimir y han ocurrido los procesos descritos anteirormente, vamos a seguir a partir de donde lo dejé, es decir, cuando el hardware ya se pone en acción:
- La impresora recibe los datos enviados desde el ordenador y los almacena en un búfer. El tamaño del búfer puede variar entre 512 KB y 16 MB de memoria RAM, dependiendo del modelo de la impresora. Los búferes son útiles porque permiten que la computadora finalice rápidamente el proceso de impresión sin tener que esperar a que se complete la impresión real. Un búfer de mayor capacidad puede contener documentos complejos o varios documentos básicos.
- Cuando la impresora ha estado inactiva durante un tiempo, generalmente realiza un breve ciclo de limpieza para asegurarse de que los cabezales de impresión estén limpios. Una vez completado el ciclo de limpieza, la impresora está lista para comenzar la impresión.
- El circuito de control activa el motor paso a paso de alimentación de papel, lo que pone en movimiento los rodillos para alimentar una hoja de papel desde la bandeja o el alimentador hacia la impresora. Un pequeño mecanismo de activación en la bandeja o el alimentador se presiona cuando hay papel presente. Si el mecanismo no se presiona, la impresora encenderá el LED de «Sin papel» y enviará una alerta a la computadora.
- Una vez que el papel se introduce en la impresora y se coloca al comienzo de la página, el motor paso a paso del cabezal de impresión utiliza la correa para desplazar el conjunto del cabezal de impresión a lo largo de la página. El motor se detiene brevemente en cada punto donde el cabezal de impresión rocía tinta sobre la página, y luego se mueve un poco antes de detenerse nuevamente. Este proceso ocurre tan rápidamente que parece un movimiento continuo.
- Se generan múltiples puntos de impresión en cada parada. Se rocían los colores CMYK en cantidades precisas para crear cualquier color imaginable.
- Al finalizar cada pasada completa, el motor paso a paso de alimentación de papel avanza el papel una fracción de pulgada. Según el modelo de la impresora de inyección de tinta, el cabezal de impresión se reposiciona al inicio de la página o, en la mayoría de los casos, invierte la dirección y se desplaza hacia atrás a medida que se imprime.
- Este proceso continúa hasta que se completa la impresión de la página. El tiempo requerido para imprimir una página puede variar significativamente entre diferentes impresoras. También depende de la complejidad de la página y el tamaño de las imágenes. Por ejemplo, una impresora puede imprimir texto en negro a una velocidad de 16 páginas por minuto (PPM), pero puede tardar varios minutos en imprimir una imagen a todo color del tamaño de una página.
- Una vez finalizada la impresión, el cabezal de impresión se estaciona. El motor paso a paso de alimentación de papel hace girar los rodillos para empujar completamente la página hacia la bandeja de salida. La mayoría de las impresoras actuales utilizan tintas de secado rápido, lo que permite recoger la hoja de inmediato sin mancharla.
Ahora ya sabes cómo se produce todo el proceso.
Cómo funciona una impresora láser
Como he mencionado anteriormente, la impresora láser funciona casi igual, solo varía la forma en la que se transmite la tinta al papel. En este caso, los pasos son:
- En el momento en que presionas «Imprimir» en tu ordenador, tableta o dispositivo móvil, la información se envía a la memoria de la impresora, donde los datos se almacenan temporalmente.
- La impresora comienza a calentarse. Este es el punto en el que generalmente tienes que esperar, y es porque el alambre de corona se está calentando y preparándose para transmitir su carga estática positiva al tambor.
- A medida que el tambor (cilindro de metal recubierto) comienza a girar, recibe una carga positiva en toda su superficie. Algunas impresoras contienen cuatro tambores, uno para cada color: cian, magenta, amarillo y negro.
- El láser se activa y se refleja en una serie de espejos para proyectarse en la superficie del tambor, imprimiendo la forma de tu impresión mediante una carga eléctrica negativa opuesta.
- El cartucho de tóner y el depósito situados junto al tambor liberan lentamente partículas de tóner de carbono con carga positiva sobre el tambor mientras gira. El tóner es atraído hacia las áreas de carga negativa, dejando las áreas de carga positiva del tambor intactas.
- La cinta de transferencia hace que el papel pase a través de la impresora y adquiera una carga positiva. A medida que pasa por el tambor, el tóner con carga negativa se adhiere a la página en la forma de tu impresión.
- Luego, el tóner se funde en el papel mediante rodillos calientes llamados unidad fusora, y ¡voilà!, tu página está impresa.
El resto de pasos serán idénticos a los descritos para la impresora de tinta, incluida la parte de los controladores, del software, etc.
Ahora ya sabes qué ocurre cuando le das a Imprimir, espero que te haya gustado y te sirva de ayuda…
