Устройство лазерного принтера

Ла?зерный при?нтер (laser printer) — один из видов компьютерных принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге. Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственного сканирования лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.

Ремонт МФУ, факсов, принтеров, сканеров, копиров, плотеров в Казани
+7 (843) 515-43-12, 515-43-13

Обзор процесса печати

Теперь подробнее:

 

Лазерные принтеры обладают множеством значимых преимуществ перед принтерами других типов. В отличие от принтеров ударного действия скорость работы лазерных принтеров может варьировать в широких пределах и зависит от многих факторов, среди которых и насыщенность графикой выполняемой задачи. Наиболее быстрые модели позволяют печатать в монохромном режиме свыше 100 страниц в минуту (6000 стр./час). Скоростные лазерные принтеры используются для объёмных почтовых рассылок персонифицированных документов, например счетов по кредитным картам или за коммунальные услуги, и в некоторых коммерческих прикладных задачах конкурируют с литографией.

Стоимость данной технологии зависит от сочетания ряда факторов: стоимости бумаги, тонера, редко требуемой замены барабана, а также замены других расходных материалов, таких как устройства для термического закрепления или механизма переноса тонера. Часто использование принтеров с барабанами из мягкого пластика может обходиться значительными финансовыми расходами, связанными с необходимостью более частой замены барабана.

Дуплексные принтеры (способные автоматически печатать на обеих сторонах листа) могут способствовать снижению расходов на бумагу почти вдвое и уменьшению занимаемых документами объёмов. Некогда доступные только на дорогих высококлассных устройствах, модули для двусторонней печати в настоящее время являются обычными для офисных принтеров среднего класса. Использование дуплексатора может также замедлить скорость печати страницы по причине увеличения пути прохождения листа.

По сравнению с лазерными большинство струйных и матричных принтеров обрабатывают входящий поток информации последовательно, напрямую впечатывая данные по мере их поступления, с учётом возможных пауз, пока принтер ожидает очередной порции информации. Лазерные принтеры не могут работать таким способом из-за того, что большой объём данных должен быть выведен на печатающее устройство в рамках быстрого непрерывного процесса. Принтер не может остановить механизм достаточно точно, с тем, чтобы дождаться появления очередной порции данных, так, чтобы избежать появления на запечатываемой странице видимых пропусков или неточного совмещения точек.

Вместо этого во встроенной памяти принтера происходит формирование массива точек, полностью соответствующего образу запечатываемой страницы. Это обстоятельство, связанное с требованием к объёму памяти, послужило традиционным ограничительным фактором для поддерживаемых форматов бумаги, размер которой в большинстве случаев не превышает размеры форматов letter или A4. Большинство лазерных принтеров неспособны печатать протяжённые баннеры на листах бумаги длинной два метра, из-за недостатка памяти, требуемой для того, чтобы сохранить столь большое изображение, прежде чем начнётся печать.

Ранее в некоторых моделях лазерных принтеров (как правило, бюджетного сегмента) применялась технология буферов полосы (band buffers), когда из-за недостаточного для того, чтобы разместить полный образ страницы, установленного объёма памяти, страница разбивалась на несколько горизонтальных сегментов, которые запечатывались последовательно. Это нередко приводило к ошибками совмещения и отрицательно сказывалось на качестве печати. Снижение стоимости используемой в лазерных принтерах памяти позволило полностью отказаться от этой технологии.

История

Первый лазерный принтер EARS был сконструирован в 1971 году компанией Xerox, когда один из исследователей фирмы, Гари Старквезер, модифицировал копир компании. В конечном счёте лазерная печать принесла компании Xerox многомиллионные доходы.

Первой коммерческой реализацией лазерного принтера была модель 3800 компании IBM, выпущенная в 1976 году, предназначенная для массовой печати документов, таких как счета и почтовые ярлыки.

Первым принтером, предназначенным для индивидуального использования стала модель 1981 года Xerox Star 8010. Несмотря на свою новизну Star была дорогостоящей системой (17 тыс. долл.), позволить которую могли себе лишь немногие учреждения. После начала более широкого распространения персональных компьютеров, первой моделью лазерного принтера, предназначенной для массовой продажи, стал выпущенный в 1984 году HP LaserJet 8ppm. В устройстве был использован печатающий механизм Canon и программное обеспечение Hewlett-Packard. Вскоре за LaserJet последовали модели лазерных принтеров компаний Brother Industries, IBM и других производителей.

Как и для большинства электронных устройств с течением времени стоимость лазерных принтеров заметно снизилась. Так, в 1985 году модель HP LaserJet продавалась по цене 2995 долл., масса устройства составляла более 32 кг. Принтер LaserWriter компании Apple, оборудованный более мощным процессором, а также интерпретатором языка описания страниц Postscript, весил примерно столько же и стоил почти 7000 долл. (Правила работы на фабрике, где производили Laserwriter, запрещали рабочим поднимать устройства без посторонней помощи.) Современные лазерные принтеры располагают большим объёмом памяти, отличаются лучшими скоростными характеристиками, нередко комплектуются модулями автоматической двусторонней печати и стоят в районе 300 долл. Лазерные принтеры начального уровня стоят менее 100 долл.

Принцип действия

В основе технологии лежит принцип сухого электростатического переноса. Суть этого принципа такова: источник света освещает предварительно заряженную поверхность светочувствительного вала (фотобарабана, фотовала). На тех местах, на которые попал свет, меняется заряд и к этим местам затем притягивается тонер. Затем тонер за счёт электростатики переносится на бумагу, попадает в печку, где и закрепляется под действием высокой температуры и давления. Отпечатки сделанные таким способом не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое.
Процесс лазерной печати складывается из семи последовательных шагов:

Зарядка Фотобарабана — равномерное покрытие поверхности вращающегося фотобарабана отрицательным зарядом.

Зарядка светочувствительного вала (фотобарабана) производится при помощи ролика зарядки (англ. Charge Roller), на который подаётся постоянный отрицательный потенциал с Высоковольтного Блока Питания (ВВБП). Поверхность светочувствительного вала получает постоянный отрицательный заряд по всей длине вала.
Так же следует заметить то, что именно процесс зарядки фотовала традиционно сопровождался активным выделением озона. Происходило это потому, что вместо ролика зарядки ранее использовался коронатор — тонкая нить, по которой проходил ток высокого напряжения создающий коронный разряд (отсюда и название «коронатор» или «коротрон»), создавая заряд на фотобарабане. Параллельно с зарядом фотобарабана, нить коронатора ионизировала воздух, заставляя молекулы кислорода расщепляться, образуя в большом количестве озон. Полезный в малых дозах, в больших он вреден для здоровья, приводя к головокружению и утомляемости.
На сегодня практически во всех принтерах коронатор заменён роликом зарядки, при работе которого не образуется озон.

Лазерное сканирование (засвечивание) — процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотобарабана под лазерным лучом. Луч сфокусирован на фотобарабане и активизируется только в тех местах, на которые магнитный вал в дальнейшем должен будет нанести тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотобарабана, которые были засвечены лазером, теряют отрицательный заряд. Тем самым на поверхности фотобарабана создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде ослабленного отрицательного заряда.

Отрицательно заряженный ролик подачи тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере, притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. Во время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер входит в контакт с фотобарабаном и притягивается на него в тех местах, где отрицательный заряд был снят путём засветки.
Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое (проявляется). Притянутый к фотобарабану тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.

Перенос тонера

В месте контакта фотобарабана с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик, называемый роликом переноса. На него подаётся положительный заряд, который он сообщает и бумаге с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с положительно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики.
Если в этот момент посмотреть на бумагу, на ней будет сформировано полностью готовое изображение, которое можно легко разрушить проведя по нему пальцем, потому — что изображение состоит из притянутого к бумаге порошка тонера, ничем другим, кроме электростатики, на бумаге не удерживаемое. Для получения финального отпечатка изображение необходимо закрепить.

Бумага с «насыпанным» тонерным изображением двигается далее к узлу закрепления (Печке). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления. Печка состоит из двух валов:

* верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно — галогенная лампа), называемый термовалом;
* нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт подпорной пружины.

За температурой термовала следит термодатчик (термистор). Печка представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180°-220°С) тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям.
Чтобы бумага, на которую нанесён тонер, не прилипала к термовалу, на нём выполнены отделители бумаги.
Следует отметить, что термовал — не единственная реализация нагревателя. Альтернативой является печка, в которой используется термоплёнка: специальный гибкий материал с нагревательными элементами в своей структуре.

Центральный печатающий механизм- это фотобарабан, представляет собой металлическую трубку, покрытую плёнкой из органического фоточувствительного проводника.

Принцип технологии многоцветный лазерной печати состоит в следующем. На начальном этапе процесса печати движок рендеринга берёт цифровой документ и обрабатывает его один или несколько раз, создавая его постраничное растровое изображение. На втором этапе лазер или массив светодиодов создают заряд на поверхности вращающегося фоточувствительного барабана, подобный получаемому изображению. Заряженные лазером мелкие частицы тонера, состоящего из красящего пигмента, смол и полимеров, притягиваются к поверхности барабана.

Далее сквозь барабан прокатывается бумага, и тонер переносится на неё. В большинстве цветных лазерных принтеров используются четыре отдельных прохода, соответствующие разным цветам. Потом бумага проходит через «печку», которая расплавляет смолы и полимеры в тонере и фиксирует его на бумаге, создавая окончательное изображение.

Лазеры могут точно фокусироваться, в результате получаются очень тонкие лучи, которые заряжают участки фоточувствительного барабана. Вследствие этого современные лазерные принтеры, как цветные, так и чёрно-белые, имеют высокое разрешение.

Как правило, разрешение при чёрно-белой печати варьируется от 600 x 600 до 1 200 x 1 200, однако при цветной печати разрешение достигает 9 600 x 1 200. Цветные и чёрно-белые лазерные принтеры работают на практике одинаково. Отличие заключается в том, что для цветной печати используются четыре типа красящего тонера: CMYK. Любой цвет вносит свою лепту в окончательное изображение, наносимое на лист бумаги. По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют немало преимуществ.

Они обладают большей скоростью, так как луч лазера может передвигаться значительно быстрее, чем печатающая головка с десятками и более того сотнями сопел, из которых в миг печати с определённым интервалом выпрыскиваются микроскопические капельки чернил.

Лазерные лучи ещё более точные и по причине компактной фокусировки позволяют обретать высокое разрешение. Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, просто вследствие того, что картриджей с тонером хватает не на одну тысячу страниц, а вот чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и их приходится чаще заправлять или менять.

Цветные лазерные принтеры обеспечивают высокую скорость печати, дают качественные цветные и чёрно-белые отпечатки, а также привлекательную стоимость распечатки страницы с учётом расходных материалов.

Вред тонера

Фоторецепторные барабаны покрыты сульфидами кадмия и селена; под воздействием электричества на их поверхности происходит выделение газа, который может быть причиной раздражения носоглотки, тошноты, рвоты, раздражения кожи, ринита.

Окись углерода входит в состав тонера ксерокса и выделяется на этапе закрепления изображения. При большой концентрации в воздухе помещения может вызывать головную боль, слабость, сонливость, учащение пульса.

При печати, с потоками горячего воздуха вылетают частицы незакреплённого тонера, которые имеют размеры от 3 до 4 микрон, что в 10 раз меньше обычной пыли, поэтому не распознаются и не выводятся организмом, то есть весь тонер, попавший в организм, оседает на бронхах, лёгких, постепенно уменьшая общую площадь дыхательных органов, что в конце концов приводит к развитию астмы. Но период этот довольно долгий.