Принцип работы лазерного. Как устроен и работает лазерный принтер. Принципы цветной печати

Современные принтеры в большинстве своем по технологии работы подразделяются на лазерные и струйные. Причем, благодаря прогрессу, вторые постепенно покидают рынок «бытовой оргтехники», оставаясь специализированной. В офисах, домах и даже некоторых центрах печати чаще всего можно встретить именно лазерные принтеры.

В бытовом использовании главное отличие струйных принтеров от лазерных заключается в первую очередь в высокой экономичности последних. Расход чернил практически минимален - одного картриджа хватает на несколько тысяч листов с достаточно большой плотностью закрашивания. Кроме того, лазерные принтеры работают очень быстро и не требуют специального сервисного ухода.

Вопреки распространенному мнению, лазерные принтеры не «выжигают» символы на бумаге. Для нанесения изображения используется специальный тонер. Именно он прилипает к бумажному листу, оставляя символы или картинки. К слову, из-за данной особенности технологии цветные лазерные принтеры практически не встречаются, в отличие от монохромных (черно-белых).

Основные функциональные узлы лазерного принтера

Конструкция любого лазерного принтера независимо от конкретной модели, производителя и возможностей включает в себя несколько основных функциональных узлов:

барабан. Именно на него наносится тонер посредством электростатического притяжения и отталкивания согласно закону Кулона;
ракель. Он предназначен для очистки барабана от остатков тонера перед нанесением нового;
коронатор. Это устройство предназначено для электростатической зарядки барабана;
лазер и система зеркал. Будучи источником когерентного электромагнитного излучения, он точечно разряжает барабан;
магнитный вал. На нем закрепляется тонер для последующего переноса на поверхность барабана;
печка. Она предназначена для запекания тонера, оставшегося на бумаге. Поэтому листы, вышедшие из лазерного принтера, имеют достаточно высокую температуру;
модель управления (контроллер) - микропроцессорная система, управляющая всем этим оборудованием.

И цветные, и монохромные лазерные принтеры имеют в своей основе именно эти функциональные узлы. Меняется только система и возможности. Например, в цветных лазерных принтерах установлено четыре барабана - для каждого из фундаментальных цветов (красный, желтый, синий и черный) - и так называемая лента переноса, которая предназначена для передачи изображения, сформированного соответствующими тонерами, на бумагу.

Принцип действия лазерного принтера

Принцип действия лазерного принтера в сокращенном описании довольно прост. Полное же отличается от одной модели к другой, однако некоторые фундаментальные элементы присутствуют в каждом случае:

Производится очистка барабана. Ракельный нож убирает с его поверхности прилипший, но не использованный в предыдущем цикле печати тонер;
Коронатор производит зарядку поверхности барабана. На ней возникают или положительные ионы, или увеличивается количество отрицательных электронов. Это предназначено для возникновения кулоновских сил.
Лазер, управляющийся поворотным зеркалом, частично разряжает поверхность барабана. Тонер сам по себе отрицательно или положительно заряжен. Поэтому он отталкивается от заряженных участков площади барабана и притягивается к разряженным. Опять же, это обусловлено действием кулоновских сил.
С поверхности магнитного вала на барабан переносится порошковый тонер.
С поверхности барабана прилепившийся к нему тонер переносится на бумажный лист.
Бумага отправляется в «печь», состоящую чаще всего из нагревательного элемента в виде галогеновой лампы и прижимного ролика. Тонер закрепляется за счет расплавления под действием высокой температуры и благодаря давлению со стороны закрепленного на пружине вала.

Если в цветных лазерных принтерах установлено 4 отдельных барабана и столько же магнитных валов, однако тонер наносится не на саму бумагу непосредственно, а на ленту переноса. Все четыре оттенка сначала наносятся именно на неё. Затем лента переноса прокатывается по бумаге, и разноцветное изображение оказывается на листе. Затем тонер запекается и закрепляется.

Фундаментальные нетехнологические различия между лазерными и струйными принтерами

Лазерные принтеры в последнее время более популярны, чем струйные. Если абстрагироваться от технологических различий, то они обладают следующими преимуществами:

экономичность. Картриджа лазерного принтера хватает на несколько тысяч листов бумаги с высоким заполнением.
возможность заправки. Картриджи лазерного принтера можно дозаправлять тонером при необходимости без риска нарушения их функциональности. Проводить данную операцию можно даже самостоятельно, но стоит быть осторожным, поскольку красящий пигмент отрицательно или положительно заряжен и под действием кулоновских сил быстро прилипает к коже, одежде и другим поверхностям. Картриджи струйного принтера в большинстве случаев заправлять нельзя, поскольку это приводит к нарушению их герметичности. Для некоторых моделей техники такого типа можно использовать системы непрерывной подачи чернил, однако это рассматривается как самовольная модификация и приводит к расторжению гарантийного соглашения.
высокая скорость работы. Большинство моделей лазерных принтеров способно печатать до 10 страниц с текстом в минуту. Некоторые работают даже быстрее.
отсутствие необходимости в еженедельной печати. Тонер, использующийся в лазерных принтерах, не высыхает и не слипается. Поэтому периодически «прогонять печать», чтобы предотвратить забивание головки, не нужно. Собственно, никакой головки в лазерных принтерах и нет.
долговечность отпечатков. Изображения и текст на бумаге, полученные с использованием такой оргтехники, не выцветают и не исчезают со временем под действием высокой влажности воздуха.
высокое разрешение изображения. Цветные лазерные принтеры обеспечивают разрешение при печати до 9600 Х 1200 точек на дюйм.

Впрочем, у них также есть некоторые недостатки по сравнению со струйными принтерами:

дороговизна. В среднем лазерный принтер в комплектации «с завода» - то есть с неполными картриджами - стоит в несколько раз больше, чем аналогичный струйный. Для монохромных это 2-3-кратное увеличение цены, для цветных - 10-кратное и выше.
дороговизна картриджей и тонера. Расходные материалы для лазерных принтеров стоят в 2-3 раза больше, чем для струйных. Однако стоит учесть, что их лимит использования также в 2-3 раза выше.
громоздкость. Лазерные принтеры обычно в несколько раз больше, чем струйные. Это также объясняется сложностью конструкции. Как следствие, они требуют отдельного места для установки.
необходимость прогрева перед работой и риск перегрева после продолжительного печатания. Несмотря на то, что в конструкцию «печки» входит специальный термоэлемент, не позволяющий температуре достигнуть критической отметки, в некоторых случаях он может выходить из строя или работать неадекватно. После этого наблюдается перегрев устройства с риском появления системных проблем.
малая экологичность. При работе такие устройства выделяют в воздух некоторые вредные соединения, пыль, а также эмитируют инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.
высокая ресурсоемкость. Вследствие наличия «прожорливых» по отношению к току элементов лазерные принтеры потребляют больше электричества. Более того, пиковая мощность может быть настолько высока, что такая оргтехника не будет работать от бытовых или офисных ИБП.
невозможность стабильного повторения полноцветовых изображений вследствие бесконтрольного действия электромагнитных полей.

Таким образом, лазерные принтеры обладают как достоинствами, так и недостатками по сравнению со струйными. Однако в некоторых сценариях использования они проявляют себя как значительно более оптимальные или полезные, чем аналоги.

Страница 2 из 2

В статье рассматривается принцип действия и устройство современных лазерных принтеров . Она открывает серию статей , посвященных принципам и проблемам лазерной платы .

Изображение, получаемое с помощью современных лазерных принтеров (а также матричных и струйных), состоит из точек (dots). Чем меньше эти точки и чем чаще они расположены, тем выше качество изображения. Максимальное количество точек, которые принтер может раздельно напечатать на отрезке в 1 дюйм (25,4 мм), называется разрешением и характеризуется в точках на дюйм , при этом разрешение может быть 1200 dpi и более. Качество текста, напечатанного на лазерном принтере с разрешением 300 dpi, примерно соответствует типографскому. Однако если страница содержит рисунки, содержащие градации серого цвета, то для получения качественного гра-фического изображения потребуется разрешение не ниже 600 dpi. При разрешающей способности принтера 1200 dpi отпечаток получается почти фо-тографического качества. Если необходимо печатать большое количество документов (например, более 40 листов в день), лазерный принтер пред-ставляется единственным разумным выбором, поскольку для современных персональных лазерных принтеров стандартными параметрами являются разрешение 600 dpi и скорость печати 8...1 2 страниц в минуту.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРНОГО ПРИНТЕРА

Впервые лазерный принтер был представлен фирмой Hewlett Packard. В нем был использован электрографический принцип создания изображений - такой же, как в копировальных аппаратах. Различие состояло в способе экспонирования: в копировальных аппаратах оно происходит с помощью лампы, а в лазерных принтерах свет лампы заменил луч лазера.

Сердцем лазерного принтера является фотопроводящий цилиндр (Organic Photo Conductor), который часто называют печатающим фотобарабаном или просто барабаном. С его помощью производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой фоточувствительного полупроводника. Поверхность такого цилиндра можно снабдить положительным или отрицательным зарядом, который сохраняется до тех пор, пока барабан не освещен. Если какую-либо часть барабана экспонировать, покрытие приобретает проводимость, и заряд стекает с освещенного участка, образуя незаряженную зону. Это - ключевой момент в понимании принципа работы лазерного принтера.

Другой важнейшей частью принтера является лазер и оптико-механическая система зеркал и линз, перемещающая луч лазера по поверхности барабана. Малогабаритный лазер генерирует очень тонкий световой луч. Отражаясь от вращающихся зеркал (обычно четырехгранной или шестигранной формы), этот луч засвечивает поверхность фотобарабана, снимая ее заряд в точке экспонирования.

Для получения точечного изображения лазер включается и выключается при помощи управляющего микроконтроллера. Вращающееся зеркало разворачивает луч в виде строки скрытого изображения на поверхности фотобарабана.

После формирования строки специальный шаговый двигатель поворачивает барабан для формирования следующей. Это смещение соответствует раз-решающей способности принтера по вертикали и обычно составляет 1/300 или 1/600 дюйма. Процесс образования скрытого изображения на барабане напоминает формирование растра на экране телевизионного монитора.

Используются два основных способа предварительного (первичного) заряда поверхности фотоцилиндра:

Ø при помощи тонкой проволоки или сетки, называемой «коронирующим проводом». Высокое напряжение, подаваемое на провод, приводит к воз-никновению светящейся ионизированной области вокруг него, которая называется короной, и придает барабану необходимый статический заряд;

Ø при помощи предварительно заряженного резинового вала (PCR).

Итак, на барабане сформировано невидимое изображение в виде статически разряженных точек. Что же дальше?

УСТРОЙСТВО КАРТРИДЖА

Перед тем как рассказать о процессе передачи и закрепления изображения на бумаге, рассмотрим устройство картриджа для принтера Laser Jet 5L фирмы Hewlett Packard. В этом типичном картридже можно выделить два основных отделения: отделение для отработанного тонера и тонерный отсек.

Основные конструктивные элементы отделения для отработанного тонера:

1 - Фотобарабан (Organic Photo Conductor (OPC) Drum). Представляет собой алюминиевый цилиндр, покрытый органическим светочувствительным и фотопроводящим материалом (обычно оксидом цинка), который способен сохранять образ, наносимый лазерным лучом;

2 - Вал первичного заряда (Primary Charge Roller (PCR)). Обеспечивает равномерный отрицательный заряд барабана. Выполнен из токопроводящей ре-зиновой или поролоновой основы, нанесенной на металлический вал;

3 - « Вайпер » , ракель , чистящее лезвие (Wiper Blade, Cleaning Blade). Очищает барабан от остатков тонера, который не был перенесен на бумагу. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с полиуретановой пластиной (blade) на конце;

4 - Лезвие очистки (Recovery Blade ). Перекрывает область между барабаном и бункером для отработанного тонера. Recovery Blade пропускает тонер, оставшийся на барабане, внутрь бункера и не дает ему высыпаться в обратном направлении (из бункера на бумагу).

Основные конструктивные элементы тонерного отсека:

1 - Магнитный вал (Magnetic Developer Roller, Mag Roller, Developer Roller). Представляет собой металлическую трубку, внутри которой находится не-подвижный магнитный сердечник. К магнитному валу притягивается тонер, который перед подачей на барабан приобретает отрицательный заряд под дей-ствием постоянного или переменного напряжения;

2 - « Доктор » (Doctor Blade, Metering Blade). Обеспечивает равномерное распределение тонкого слоя тонера на магнитном вале. Конструктивно выполнен в виде металлического каркаса (stamping) с гибкой пластиной (blade) на конце;

3 - Уплотнительное лезвие магнитного вала (Mag Roller Sealing Blade ). Тонкая пластина, аналогичная по функциям Recovery Blade. Перекрывает область между магнитным валом и отсеком подачи тонера. Mag Roller Sealing Blade пропускает тонер, оставшийся на магнитном вале, внутрь отсека, предотвращая утечку тонера в обратном направлении;

4 - Бункер для тонера (Toner Reservoir ). Внутри него находится «рабочий» тонер, который будет перенесен на бумагу в процессе печати. Кроме того, в бункер встроен активатор тонера (Toner Agitator Bar) -проволочная рамка, предназначенная для перемешивания тонера;

5 - Пломба , чека (Seal ). В новом (или регенерированном) картридже тонерный бункер запечатан специальной пломбой, которая предотвращает просыпание тонера при транспортировке картриджа. Перед началом эксплуатации эта пломба удаляется.

ПРИНЦИП ЛАЗЕРНОЙ ПЕЧАТИ

На рисунке изображен картридж в разрезе. Когда включается принтер, все компоненты картриджа приходят в движение: происходит подготовка картриджа к печати. Этот процесс аналогичен процессу печати, но лазерный луч не включается. Затем движение компонентов картриджа останавливается - принтер переходит в состояние готовности к печати .

После отправки документа на печать, в картридже лазерного принтера происходят следующие процессы:

Зарядка барабана . Вал первичного заряда (PCR) равномерно передает на поверхность вращающегося барабана отрицательный заряд.

Экспонирование . Отрицательно заряженная поверхность барабана экспонируется лазерным лучом только в тех местах, на которые будет нанесен тонер. Под действием света фоточувствительная поверхность барабана частично теряет отрицательный заряд. Таким образом, лазер экспонирует на барабан скрытое изображение в виде точек с ослабленным отрицательным зарядом.

Нанесение тонера . На этом этапе скрытое изображение на барабане при помощи тонера превращается в видимое изображение, которое будет перенесено на бумагу. Тонер, находящийся около магнитного вала, притягивается к его поверхности под действием поля постоянного магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. При вращении магнитного вала тонер проходит сквозь узкую щель, образованную «доктором» и валом. В результате он приобретает отрицательный заряд и прилипает к тем участкам барабана, которые были экспонированы. «Доктор» обеспечивает равномерность нанесения тонера на магнитный вал.

Перенос тонера на бумагу . Продолжая вращаться, барабан с проявленным изображением соприкасается с бумагой. С обратной стороны бумага прижимается к валу Transfer Roller, несущему положительный заряд. В результате отрицательно заряженные частицы тонера притягиваются к бумаге, на которой получается изображение, «насыпанное» тонером.

Закрепление изображения . Лист бумаги с незакрепленным изображением перемещается к механизму закрепления, представляющему собой два со-прикасающихся вала, между которыми протягивается бумага. Нижний вал (Lower Pressure Roller) прижимает ее к верхнему валу (Upper Fuser Roller). Верхний вал нагрет, и при соприкосновении с ним частицы тонера расплавляются и закрепляются на бумаге.

Очистка барабана . Некоторое количество тонера не переносится на бумагу и остается на барабане, поэтому его необходимо очистить. Эту функцию выполняет «вайпер». Весь тонер, оставшийся на барабане, счищается вайпером в бункер для отработанного тонера. При этом Recovery Blade закрывает область между барабаном и бункером, не позволяя тонеру просыпаться на бумагу.

«Стирание» изображения . На этом этапе с поверхности барабана «стирается» скрытое изображение, нанесенное лазерным лучом. При помощи вала первичного заряда поверхность фотобарабана равномерно «покрывается» отрицательным зарядом, который восстанавливается в тех местах, где он был частично снят под действием света.

История лазерных принтеров началась в 1938 году с разработки технологии печати сухими чернилами. Честер Карлсон , работая над изобретением нового способа переноса изображений на бумагу, использовал статическое электричество. Метод получил название электрографии и впервые был использован корпорацией Xerox, выпустившей в 1949 году копировальный аппарат Model A. Однако для работы этого механизма отдельные операции требовалось производить вручную. Через 10 лет был создан полностью автоматический Xerox 914, который считается прообразом современных лазерных принтеров.

Идея «нарисовать» то, что позднее должно быть распечатано, непосредственно на копировальном барабане лазерным лучом принадлежит Гэри Старквитеру (Gary Starkweather). Начиная с 1969 года, компания занималась разработкой и в 1977 году выпустила серийный лазерный принтер Xerox 9700, который печатал со скоростью 120 страниц в минуту.

Аппарат был очень большим, дорогим, предназначался исключительно для предприятий и учреждений. А первый настольный принтер разработала Canon в 1982, через год – новая модель LBP-CX. Компания HP в результате сотрудничества с Canon в 1984 году начала производство серии Laser Jet и сразу же заняла лидирующее положение на рынке лазерных принтеров для домашнего пользования.

В настоящее время монохромные и цветные печатающие устройства выпускаются многими корпорациями. Каждая из них использует собственные технологии, которые могут существенно различаться, но общий принцип работы лазерного принтера характерен для всех устройств, а процесс печати можно разделить на пять основных этапов.

Печатающий барабан (Optical Photoconductor, OPC) – это металлический цилиндр, покрытый фоточувствительным полупроводником, на котором формируется изображение для последующей печати. Вначале OPC снабжается зарядом (положительным или отрицательным). Сделать это можно одним из двух способов используя:

коротрон (Corona Wire), или коронатор;
ролик заряда (Primary Charge Roller, PCR), или заряжающий вал.

Коротрон представляет собой блок из проволоки и металлического каркаса вокруг нее.

Провод коронатора – это вольфрамовая нить с углеродным, золотым или платиновым покрытием. Под действием высокого напряжения между проволокой и каркасом возникает разряд, светящаяся ионизированная область (корона), создается электрическое поле, которое передает статический заряд фотобарабану.

Обычно в блок встраивается механизм, очищающий провод, так как его загрязнение сильно ухудшает качество печати. Использование коротрона имеет определенные недостатки: царапины, скопление пыли, частичек тонера на нити или ее изгиб может привести к усилению электрического поля в этом месте, резкому снижению качества распечаток, и, возможно, повреждению поверхности барабана.

Во втором варианте несущую конструкцию с нагревательным элементом внутри обертывает гибкая пленка, сделанная из специальной термоустойчивой пластмассы. Технология считается менее надежной, используется в принтерах для малого бизнеса и домашнего использования, где не ожидается больших нагрузок оборудования. Для предотвращения прилипания листа к печке и закручивания его вокруг вала предусмотрена планка с отделителями бумаги.

Цветная печать

Для формирования цветного изображения используются четыре основных цвета:

черный,
желтый,
пурпурный,
голубой.

Печать осуществляется по тому же принципу, что и черно-белая, но прежде принтер разбивает картинку, которую нужно получить, на монохромные изображения для каждого из цветов. В процессе работы цветные картриджи переносят на бумагу свои рисунки, а их наложение друг на друга дает итоговый результат. Существует две технологии цветной печати.

Многопроходная

При этом способе используется промежуточный носитель – вал или лента переноса тонера. За один оборот на ленту наносится один из цветов, затем в нужное место подается другой картридж и поверх первого изображения накладывается второе. За четыре прохода на промежуточном носителе формируется полное изображение, которое переносится на бумагу. Скорость печати цветного изображения в принтерах, использующих эту технологию, в четыре раза меньше, чем монохромного.

Однопроходная

Принтер включает в себя комплекс из четырех отдельных печатающих механизмов под общим управлением. Цветные и черный картриджи выстроены в линейку, каждому соответствует отдельный лазерный блок и ролик переноса, а бумага проходит под фотобарабанами, последовательно собирая все четыре монохромных изображения. Только после этого лист попадает в печку, где тонер закрепляется на бумаге.

Печатайте с удовольствием.

Цветные лазерные принтеры начинают активно завоевывать рынок печати. Если еще несколько лет назад цветная лазерная печать была для большинства организаций и тем более для отдельных граждан чем-то недосягаемым, то сейчас купить цветной лазерный принтер может позволить себе весьма широкий круг пользователей. Быстрорастущий парк цветных лазерных принтеров приводит к тому, что растет и интерес к ним со стороны служб технической поддержки.

Принципы цветной печати

В принтерах, как и в полиграфии для создания цветных изображений применяется субтрактивная цветовая модель, а не аддитивная, как в мониторах и сканерах, в которых любой цвет и оттенок получается смешением трех основных цветов – R (красный), G (зеленый), B (синий). Субтрактивная модель цветоделения называется так потому, что для образования какого-либо оттенка надо вычесть из белого цвета “лишние” составляющие. В печатающих устройствах для получения любого оттенка в качестве основных цветов используют: Cyan (голубой, бирюзовый), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) . Эта цветовая модель получила название CMY по первым буквам основных цветов.

В субтрактивной модели при смешивании двух или более цветов дополнительные цвета получаются посредством поглощения одних световых волн и отражения других. Голубая краска, например, поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий; пурпурная краска поглощает зеленый цвет и отражает красный и синий; а желтая краска поглощает синий цвет и отражает красный и зеленый. При смешивании основных составляющих субтрактивной модели можно получить различные цвета, которые описаны ниже:

Голубой + Желтый = Зеленый

Пурпурный + Желтый = Красный

Пурпурный + Голубой = Синий

Пурпурный + Голубой + Желтый = Черный

Стоит отметить, что для получения черного цвета необходимо смешать все три составляющие, т.е. голубой, пурпурный и желтый, однако получить качественный черный цвет таким образом, практически невозможно. Получаемый цвет будет не черным, а скорее грязно-серым. Для устранения такого недостатка к трем основным цветам добавляется еще один – черный. Такая расширенная цветовая модель называется CMYK (C yan-M agenta-Y ellow-blacK – голубой-пурпурный-желтый-черный). Введение черного цвета позволяет значительно повысить качество цветопередачи.

Принтер HP Color LaserJet 8500

После того, как мы обсудили общие принципы построения и работы цветных лазерных принтеров, стоит ознакомиться более подробно с их устройством, механизмами, модулями и блоками. Это лучше всего сделать на примере какого-нибудь принтера. В качестве такого примера давайте возьмем принтер фирмы Hewlett-Packard Color LaserJet 8500.

Основными его характеристиками являются :
- разрешающая способность: 600 DPI;
- скорость печати в “цветном” режиме: 6 стр/мин.;
- скорость печати в “черно-белом” режиме: 24 стр./мин.

Основные узлы принтера и их взаимное расположение приводится на рис.5.

Формирование изображения начинается с того, что с поверхности фотобарабана снимаются (нейтрализуются) остаточные потенциалы. Это делается для того, чтобы последующий заряд фотобарабана был более равномерным, т.е. перед зарядом он полностью разряжается. Снятие остаточных потенциалов осуществляется путем засвечивания всей поверхности барабана специальной лампой предварительного (кондиционирующего) экспонирования, которая представляет собой линейку светодиодов (рис.7).

Далее на поверхности фотобарабана создается высоковольтный (до -600В) отрицательный потенциал. Заряжается барабан коротроном в виде ролика из токопроводящей резины (рис.8). На коротрон подается переменное напряжение синусоидальной формы с отрицательной постоянной составляющей. Переменная составляющая (АС) обеспечивает равномерное распределение зарядов на поверхности, а постоянная составляющая (DC) заряжает барабан. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности печати (плотности тонера), что делается с помощью драйвера принтера или регулировками через панель управления. Увеличение отрицательного потенциала приводит к уменьшению плотности, т.е. к более светлому изображению, уменьшение же потенциала – наоборот, к более плотному (темному) изображению. Фотобарабан (его внутренняя металлическая основа) должен быть обязательно “заземлен”.

После всего этого на поверхности фотобарабана лазерным лучом создается изображение в виде заряженных и незаряженных участков. Световой пучок лазера, попадая на поверхность барабана, разряжает данный участок. Лазером засвечиваются те участки барабана, на которых должен быть тонер. Те участки, которые должны быть белыми, лазером не засвечиваются, и на них остается высокий отрицательный потенциал. Луч лазера перемещается по поверхности барабана с помощью вращающегося шестигранного зеркала, находящегося в сборке лазера. Изображение на барабане называют скрытым электрографическим изображением, т.к. оно представлено в виде невидимых электростатических потенциалов.

Скрытое электрографическое изображение становится видимым после прохождения через узел проявки. Проявительный модуль черного тонера является стационарным и находится в постоянном соприкосновении c фотобарабаном (рис.9).

Цветной проявительный модуль представляет собой карусельный механизм с поочередной подачей “цветных” картриджей к поверхности барабана (рис.10). Черный тонер-порошок является магнитным однокомпонентным, а цветные порошки – однокомпонентные, но немагнитные. Любой тонер-порошок заряжается до отрицательного потенциала за счет трения о поверхность проявительного вала и дозировочный ракель. За счет разности потенциалов и кулоновского взаимодействия зарядов, отрицательно заряженные частички тонера притягиваются к тем участкам фотобарабана, которые разряжены лазером и отталкиваются от участков с высоким отрицательным потенциалом, т.е. от тех, которые не засвечивались лазером. В каждый момент времени осуществляется проявка тонером только одного цвета. В момент проявки на проявительный вал подается напряжение смещения, которое вызывает перенос тонера с проявительного вала на фотобарабан. Это напряжение представляет собой переменное напряжение прямоугольной формы с отрицательной постоянной составляющей. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности тонера. После окончания процедуры проявки изображение на фотобарабане становится видимым, и его необходимо перенести на барабан переноса.

Поэтому следующим этапом в создании изображения является передача проявленного изображения на барабан переноса. Этот этап называют этапом первичного переноса. Перенос тонера с одного барабана на другой происходит за счет электростатической разности потенциалов, т.е. отрицательно заряженные частички тонера должны притянуться положительным потенциалом на поверхности барабана переноса. Для этого на поверхность барабана переноса подается положительное напряжение смещения постоянного тока от специального источника питания, в результате чего вся поверхность этого барабана имеет положительный потенциал. При полноцветной печати напряжение смещения на барабане переноса должно постоянно увеличиваться, т.к. после каждого прохода количество отрицательно заряженного тонера на барабане возрастает. И для того, чтобы тонер мог переноситься и ложиться поверх уже существующего тонера, напряжение переноса увеличивается с каждым новым цветом. Этот этап формирования изображения показан на рис.11.

В процессе переноса тонера на барабан переноса отдельные частички тонера могут остаться на поверхности фотобарабана, и они должны быть удалены, чтобы не искажать последующее изображение. Для удаления остатков тонера в принтере имеется блок очистки фотобарабана (см. рис 17). В составе этого модуля имеется специальный вал – кисть для снятия заряда с тонера и фотобарабана – это ослабляет силу притяжения тонера к фотобарабану. Также имеется традиционный очистительный ракель, который соскребает тонер в специальный бункер, где он и хранится до тех пор, пока очистительный модуль не будет заменен или не будет вычищен.

Далее фотобарабан снова заряжается (после предварительного разряда), и процесс повторяется до тех пор, пока на барабане переноса не будет полностью сформировано изображение соответствующего цвета. Поэтому размер барабана переноса должен полностью соответствовать формату печати, т.е. в данной модели принтера длина окружности этого барабана соответствует длине листа формата А3 (420 мм). После нанесения тонера одного цвета процесс формирования изображения полностью повторяется с той лишь разницей, что используется проявительный блок другого цвета. Для использования другого проявительного узла карусельный механизм поворачивается на заданный угол и подводит “новый” проявительный вал к поверхности фотобарабана. Таким образом, при формировании полноцветного изображения, состоящего из четырех цветовых составляющих, барабан переноса проворачивается четыре раза, и на каждом обороте к уже существующему тонеру добавляется тонер другого цвета. При этом первым наносится порошок желтого цвета, потом пурпурного, потом голубого и уже последним наносится черный порошок. В итоге, на барабане переноса создается полноцветное видимое изображение, состоящее из частичек четырех разноцветных тонер-порошков.

После того, как тонер-порошок оказывается на поверхности барабана переноса, он проходит через блок дополнительного заряда. Этот блок (рис.12) представляет собой проволочный коротон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы (АС) с отрицательной постоянной составляющей (DC). Этим напряжением тонер порошок дополнительно заряжается, т.е. его отрицательный потенциал становится выше, что будет способствовать более эффективному переносу тонера на бумагу. Кроме того, дополнительное напряжение уменьшает значение положительного потенциала барабана переноса, что способствует правильному расположению тонера на барабане переноса и препятствует смещению тонера. Как результат этого – точное воспроизведение цветовых оттенков. Напряжение дополнительного заряда подается на барабан переноса во время нанесения желтого тонера, т.е. в самом начале процесса формирования изображения. При нанесении желтого тонер-порошка напряжение дополнительного заряда устанавливается на минимальное значение, и после нанесения каждого нового цвета это напряжение увеличивается. Максимальное напряжение дополнительного заряда подается во время нанесения черного тонера.

Далее полноцветное видимое изображение с барабана переноса должно быть перенесено на бумагу. Этот процесс переноса получил название вторичного переноса. Вторичный перенос осуществляется еще одним коротроном, выполненным в виде транспортного ремня (рис.13). Тонер перемещается на бумагу под действием электростатических сил, т.е. за счет разности потенциалов тонер-порошка (отрицательный) и коротрона вторичного переноса, на который подается положительное напряжение смещения. Так как вторичный перенос осуществляется только после четырех оборотов барабана переноса, транспортный ремень коротрона должен подать бумагу только тогда, когда все цвета нанесены, т.е. во время уже четвертого оборота, а до этого момента времени ремень должен быть в таком положении, чтобы бумага не касалась барабана переноса.

Таким образом, транспортный ремень во время создания изображения опущен вниз, и не соприкасается с барабаном переноса, а в момент вторичного переноса поднят вверх и касается этого барабана. Перемещение транспортного ремня коротрона осуществляется эксцентриковым кулачком, который приводится в действие электрической муфтой по команде от микроконтроллера (рис.14).

При вторичном переносе лист бумаги может притягиваться к поверхности барабана переноса за счет разницы электростатических потенциалов. Это может стать причиной накручивания листа бумаги на барабан, и соответственно к замятию бумаги. Для предотвращения такого явления в составе принтера имеется система отделения бумаги и снятия с нее статического потенциала. Система представляет собой коротрон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы с положительной постоянной составляющей. Расположение коротрона относительно бумаги и барабана переноса показано на рис.15.

На этапе вторичного переноса некоторые частички тонера не переносятся на бумагу, а остаются на поверхности барабана. Чтобы эти частички не мешали созданию следующего листа и не искажали изображения необходимо произвести очистку барабана переноса и удалить остатки тонера. Очистка барабана переноса является достаточно сложным процессом. Для этой процедуры задействуется специальный ролик очистки, фотобарабан и блок очистки фотобарабана. Очистка барабана переноса должна осуществляться не постоянно, а только после вторичного переноса, т.е. система очистки должна управляться аналогично коротрону переноса. Пока создается изображение, система очистки не активна, а когда начинается перенос тонера на бумагу - включается. Первым этапом очистки является перезаряд остаточного тонер-порошка, т.е. его потенциал меняется с отрицательного на положительный. Для этого применяется ролик очистки, на который подается переменное синусоидальное напряжение с положительной постоянной составляющей. Этот ролик прижимается к поверхности фотобарабана в период очистки, а в процессе создания изображения он откидывается. Управляется ролик эксцентриковым кулачком, который в свою очередь приводится в действие соленоидом (рис.16).

После этого положительно заряженный тонер переносится на фотобарабан, на котором по-прежнему имеется отрицательное напряжение смещения. И уже с поверхности фотобарабана тонер счищается очистительным ракелем блока очистки фотобарабана (рис.17).

Заканчивается создание полноцветного изображения фиксацией тонера на бумаге с помощью температуры и давления. Лист бумаги проходит между двумя роликами блока фиксации (печки), разогревается до температуры порядка 200 ºС, тонер расплавляется и вдавливается в поверхность бумаги. Для предотвращения прилипания тонера к печке на нагревательный вал подается отрицательное напряжение смещения, в результате чего отрицательный тонер-порошок остается на бумаге, а не на тефлоновом валу.

Мы рассмотрели принцип работы только одного принтера одной фирмы. Другими производителями могут применяться и иные принципы формирования изображения и другие технические решения при построении принтеров, однако, все эти решения будут весьма близки к тем, что были рассмотрены ранее.

Лазерные принтеры стали незаменимыми атрибутами офисной оргтехники. Такая популярность объясняется большой скоростью и невысокой себестоимостью печати. Чтобы понять, как работает эта техника, следует знать устройство и принцип работы лазерного принтера. На самом деле, вся магия аппарата объясняется простыми конструктивными решениями.

Еще в 1938 году Честером Карлсоном была запатентована технология, переносившая изображение на бумагу при помощи сухих чернил. Основным двигателем работы было статическое электричество. Электрографический метод (а это был именно он) получил большое распространение в 1949 году, когда корпорация Xerox взяла его за основу в работе самого первого своего аппарата. Однако до логического совершенства и полной автоматизации процесса потребовалось еще десятилетие работ – только после этого и появился первый «Ксерокс», который стал прообразом современных лазерных печатных устройств.

Первый лазерный принтер Xerox 9700

Сам же первый лазерный принтер появился только в 1977 году (им стала модель Xerox 9700). Тогда печать производилась со скоростью 120 страниц в минуту. Этот аппарат использовался исключительно в учреждениях и на предприятиях. А вот уже в 1982 году выходит первым настольный агрегат Canon. С этого времени к разработкам подключаются многочисленные бренды, которые и по сегодняшний день предлагают все новые варианты настольных лазерных печатающих помощников. Каждому человеку, решившему пользоваться подобной техникой, интересно будет узнать больше о внутреннем строении и принципе работы такого агрегата.

Что же внутри

Несмотря на большой ассортимент, устройство лазерного принтера всех моделей является схожим. За основу работы взята фотоэлектрическая часть ксерографии , а сам прибор поделен на следующие блоки и узлы:

блок лазерного сканирования;
узел, осуществляющий перенос изображения;
узел для закрепления изображения.

Первый блок представлен системой линз и зеркал . Именно здесь находится полупроводниковый тип лазера со способной фокусироваться линзой. Далее расположены зеркала и группы, которые могут вращаться, тем самым формируя изображение. Переходим к узлу, отвечающему за перенос изображения: в нем находятся сам тонерный картридж и ролик , переносящий заряд. Уже только в картридже присутствуют три основных формирующих изображение элемента: фотоцилиндр, вал с предварительным зарядом и магнитный вал (работающий совместно с барабаном устройства). И вот тут большую актуальность приобретает возможность фотоцилиндра менять свою проводимость под действием попавшего на него света. Когда фотоцилиндру придается зарядность, он сохраняет ее надолго, но при засвечивании уменьшается его сопротивление, что приводит к тому, что заряд начинает стекать с его поверхности. Так появляется необходимый нам оттиск.

В целом, существует два способа для создания картинки.

Попадая в агрегат, непосредственно перед будущим контактом с фотоцилиндром, соответствующий заряд получает и сама бумага. В этом ей помогает ролик переноса изображения. После переноса статический заряд исчезает при помощи специального нейтрализатора – так бумага перестает притягиваться в фотоцилиндру.

А как же фиксируется изображение? Это происходит за счет тех добавок, которые находятся в тонере. Они имеют определенную температуру плавления. Такая «печка» вдавливает в бумагу расплавленный порошок тонера, после чего он быстро застывает и становится долговечным.

Распечатанные на бумаге лазерным принтером изображения имеют отличную стойкость к многочисленным внешним воздействиям.

Как устроен картридж

Определяющим звеном в работе лазерного принтера является картридж. Он представляет собой небольшой бункер с двумя отсеками – для рабочего тонера и для уже отработанного материала. Также здесь находится светочувствительный барабан (фотоцилиндр) и механические шестеренки для его проворачивания.

Сам тонер представляет собой порошок мелкодиспенсерного вида, который состоит из полимерных шариков – они покрыты специальным слоем магнитного материала. Если речь идет о цветном тонере, то в его состав дополнительно входят еще и красящие вещества.

Важно знать, что каждый производитель выпускает собственные оригинальные тонера – всем им присуща своя магнитность, дисперсность и прочие свойства.

Вот почему ни в коем случае нельзя заправлять картриджи случайными тонерами – это может негативно сказаться на его работоспособности.

Процесс рождения оттиска

Появление изображения или текста на бумаге будет состоять из таких последовательных этапов:

заряд барабана;
экспонирование;
проявка;
перенос;
закрепление.

Как работает фотозаряд? Он формируется на фотобарабане (где, как уже понятно, зарождается и само будущее изображение). Для начала происходит снабжение зарядом, который может быть как отрицательным, так и положительным. Происходит это одним из следующих способов.

Используется коронатор , то есть вольфрамовая нить с покрытием из углеродных, золотых и платиновых включений. Когда в дело вступает высокое напряжение, между этой нитью каркасом проносится разряд, который, соответственно, создаст электрическое поле, передающее заряд на фотобарабан.
Однако использование нити приводило со временем к проблемам с загрязнением и ухудшением качества распечатанного материала. Гораздо лучше действует ролик заряда с аналогичными функциями. Сам он похож на металлический вал, который покрыт токопроводящей резиной или поролоном. Идет соприкосновение с фотоцилиндром – в этот момент ролик и передает заряд. Напряжение здесь значительно ниже, но и детали изнашиваются гораздо быстрее.

Это и есть работа освещения, в результате чего часть фотоцилиндра становится токопроводящей и пропускает заряд через металлическое основание в барабане. А участок, подвергшийся экспонированию, становится незаряженным (или приобретает слабый заряд). На этом этапе формируется еще невидимое изображение.

Технически это осуществляется так.

Лазерный луч падает на поверхность зеркала и отражается на линзу, которая распределит его в необходимое место на барабане.
Так система линз и зеркал формирует строчку вдоль фотоцилиндра – лазер то включается, то выключается, заряд то остается нетронутым, то снимается.
Строка закончилась? Фотобарабан повернется, и экспонирование продолжится снова.

Проявка

В этом процессе большое значение имеет магнитный вал из картриджа , похожий на трубку из металла, внутри которой находится магнитный сердечник. Часть поверхности вала помещена в заправочный тонер бункера. Магнит притягивает к валу порошок, и он выносится наружу.

Важно регулировать равномерность распределения слоя порошка – для этого существует специальное дозирующее лезвие . Оно пропускает лишь тонкий слой тонера, отбрасывая остальное назад. Если лезвие установлено неправильно, на бумаге могут появиться черные полосы.

После этого тонер продвигается на участок между магнитным валом и фотоцилиндром – здесь он притянется к проэкспонированным участкам, а от заряженных оттолкнется. Так изображение становится уже более видимым.

Перенос

Чтобы изображение появилось уже на бумаге, в дело вступает ролик переноса , в металлическую сердцевину которого притягивается положительный заряд – он переносится на бумагу благодаря специальному прорезиненному покрытию.

Итак, частички отрываются от барабана и начинают перемещаться на страницу. Но удерживаются они здесь пока только из-за статического напряжения. Образно говоря, тонер просто насыпается там, где нужно.

Вместе с тонером могут попасть пыль и ворсинки бумаги, но они снимаются вайпером (специальной пластиной) и отправляются прямиком в отсек отходов на бункере. После полного круга барабана процесс повторяется.

Для этого используется свойство тонера расплавляться при высоких температурах. Конструктивно это в этом оказывают помощь два следующих вала:

в верхнем расположен нагревательный элемент;
в нижнем в бумагу вдавливается расплавленный тонер.

Иногда подобная «печка» представляет собой термопленку – специальный гибкий и термостойкий материал с нагревательной составляющей и прижимным роликом. Её нагрев контролируется датчиком. Как раз в момент прохода между пленкой и прижимной частью бумага и разогревается до 200 градусов, что позволяет ей легко впитать в себя ставшим жидким тонер.

Дальнейшее остывание идет естественным образом – в лазерных принтерах обычно не требуется установка дополнительной охлаждающей системы. Однако здесь еще раз проходит специальный очиститель – обычно его роль исполняет фетровый вал .

Фетр обычно пропитывают специальным составом, что помогает смазать покрытие. Поэтому другое название такого вала – масляной.

Как осуществляется цветная лазерная печать

А как же происходит цветная печать? В лазерном устройстве используется четыре таких основных колора – черный, пурпурный, желтый и голубой. Принцип печати такой же, как и в черно-белом случае, однако сначала принтер разобьет изображение на монохром для каждого цвета. Начинается последовательное перенесение каждым картриджем своего цвета, а в итоге наложения получается нужный результат.

Выделяют такие технологии цветной лазерной распечатки:

многопроходная;
однопроходная.

При многопроходном варианте в дело вступает промежуточный носитель – это вал или лента, переносящая тонер. Действует это так: за 1 оборот накладывается 1 цвет, потом в нужное место подается другой картридж, а поверх первой картинки ложится вторая. Достаточно четырех проходов, чтобы сформировалась полноценная картинка – она и перейдет на бумагу. Но и само устройство будет работать в 4 раза медленнее, чем его черно-белый собрат.

Как работает принтер с однопроходной технологией ? В этом случае все четыре отдельно печатающих механизма имеют общее управление – они выстроены в одну шеренгу, у каждого имеется свой собственный лазерный блок с переносным роликом. Так бумага и идет по барабану, последовательно собирая все четыре изображения картриджей. Только после этого прохода лист уходит в печку, где происходит закрепление картинки.

Достоинства лазерных принтеров сделали их фаворитами для работы с документацией, как в офисе, так и домашних условиях. А информация о внутренней составляющей их работы поможет любому пользователю вовремя заметить недочеты и обратиться в сервисную службу для технической поддержки функционирования устройства.