Micro-site sur l'exposé sur les imprimantes
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Structure des ordinateurs et réseau
2014-2015


Ce site est l'adaptation web de l'exposé réalisé par:

ETIENNE, Lucas - LEBIGOT, Sophie - MAZZIER, Martin - MENDEZ DENIS, Wesley


Ce site est destiné à expliquer et retranscrire l'exposé présenté en classe.
Les thèmes sont:
Les imprimantes

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Les imprimantes matricielles

Fonctionnement
Le fonctionnement d'une imprimante matricielle se distingue par sa tête d'impression. Celle-ci est composée d'un alignement vertical d'une série d'aiguille de la longueur d'une hauteur de ligne de texte. Elles sont propulsées indépendamment par des électroaimants sur un ruban similaire à celui d'une machine à écrire (tissu imprégné d'encre) qui circule en boucle entre la tête d'impression et le support s'impression.

Chaque lettre est en fait un assemblement de multiples points imprimés par une aiguille sur le ruban, la qualité d'impression varie donc en fonction du nombre d'aiguilles, qui lui peut varier de 9 à 32 aiguilles (9 et 24 étant les plus courants).

Imprimante matricielle
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Les imprimantes à sublimation

A - Définition

La sublimation est le passage direct d'un corps solide à l'état gazeux sans passer par l'état liquide

B - Fonctionnement

Dans une imprimante à sublimation, la cire pigmentée remplace l'encre. Des microrésistances réparties sur la tête d'impression chauffent cette cire à près de 200°C. À cette température, elle passe directement de l'état solide à l'état gaseux, est projetée sur la feuille où elle refroidira et repassera à l'état solide.

Exemple:
L'image est décomposée en couleurs primaires. Le cliché au format RVB stocké dans l'appareil photo est envoyé à l'imprimante (par la liaison USB). Un processeur spécialisé la convertit alors en mode CMJ (cyan, magenta, jaune, les trois couleurs utilisées pour l'impression) en la décomposant en trois images distinctes, une par couleur de base. Les informations correspondant à ces trois couches sont ensuite envoyées, les unes après les autres, à la tête d'impression.

Les couleurs se succèdent sur le ruban encreur. Le ruban encreur, très fin, comporte des séquences de quatre zones chacune aux dimensions du papier photo utilisé: trois zones de couleur (jaune, magenta, cyan) et un vernis protecteur (pour préserver la photo des UV, de l'humidité et des traces de doigts). Une fois une couleur traitée, on passe à la suivante, pour finir par le vernis. Si, par exemple, le ruban est prévu pour quarante photos, il y aura quarante séquences jaune, magenta, cyan, vernis protecteur. Après usage, le rouleau n'est plus utilisable. Le nombre de tirages possible est ainsi déterminé à l'avance.

L'encre est sublimée. Les centaines de microrésistances réparties sur la tête d'impression reçoivent des signaux électriques d'intensité variable qui les font instantanément monter à très haute température (plus de 190 °C) afin de chauffer certains points du ruban encreur. Sous l'effet de cette chaleur intense, la cire colorée passe instantanément à l'état de gaz.

Le nuage de cire pigmentée se solidifie instantanément au contact du papier. Plus la température de la résistance est élevée, plus la quantité de cire vaporisée est importante. Avec 256 niveaux de température par couleur primaire, on atteint 16,7 millions (256 x 256 x 256) de teintes différentes, par superposition des couches jaune, magenta et cyan. Le noir est obtenu par saturation de ces trois couleurs.

Le papier passe quatre fois sous la tête. Le chargeur contient des feuilles de papier spécial d'un format bien déterminé (généralement du 10 x 15 cm). Un rouleau les déplace afin que leur surface passe progressivement sous la tête d'impression. L'impression s'effectue en quatre passes: trois pour les couleurs, une pour le vernis protecteur. Le papier utilisé peut résister à des températures élevées sans noircir ou se tordre, et sa surface est traitée pour fixer les couleurs à l'état gazeux. Il faut environ une minute pour imprimer une photo.
Les imprimantes à sublimation


C - Pourquoi ce procédé

Chaque pixel sur l'image nuérique correspond à un point de couleur sur l'image imprimée. La cire a la propriété de transparence, elle utilise le système CMJ (cyan, magenta, jaune) (/!\ pas de noir!). Chaque couleur s'obtient en fonction de la densité de la cire. On superpose donc ces trois couleurs (chacune 8 bit) et on obtient une palette de 256 x 256 x 256 couleurs, ce qui nous en fait 16,7 millions.

Bien que les imprimantes à jet d'encre ont une définition parfois bien plus grande que celle des imprimantes à sublimation (jusque 9600x2400 pixels/pouce pour le jet d'encre/laser et 300 pixels/pouce pour la sublimation), la sublimation reste meilleure dans le domaine de la qualité de couleur. En effet, l'imprimante jet d'encre utilise un effet d'optique pour reproduire une couleur, ce qui peut parfoit être visible seulement à l'oeil nu, comme une sorte de trame. À contrario, dans l’impression par sublimation un point de couleur à imprimer égale un point de couleur imprimé.

Un autre avantage est l'absence de liquide. Comme la cire passe directement de solide à gaseuse et vis versa, aucune bavure de cire n'est présente.

Petit inconvégnent seulement, obtenir un noir parfait et net est presque impossible. Cette couleur est obtenue par superposition des trois couleurs en densité maximale. Ce type d'impression est donc inadapté aux impressions en noir et blanc.

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Les imprimantes à jet-d'entre

Une technologie suivante consistait en le principe du jet continu. Cette fois l'encre n'était pas déviée par charge éléctrostatique et est dirrectement envoyée sur le support. Cette technologie permettera de faire différents niveaux de gris et d'imprimer sur des formats plus grands.

Huit ans plus tard, l'étape suivante était le même procédé que précédemment à la seule différence que la goute n'était envoyée que si elle était désirée. L'avancé consistait au fait que la machine n'avait alors plus besoin de récupérateur.

L'avantage du jet d'encre est que c'est le seul procédé d'impression sans contact et permet alors l'impression sur de nombreux supports tels que le papier la céramique le verre ou encore les textiles. Le relief est une des techniques possible en jet d'encre également dans ce cas le procédé n'aura pas besoin de forme imprimante par opposition par exemple à l'écran utile à la sérigraphie, la plaque à l'offset ou encore le cylindre à l'héliogravure pour ne citer qu'eux et génèrera alors une image à chaque imprimé à l'instar de l'impression laser.

Pour la jet d'encre, l'encre utilisée le plus courramment sera une encre à base de colorant lequel dissous dans du solvant un peu comme les encre à eau des stylos ou portes plumes. Cette encre à solvant présente l'avantage d'être très facile à manipuler et à gérer dans les buses pour les jets. Elle aura néanmons tendance à une plus forte sensibilité face à l'érosion et la corrosion par les gaz réduisant fortement la durée de vie des impressions.

D'autres encres comme les encres à pigments comportent des particules colorées solides volumineuses de quelques microns et qui ressemblent à de la peinture à l'huile. Elles peuvent être emballées dans une sorte de gaine en résine et sera transportée par un fluide transparent à évaporation facile. Dans ce cas l'encre aura une meilleure tenue ainsi qu'une plus longue durée de vie. Seul inconvéniant est la gestion de l'encre qui s'avère être plus compliqué à cause d'un plus grand risque de bouchage des buses de projection et laisse apparaitre dans certaines conditions comme des éclairages rasants un effet dit de "bronzing" faisant apparaître des reflets métalliques.

L'encre est envoyée gràce à des têtes d'impression et est la partie qui va projeter les gouttes d'encre sur le support. Deux types de fabrication sont employées: les têtes dites "embarquées" ou "fixedhead" qui dont partie intéfrante de l'imprimante ou celles dites "déportées" ou "disposablehead" qui sont attelées directement à la cartouche l'époque ce sont les marques HP et Lexmark qui vont privilégier les têtes déportées aux autres pour leurs imprimantes grand publique. Actuellement laquasi totalité des imprimantes grand publique à jet d'encre sont à têtes embarquées. Un calibrage est quasi toujours indispensable après changement des cartouches à têtes embarquées.

Jet d'encretêtes emportéetêtes déportéesTêtes emportées système

La giclée


Une autre technique d'impression par jet d'encre et la technique dite giclée. Cette technique caractérise les impressions d'art sur des imprimantes HD grand format. Cette impression peut être réalisée sur différents supports comme la toire d'artiste le papier arches...

Pour imprimer sur une toile on la monte sur un chassis et ensuite on la vernis un peu comme pour une oeuvre originale. Il se trouve une grande ressemblance entre l'œuvre originale et sa copie. Bien évidemment l'original reste une œuvre unique ne serait-ce qu'au seul point que la giclée ne rend pas le relief de l'œuvre originale.

Pour l'impression giclée il faut réaliser des clichés de haute définition (39millions de pixels) en studios professionnels adaptés. L'impression des fichiers après traitement par un infographiste expert de la chromie et du contraste se fait en haute résolution soit 1440 dpi. Chaque impression étant controlée et lancée une à une.


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Les imprimantes laser

L’imprimante laser est un type d’imprimante qui utilise un procédé d’impression électrophotographique afin d’obtenir une reproduction de haute qualité.

A - Historique

La première imprimante laser a été créée en 1971 par un chercheur du Xerox Palo Alto Research Center, Gary Starkweather.

IBM à commercialisé la première imprimante laser en 1976, le modèle 3800, utilisé pour l’impression des factures et des étiquettes d’expédition. Ce modèle, qui était l’ancêtre des imprimantes (PC) récentes. De nombreux modèles 3800 sont encore utilisés.
IBM 3800 Premiere laser


La Xerox Star 8010 est la première imprimante laser conçue pour travailler avec un ordinateur personnelle. Elle est sortie en 1977. Elle était encore très chère à l’époque, mais a tout de même été acheté par quelques laboratoires et institutions. La première imprimante laser réellement destinée au grand publique était la HP Laserjet.
IBM 3800 Premiere laser

En 1985, Apple lance la LaserWriter pour Macintosh. Grâce à la combinaison de cette imprimante et du logiciel AldusPagemaker, La PAO (publication assistée par ordinateur) a fait d’énorme progrès. On pouvait désormais produire des travaux qui à l’époque nécessitaient une photocomposeuse. Elle possédait un processeur plus puissant que les imprimantes de l’époque et utilisait le PostScript comme langage de description de page.

Si une LaserWriter coûtait, à l’époque 7000 $, une imprimante actuelle avec plus de performance peut être trouvée à 300 $.

B - Le fonctionnement

1. La charge du tambour: Le tambour de l’imprimante est chargé en électricité statique par un rouleau de charge primaire. Le tambour, alors en rotation, reçoit cette charge sur sa couche supérieure, composée de grenat ou de plastique dédié au stockage d’électricité statique.

2. Phase d’écriture: le tambour reçoit l’information en image tramée de la part du RIP (Raster Image Processor). Le RIP est un traducteur de données qui permet une translation d’un code provenant de l’ordinateur vers le tambour. Le laser est intercalé entre le RIP et le tambour. Il projette les données sur le tambour. Lorsque le faisceau laser arrive sur le tambour, il inverse la charge électrique qui y est présente depuis la charge, pour créer au final une image électrophotographique.

3. La phase de développement: Afin d’imprimer on utilise des pigments ou des suies qui serviront d’encre. Le toner les dépose sur le tambour mais ils ont attiré que par la zone ou la charge a été inverse par le laser.

4. Le transfert: C’est le moment où l’on imprime vraiment le papier. La page rentre en contact avec le tambour et transfère ce qui sert d’encre sur le papier.

5. Le chauffage: On passe ensuite la feuille dans un coronaire (ou fuser). Il exerce une pression continue sur la feuille et peut monter jusqu’à une température de 250°C. Cela permet de fixer définitivement l’encre sur le papier.

6. La phase de nettoyage: Après L’impression, un excès de toner recouvre le tambour. Une lame en caoutchouc électriquement neutre vient supprimer cet excès. Ensuite, une lampe à décharge passe afin de retirer toute l’électricité statique du tambour. On peut alors passer une autre impression.


recharge laser
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Les imprimantes 3D (3 dimensions)


L'impression 3D n'est apparue que vers les années 80. A cette époque, cette technologie n'était utilisée que pour créer des prototypes.

Ce n'est qu'il y a quelques années que l'impression 3D s'est diversifiée, pouvant maintenant être utilisée pour imprimer des pièces voire des objets entiers, des prothèse médicales, du matériel destiné à l'aérospatial et la nourriture.

A - La technologie

Il existe des imprimantes de toutes tailles: de l'imprimante qui remplit un entrepôt au 3Dpen (une sorte de stylo qui permet de dessiner en 3D) en passant par l’imprimante domestique qui tient sur une table. Toutes les techniques d'impression 3D reposent sur le même procédé: le découpage d'un modèle 3D numérique en lamelles 2D que l'imprimante crée et superpose. Ce fichier numérique peut-être créer via un programme ou venir d'un objet scanné. On peut aussi utiliser d'autres matériaux, comme de la résine de bois, de pierre, en céramique ou même en matières alimentaire. Parmi les dizaines de procédés utilisés, les 3 types les plus courants sont:

B - Les applications


Cette technologie à tellement d'applications que des innovations se font dans tous les domaines de manière régulière, comme dans l'industrie en général, le médical, le militaire, le modélisme, l'art-déco, la cuisine, la construction, l'automobile, même l’aérospatiale et encore bien d'autres.

Quelques exemples:

L'application la plus commune étant l'impression à domicile (ou dans un point de vente, où l'on peut venir faire imprimer ses objets). Dans la construction civile aussi: On planche sur des imprimantes transportables sur semi-remorque, capables de construire une maison en 24h.

Coté militaire: l'armée américaine met au point des « usines mobiles », qui peuvent être transportées rapidement par container vers les zones de conflit ou de catastrophe naturelle. Elles permettraient de construire des structures (routes, mur, etc), beaucoup plus rapidement, moins cher, et sans main d’œuvre.

Ces deux types de machine utiliseraient du béton à la place de la résine.


C - Dans le domaine médical


On peut désormais imprimer des prothèses sur-mesure à moindre coup, des exo-squelettes pour les handicapés voire des organes.

En effet, des prothèses osseuses et des reconstitutions de visage en 3D sont de plus en plus utilisées. Encore plus surprenant, des docteurs australiens mettent au point la technologie du biopen. Un stylo-imprimante, qui, au lieu de déposer une couche de résine, dépose un composé à base de cellules souches, afin de régénérer des os ou du cartilage après une blessure. Des tests sur des humains sont en cours.

L'impression 3D est, comme dit plus tôt, utilisé dans l'art-déco: il est désormais plus facile pour le gros fabricant comme le particulier d'obtenir le meuble ou la décoration qu'il désire.

Le petit monde du modélisme va aussi radicalement changer: on pourra bientôt imprimer des figurines ou des maquettes directement chez soi, voire imprimer ses propres créations via un logiciel 3D.

La cuisine subit des changements étonnants grâce à l'impression tri-dimensionnelle: en remplaçant la résine par une matière alimentaire comme par exemple, du chocolat, on peut créer des structures complexes.

En ayant des « résines » de différents aliments on pourra, dans un futur proche, imprimer un repas complet.

Dans le secteur de l'automobile, l'impression 3D est couramment utilisée depuis plusieurs dizaines d'années, au départ pour créer des pièces prototypes, puis pour produire en série des pièces difficiles à créer de manière plus conventionnelle.

De même pour l’aéronautique, ou l'aérospatiale: le nouveau vaisseau de la NASA, créé par SpaceX, utilise des pièces imprimées.

Et depuis peu, merci à cette technologie, la station spatiale internationale ISS bénéficie d'une imprimante à bord pour imprimer des outils ou des pièces de rechange en cas d'urgence.


D - Le revers de la médaille


L'un des plus gros défauts de l'imprimante 3D est son coût: une imprimante 3D domestique reste très peu accessible, même si les prix chutent relativement vite. De plus ces imprimantes ne permettent pas encore la reproduction de petits objets détaillés. Celles permettant d'imprimer une figurine ou une pièce mécanique de petite taille sont inabordables pour le consommateur lambda.

3ème problème: on ne peut pas imprimer n'importe quelle matière: On ne sait toujours pas correctement utiliser des matériaux semi-conducteurs pour l'impression, c'est pourquoi il est difficile d'imprimer des composants électroniques, bien que certaines firmes comme Microsoft travaillent actuellement sur ce projet.

Un autre problème majeur est l'aspect juridique: en effet, le risque de piratage, comme pour les fichiers numériques, est très grand. Bientôt il sera facile de dupliquer un objet dont on ne possède même pas les droits, grâce à son modèle 3D trouvé sur le net. Une mise à jour de la juridiction est donc à prévoir.

Une autre problématique qui à vue le jour: l'impression d'armes à feu. Par exemple, un américain a « réussi » à imprimer une arme à feu. Il a en effet fait créer les pièces nécessaires à l'assemblage d'une sorte de pistolet par une société d'impression 3D. Une fois monté avec d'autres pièces de métal nécessaire à son bon fonctionnement, il a pu faire un test de tir Réussi. Il a alors mis à disposition ses plans sur internet. Malgré que le gouvernement américain est interdit la diffusion de ces plans, ils ont été téléchargé massivement avant que les fichiers ne soient retirées. Il y a de quoi s’inquiéter pour le futur, mais on a le temps de voir venir: on est loin de pouvoir imprimer une arme à feu en état de marche dès la sortie de la machine à son domicile, et encore moins les munitions...
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