本文转载自知乎，主要是介绍喷墨打印机发明的初衷，以及针式打印机
我希望能把本文写得尽量详细，尽量全面，尽量通俗易懂（但一定不是最正确，最权威）的系统性的讲民用喷墨打印机（inkjet Printer）的文章。
知乎上许多大佬，我是班门弄斧了，请一定批评指正！
【1。缘起：连续喷墨（Continuous inkjet，CIJ）】
其实，广义来说，早在 1867 年，喷墨打印机的前身，连续喷墨的电报记录机，就已经被发明出来了[1]。发明人是 William Thomson（1824-1907），但直到几十年后，才得到广泛应用。
下图这部巨大的记录电报的仪器，其工作原理是，喷头不间断的喷出墨滴，而喷头的位置则根据电信号可以上下移动。而电报信号可通过线圈，由电磁效应，使喷头产生位移。因此打印出来的是一条有纹理的线条，有点像现在的心电图的样子。这样，经过训练的读报员就可以把打印出来的纹理转译成摩尔电报码，进而转译成单词、句子[2]。
在这个过程中，纸是不断在移动，而墨也是一直在喷的，不中断。这种结构，就是连续喷墨打印机的前身。
显然，我们今天的喷墨打印机，不是这个思路。这就要说到，按需喷墨（Drop On Demand，DOD）的喷墨打印机了：
【2。现代喷墨打印机研发的历史背景】
[2020-05-12 更新：感谢评论区大佬
指正，本节在写成的时候，有事实上的错误，我查证后，已做出修改。向大家道歉！]
我们知道，在打印机出现之前，大家用的是打字机。打字机打出来的文字，是连贯的，清晰。但打字机的致命缺点，是字体、字形是固定的，没有什么灵活性。
为了解决这个问题，1970年代，工程师们研发了针式打印机（Dot Matrix Printer）。其设计思路部分延续自打字机。是一个个的针，不断排列组合，拼成字母，在如同盖章一样，按在色带上，最终按在纸张上[3]。
这两种方法，都属于“按压式打印（Impact Printing）”。这是一种非常古老（或许是最古老）的方式，盖章、活字印刷用的也都是这个思路。甚至，“打印”这个词，和“用打字机打字”是一个概念，指的也是“打”然后“印”。无论现在的喷墨还是激光，原理上，都不是“打”印的。英文 Print 这个词，在韦氏大学词典解释的第一条，是“a mark made by pressure: IMPRESSION”，词源学上来说，Print 也是按压打印的意思。
你如果仔细看今天的许多机打发票，就会发现，这些发票上的文字，都是由一个个的点组成的。
但是，1970年代的针式打印机，有这么几个致命的问题，那就是：
- 分辨率低：“针”再细，也没有墨滴小。因此无法打印高精度的文件。
- 慢：每一个文字都是由一个个针组成的，机械结构，速度慢
- 吵：因为有“敲打”的动作，如同打字机一样，因此声音非常大。
于是，在 1980 年代，施乐发明了激光打印机，分辨率得到了极大的提高。但是，那个年代的激光打印机也有几个致命的问题：
- 体积大：这是机械结构决定的。
- 耗电大：这也是激光打印机的原理决定的。
- 成本高：相对针式打印机，激光刚出来的时候，非常昂贵，只有大公司才用得起。
于是，为了解决这些问题，一部分研究者去试图把激光印刷的技术做小，做便宜，就是桌面的激光打印机。而另一部分研究者们，则把目光重新聚焦到了“墨水”这个古老的印刷方式上。
【3。按需供墨（Drop on Demand, DOD）】
显然，连续喷墨的应用场景是有限的。小型民用打印机不可能让墨水一直在往外冒。因此就必须要按需喷墨。而按需喷墨，则必须解决如何控制墨滴的喷出这个技术问题。
为了使得墨滴能够准确地喷出去，有不少办法。但最后大家发现这2个思路最靠谱：
第一个思路，是将别的东西，比方说气体，从上方打入墨仓，因此气体就可以把下方的墨滴推出去了。
第二个思路，是从上方挤压墨仓，使得这个墨仓的空间变小，就可以把墨滴从墨仓的下方喷出去了。这个就像我们推针管一样，非常容易理解。
这两个主要的技术路线，就是我们今天的热发泡技术和微压电技术。
【4。HP 热发泡技术的研发背景】
刚才说了，原理上，我们可以把一小部分气体打入墨仓，从而把墨水挤出来。这个过程中，墨仓的体积是没有变化的。因此，我们可以接一个打气筒，把气体从外界直接打到墨仓里面去，再把气体排出去，用墨水补充，准备下一次喷墨的动作。
但是，气体不一定是“打进去”的。还有一个办法，就是在墨仓里面，放一个电热丝，瞬间加热，让墨仓里的一小部分墨水汽化变成气体，就可以代替打气筒，仍然可以把墨仓下方的墨水挤出来。这样就不用接管子了，简化了机械结构，只需要放一个电热丝就行了。
这就是“热发泡”这个名词的由来，热发泡的意思是，用加热的方式，使得墨仓里产生气泡，而这个气泡则可以把墨水挤出来。
热发泡的原理不难理解，但是，真的把它量产，应用在打印机上，则凝聚了不少可研人员的心血。其中的先驱是 HP 和 Canon。有趣的是，HP 和 Canon 几乎同时分别开发出了可量产的热发泡技术[4][5]。两家是后来才发现对方也在做同样的研发，于是他们决定联手合作，以试图形成寡头垄断。我不知道在两家合作的这么多年的历史中，具体哪些技术或专利是两家合作开发的，哪些是分别开发的。事实上，即使是今天，这两家的喷墨技术路线上也有非常多的共通点。这两家看起来在竞争，实际上是好基友，似乎达成了某种默契，甚至 HP 的激光打印机，虽然有相当多的自己研发的技术在里面，但都多是佳能给代工的。
本篇我们先说 HP[6]。
HP 的打印机部门，最开始并不是为了个人电脑打印机而成立的，因为在 1970 年代，还没有 PC 这种东西，而是 HP 的计算器团队在做的。
说句题外话，HP 的计算器可能大家并不熟悉。事实上，HP 做计算器，是非常有历史的，并且在今天仍然是某些领域不可撼动的霸主。在美国市场上，财会计算器中，卡西欧的销量是没法与 TI 德州仪器、HP 这种美国本土的计算器传统巨头媲美的，并不是因卡西欧的不好，而是因为人家老美的教材，就按 TI 或 HP 的计算器写的。被 CFA 折磨过的同学们，一定听说过 HP 在 1981 年发布的，并一直畅销至今的祖传爷爷辈财会计算器 HP 12c[7]。年轻的的 CFA 玩家喜欢用 TI，老一辈则似乎更偏爱 HP。
关于 HP 的 12c 这款计算器，详见这里：
最开始的计算器是没有打印功能的，但后来，人们要记录计算结果，因此需要把打印功能集成到打印机上。HP 尝试了针式打印机，但有上面的那些缺点。又试了热敏打印机，也就是今天拿来打麦当劳、超市小票，快递小票的那种打印机。但热敏打印机更耗电，并且得用专用的热敏纸，当时还没有锂电池，用普通电池的计算器扛不住。HP 甚至尝试了绘图仪的那种 XY Plotter，移动笔头写字的方式。
最终，在 1979 年，HP 开始尝试喷墨打印。HP 有一位研发人员 John Vaught，一直努力将热发泡喷墨打印技术小型化，使得可以被批量化生产。事实上，热发泡喷墨打印的这个思路在 1950 年代就有了，只是一直没法小型化，没法被量产地应用在计算器这种民用设备上。
HP 研发团队的高层，认为这技术靠谱！于是决定加大研发力度。对热发泡技术的研发，HP 提出了以下几点明确的要求：
- 必须省电，要比热敏打印机省电得多。
- 必须能用普通纸，而不是热敏打印机那种特种纸。
- 耗材必须可以方便替换，为了不让西装革履的商业精英加墨水的时候把手弄脏，因此墨水必须得装在用户容易替换的墨盒里。
- 量产的成本必须非常低，即使要牺牲耐用性等其他方面的技术要求。
- 如果打印头的寿命短的话，就把打印头也做成耗材，并集成在墨盒上，用废即扔。
注意：最后一条：打印头作为耗材，用废了就扔，这一点是 HP 喷墨打印机的研发在最早最早的时候，就确定下来的原则。其原理就是因为热发泡技术要做长寿，非常昂贵。
我们很难说，一开始这些设计的基础要求，是从商业化角度出发的。我甚至认为，这样的研发要求，是技术上、商业上都非常有逻辑合理性的。我们这个系列会在接下来的部分中，探讨这样的商业模式，以及这到底是不是智商税。
无论如何，这个指导思想一直贯彻到了今天：今天卖的最多，最普及的 HP 桌面型喷墨打印机的打印头，都是被设计成用完一个墨盒，就要扔掉的。如现在的 803 墨盒。可以说，HP 是不忘初心！
甚至，强调降低打印成本的墨仓式打印机，HP 的 Smart Tank 系列的打印机，其喷头也很可能是直接魔改自老款的墨盒的，并且仍然被 HP 认为是耗材，你可以单独买喷头，可以非常方便地自己更换。我们知道，EPSON 的微压电式喷头（具体我这个系列后面的部分会提到）并不是被厂家定义为是耗材的。要更换 EPSON 的喷头，必须至少要用螺丝刀把打印机拆开。这就可以看出来，两家公司对喷头这个核心原件的不同的态度。这既是技术路线的选择，也是商业模式的选择。
今天，我们批评 HP 故意把喷头集成在墨盒上，使得墨盒特别贵，是为了用廉价卖打印机，高价卖墨盒的方式持续割韭菜。但是，如果我们仔细研究了 HP 喷墨打印机的研发历史，我们会发现，这样的决定，最开始其实是技术的理性抉择，而不是为了割韭菜，收智商税。
下一期，我将详解 HP 的热发泡技术。
拓展阅读：
HP 内刊（HP Journal）1985 年 5 月刊详细讲述了 HP 热发泡技术的早期开发历史:
American Heritage of Invention & Technology 在 2001 年春季刊有一篇由 Thomas Kraemer 写的讲惠普研发喷墨打印机的历史：Printing Enters The Jet Age: How Hewlett-Packard engineers figured out how to propel tiny, multicolored droplets of ink through microscopic holes with unfathomable precision
