Устройства для вывода изображений на бумагу сейчас активно участвуют в жизни каждого человека. Существует их несколько типов, которые отличаются к тому же по принципу действия. Наибольшую популярность получили так называемые лазерные принтеры.
Слово «лазер» ассоциируется у многих людей с невероятной точностью и эффективностью выполнения поставленной задачи, но какой он, принцип работы лазерного принтера, мало кто знает. В данной статье мы попробуем разобраться в данном вопросе и рассмотрим каждый этап формирования изображения.
На самом деле процесс формирования изображения довольно прост, и его можно разбить на несколько основных этапов: 1. Создание заряда на фотобарабане. 2. Образование незаряженных областей на фотовалу. 3. Перенос тонера в незаряженные области на фотобарабане. 4. Перенос тонера с фотобарабана на лист бумаги. 5. Закрепление тонера на бумаге.
Печать на лазерном принтере в принципе не настолько дорога, чтобы задумываться о стоимости печати тестового листа для просмотра результата. Но если необходимо просто посмотреть, как будет выглядеть документ после распечатки, лучше воспользоваться программой виртуальным принтером, скачать которую можно на сайте бесплатных программ для компьютера http://winupdate.ru/ или с официального сайта разработчика. В результате будет получен файл, например, pdf формата, просмотрев который и можно увидеть итоговый результат.
Работа принтера начинается с образования на покрытом светочувствительным слоем барабане равномерно распределённого отрицательного заряда статического электричества. Это может происходить либо при пропускании тока через близ расположенный провод, либо специальным зарядным валиком. В последнем случае образуется меньше озона, имеющего вредное воздействие на живые организмы.
Светочувствительный слой, окутывающий барабан, представляет собой полупроводник, сопротивление которого уменьшается при попадании на него света. Лазером, подвижными зеркалами и фокусирующей линзой на фотовал посылается свет в те места, с которых должно быть перенесено изображение на бумагу. В результате на заряженном барабане образуются области с низким сопротивлением. Заряд из них переходит на металлический сердечник и далее — по заземляющему кабелю. На самой поверхности барабана остаются незаряженные локации.
Тонер обладает способностью притягиваться магнитом, а также нести электростатический заряд. Это обеспечивается присутствием специальных ферромагнитных добавок либо благодаря особым свойствам самого красящего вещества. Для переноса тонера на фотобарабан используются два дополнительных барабана: один для придания отрицательного заряда частицам краски, другой — с постоянным магнитом в сердечнике — для захвата и удержания красящего вещества. Тонер проходит через первый барабан, приобретает отрицательный заряд, после чего поступает на второй. Между фотовалом и магнитным валом присутствует небольшой зазор: отрицательно заряженные крупицы тонера с магнитного вала перемещаются в незаряженные области фотовала. При этом на другие участки поверхности барабана тонер не попадает — одинаково заряженные частицы друг от друга отталкиваются.
Поступающий в принтер лист бумаги наделяется положительным зарядом. Проходя в соприкосновении с фотобарабаном, бумага забирает отрицательно заряженные частицы, в том числе и тонер.
Тонер остаётся на бумаге, удерживаясь лишь за счёт электростатического притяжения. Если краску дополнительно не закрепить, её будет легко сместить с листа, например, проведя по нему пальцем. Для фиксации тонера используется нагревательный модуль, проходя через который красящее вещество плавится и схватывается с бумагой.
Как можно убедиться, принцип работы лазерного принтера несложен. В приборе отсутствуют какие-либо сложные устройства — процесс построен на элементарных физических законах без использования, например, квантовомеханических эффектов. Лазерный принтер способен обеспечить высокую скорость печати при низких расходах материалов — тонера и бумаги — с крепким сцеплением их друг с другом. Недостатком устройств данного типа является повышенное энергопотребление.
Множество людей пользовались лазерными принтерами, у некоторых они стоят дома, но все ли знают, как работает лазерный принтер? Ответ на этот вопрос читатель найдет в этой статье.
Лазерный принтер – это периферийное устройство, которое быстро и качественно напечатает текст и графические объекты на обычной офисной и специальной бумаге. Основные преимущества этих принтеров, такие как низкая себестоимость печати, большая скорость работы, высокий ресурс и разрешение, стойкость к влаге и выцветанию сделали их самыми часто используемыми не только в среде офисных работников, но и среди обычных пользователей.
Создание и развитие лазерных принтеров
Первое изображение с использованием сухих чернил и статичного электричества получил Честер Карлсон в далеком 1938 году. И лишь спустя 8 лет он смог найти производителя изобретенных им устройств. Это была компания, которую ныне все знаю под названием Xerox. И в тот же 1946 год на рынок попадает первое копировальное устройство. Это была огромная и сложная машина, требующая проведения целого ряда ручных операций. Лишь в средине 1950-х был создан первый полностью автоматизированный механизм, который являлся прообразом современного лазерного принтера.
С конца 1969 года Xerox начинает работу над разработкой лазерных принтеров, добавив лазерный луч к существующим на то время образцам. Но стоял он треть миллиона долларов по тем меркам и имел огромные размеры, что не позволяло пользоваться таким устройством даже на небольших предприятиях, не то что в быту.
Результатом сотрудничества нынешних гигантов в индустрии печати Canon и HP стал выпуск в свет серии принтеров LaserJet, которые способны напечатать до 8 страниц текста в минуту. Такие устройства стали более доступными после того, как появился первый сменяемый картридж для лазерного принтера.
Принцип работы
Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он прилипает и буквально впечатывается в бумагу. Но каким образом это происходит?
Любой лазерный принтер состоит из трех основных функциональных блоков: печатная плата, блок переноса изображения (картридж) и печатный блок. Бумагу на печать подает узел подачи бумаги. Они разрабатываются по двум конструкциям – подача бумаги из нижнего лотка и подача из верхнего лотка.
Его строение достаточно простое:
ролик – нужен для захвата бумаги; блок для захвата и подачи одного листа; ролик, передающий статический заряд бумаге. Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр.
Тонер
Тонер состоит из микроскопических частичек полимеров, которые покрыты красителем, с включением магненита и регулятора заряда. Каждая фирма выпускает порошок с уникальными характеристиками для собственных принтеров и многофункциональных устройств. Все порошки отличаются магнитностью, плотностью, дисперстностью, размером зерен и другими физическими показателями. Поэтому не стоит заправлять картриджи случайным тонером. Преимущества тонера перед чернилами заключаются в четкости отпечатанной картинки и влагостойкости, которая обеспечивается впечатыванием порошка в бумагу. Из недостатков стоит назвать малую глубину цветов, насыщенность при цветной печати и отрицательное воздействие на организм человека при взаимодействии с тонером, например, во время зарядки картриджа.
Строение и этапы печати изображений
Фотобарабан выполнен в виде продольного алюминиевого вала, с нанесенным на него тонким слоем материала, чувствительного к световым лучам с определенными параметрами. Цилиндр покрыт защитным слоем. Помимо алюминия, барабаны изготовляются с неорганических фоточувствительных веществ. Основное свойство фотобарабана – изменение проводимости (заряда) под воздействием лазерного луча. Это значит, что если цилиндру придать заряд – он будет хранить его на протяжении значительного отрезка времени. Но если засветить какую-либо область вала светом – они тут же теряют свой заряд и становятся нейтрально заряженными за счет увеличения проводимости (то есть уменьшением электрического сопротивления) в этих зонах. Заряд стекает с поверхности через внутренний проводящий слой.
При поступлении документа на печать, печатная плата обрабатывает его и посылает соответствующие световые импульсы на блок переноса изображения, где цифровая картинка превращается в изображение на бумаге. Фотобарабан вращается при помощи вала и получает первичный отрицательный или положительный заряд от находящегося рядом роллера. Его величина определяется настройками печати, которые сообщает печатная плата.
После зарядки цилиндра лазерный луч, имеющий горизонтальную развертку, сканирует его с огромной частотой. Засвеченные места фотоцилиндра, как сказано выше, становятся незаряженными. Эти незаряженные зоны формируют требуемую картинку на барабане в зеркальном отображении. Далее, чтобы изображение оказалось на бумаге, незаряженные зоны необходимо заполнить тонером. Блок лазерного сканирования состоит из зеркала, полупроводникового лазера, нескольких формирующих и одной фокусирующей линзы.
Барабан контактирует с роллером, изготовленным, в основном, из магния и подает тонер на фотоцилиндр из емкости картриджа. Роллер, в котором расположен постоянный магнит, выполнен в виде пустотелого цилиндра с токопроводящим слоем. Под воздействием магнитного поля тонер из бункера притягивается к роллеру под действием силы намагниченного сердечника.
Под действием электростатического напряжения тонер из роллера будет переноситься на сформированное лазерным лучом изображение на поверхности фотобарабана, крутящегося вплотную с роллером. Тонеру некуда деться, ведь его отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженным областям фотоцилиндра, на котором сформировано нужное изображение. Отрицательный заряд барабана отталкивает ненужное количество тонера назад, заполняя им отсканированные лазером участки.
Отметим один нюанс. Существует два типа формирования изображений. Самый распространенный – это применение тонера с положительным зарядом. Такой порошок остается на нейтрально заряженных областях фотоцилиндра. То есть, лазером засвечиваются области, где будет наше будущее изображение. Барабан при этом заряжен отрицательно. Второй механизм менее распространенный, в нем используется тонер с отрицательным зарядом. Лазерный луч «разряжает» области положительно заряженного фотоцилиндра, на которых изображения быть не должно. Это стоит помнить при выборе лазерного принтера, ведь в первом случае будет более точная передача деталей, а во втором – более равномерная и плотная заливка. Первые принтеры отлично подойдут для печати текстовых документов, потому они и получили широкое распространение.
Перед тем, как соприкоснуться с цилиндром бумага получает статический электрический заряд с помощью ролика переноса заряда. Под воздействием, которого тонер притягивается к бумаге в момент ее плотного контакта с барабаном. Сразу после этого заряд из бумаги удаляется нейтрализатором статичного заряда. Этим устраняется притягивания листа к фотоцилиндру. Во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования на листе становится заметным сформированное изображение, которое легко разрушается от малейшего прикосновения. Для его долговечности необходимо провести фиксацию с помощью расплавления добавок, входящих в тонер. Этот процесс происходит в блоке фиксации изображения – это третий ключевой блок лазерного принтера. Еще его называют «печкой». Если вкратце, то плавятся входящие в состав тонера вещества. После их вдавливания и застывания эти полимеры словно покрывают собой чернила, защищая их от внешних воздействий. Теперь читатель поймет, почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, такие теплые.
По конструкции так называемая «печка» состоит из двух валов, в одном из которых находится нагревательный элемент. Второй, зачастую нижний, необходим для вдавливания расплавленного полимера в бумагу. Нагревательные элементы выполняются в виде термисторов, изготовленных в виде термопленок. При подаче напряжения на них, эти элементы разогреваются до высоких температур (порядка 200 °C) за доли секунды. Прижимный валик прижимает лист к нагревателю, в процессе чего осуществляется вдавливание жидких микроскопических частиц тонера в текстуру бумаги. На выходе из блока фиксации стоят разделители, дабы бумага не прилипала к термопленке.
Как устроен лазерный принтер? (принцип работы лазерного принтера) В принтере, в основе которого лежит лазерная технология печати все работает за счет использования статического электричества. Как это работает? На фотобарабан что в картридже попадает луч лазера и формирует изображение. На следующем этапе формирования изображения фотобарабан соприкасается с тонером и в точке соприкосновения, где светил лазер и изменил заряд прилипает тонер. По тому же принципу прилипает к бумаге с фотобарабана тонер, и потом запекается в так званой «печке». Бумага выходит наружу тепленькая от печки. Не бойтесь, уже немного остывшая. Более подробно о процессе печати на лазерном принтере Когда вращается фоточувствительный барабан, на его поверхности формируется положительный заряд, который наносится на фотовал с помощью лазерного луча. Положительный заряд притягивает частицы тонера, которые заряжены отрицательно, и они прилипают на поверхность барабана. Лист бумаги заряжен положительно и во время процесса печати проходит под вращающимся фотовалом. Отрицательно заряженные частицы тонера переносятся с барабана на лист бумаги, таким образом, изображение переносится на бумагу. Далее тонер, оказавшийся на бумаге, закрепляется под воздействием тепла. В отличие от печати на матричных и струйных принтерах, где изображение переносится на бумагу построчно, при лазерной печати текст на листе формата А4 формируется всего за 3 оборота фотобарабана. Лазерные принтеры основаны на системе печати используемой в копирах. В копирах, специальная лампа переносит изображение с копируемого листа на фоточувствительную поверхность барабана в виде электростатического заряда. Фотобарабан преобразует оптическое изображение, созданное светом, отраженным от копируемого изображения, в его электростатический эквивалент, который и притягивает к поверхности барабана частицы тонера, имеющие противоположный заряд. Однако, лазерный принтер не имеет исходного изображения, вместо него в его памяти имеется матрица состоящая из 1 и 0, передающая изображение. В случае черно-белой печати, 1 передает микропроцессору сигнал и направляется луч лазера на фотобарабан. Когда луч касается поверхности барабана, в этом месте формируется положительный заряд, и отрицательно заряженные частицы тонера налипнут на барабан именно в этом месте. Соответственно 0 не передает сигнал и на поверхности барабана не появляется заряд и позже эти участки останутся белыми на бумаге. О том как избавляется от белых полос при печати читайте статью — белые полосы при печати.
