Какие физические явления положены в основу работы лазерного принтера

Обновлено: 09.05.2024

Важнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. С помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд.

Функциональная схема лазерного принтера

эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Для некоторых типов принтеров потенциал поверхности барабана уменьшается от -900 до -200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер — мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Создание копии изображения на фотобарабане

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу.

Рис. 2.4. Обобщенная схема работы лазерного принтера

Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры около 180°—200°С (если вы хоть раз ставили пирог со сладкой начинкой в духовку, то знаете, как тяжело разделить пропеченные компоненты). После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати. Описанная последовательность действий происходит очень быстро и обеспечивает высокое качество печати.

В светодиодном принтере для засвечивания барабана вместо лазерного луча, управляемого с помощью системы зеркал, используется неподвижная светодиодная строка (линейка), состоящая из 2500 светодиодов, которой формируется не каждая точка изображения, а целая строка (рис. 2.5). На этом принципе, например, работают лазерные принтеры фирмы OKI.

Формирование изображения с помощью LED-технологии

Цветная печать [1] [2]

При печати на цветном лазерном принтере используются две технологии.

В соответствии с первой, широко используемой до недавнего времени, на фотобарабане

. . . . . (Cyan, Magenta, Yellow, Black) . . . ? . . ?? . . . .

Рис. 2.6 Универсальная тестовая таблица

сказывалось на скорости и качестве печати. В современных моделях (например, HP Color LaserJet 5) в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов. Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке. В результате достигается более ровная передача цветовых оттенков, почти такая же, как при печати на цветных принтерах с термопереносом красителя.

Соответственно в цветных лазерных принтерах используются четыре ёмкости для тонеров. Принтеры этого класса оборудованы большим объемом памяти, процессором и, как правило, собственным винчестером. На винчестере содержатся разнообразные шрифты и специальные программы, которые управляют работой, контролируют состояние и оптимизируют производительность принтера. Цветные лазерные принтеры имеют довольно крупные габариты и большую массу.

Технология процесса цветной лазерной печати весьма сложна, поэтому и цены на цветные лазерные принтеры еще очень высоки.

Основные характеристики лазерных принтеров [1]

Лазерный принтер является сложным оптико-механическим устройством, которое, независимо от конструктивного исполнения, характеризуется большим количеством различных параметров. С потребительской точки зрения все параметры можно разбить на группы, определяющие:

качество печати;
скорость печати;
удобство в эксплуатации;
экономичность работы;
дополнительные возможности.

Физические процессы [1] [2] [3]

В основе работы, как копировального аппарата, так и лазерного принтера лежит процесс сухой ксерографии[1] (лат. xeros - сухой и graphos - писать). В свою очередь он базируется на электростатической фотографии.

Электронный документ отправляют на печать. В этот момент печатная плата обрабатывает его, а лазер посылает цифровые импульсы на картридж. Заряжая фотобарабан отрицательными частицами, лазер переносит на него изображение или текст, которые надо напечатать.

Когда лазерный луч попадает на барабан он убирает заряд и на его поверхности остаются незаряженные зоны. Каждая частица тонера заряжена отрицательно и соприкасаясь с фотобарабаном, тонер прилипает к незаряженным фрагментам под воздействием статического электричества. Это называется проявкой изображения.

Специальный валик с положительным зарядом прижимает лист бумаги к фотобарабану. Поскольку противоположно заряженные частицы притягиваются, тонер прилипает к бумаге.

Дальше бумага с тонером нагревается до температуры порядка 200 градусов с помощью термовала так называемой печки. Благодаря этому тонер расправляется и изображение надежно фиксируется на бумаге. Поэтому свежеотпечатанные на лазерном принтере документы всегда теплые.

На последнем этапе происходит снятие заряда с фотобарабана и его очистка от оставшегося тонера, для чего используется чистящее лезвие и бункер для отработанного тонера.

Вот так и происходит процесс печати. Лазер рисует будущее изображение заряженными частицами. Фотобарабан ловит и передает на бумагу красящий порошок. Тонер прилипает к бумаге под действием статического электричества и приплавляется к ней.

По такому же принципу работает копировальная техника.

Видео

Тонер

Тонер — расходный материал. Это сухой порошок (может быть черным или цветным), который и представляет собой краску для лазерных принтеров. Как уже описывалось выше, это работает так: с помощью статики он (порошок) переносится на заряженный фотобарабан, благодаря чему появляется картинка. Она впоследствии переносится на бумагу.

Каждый производитель выпускает оригинальный тонер для принтеров. Только с фирменным красителем компания может гарантировать стабильную работу устройства. Такие качества, как магнитность и дисперсность, у красящих веществ индивидуальны. Аппараты производятся с расчетом на использование определенного тонера. Заправляя картридж альтернативным порошком сомнительного качества, пользователь рискует нарушить работоспособность девайса. Если необходимого тонера нет, можно подобрать совместимый вариант с идентичными свойствами.

Внимание! Попытки воспользоваться несовместимыми продуктами могут привести к серьезным неисправностям техники. А еще можно лишиться гарантийного обслуживания.

Следует знать, что тонер может нанести вред здоровью, пока он находится в виде порошка. Нельзя допускать, чтобы он попал в дыхательные пути.

Заправляя картридж или удаляя излишки вещества, крайне важно соблюдать меры предосторожности:

использовать латексные перчатки;
надевать на лицо респиратор или медицинскую маску;
работать с веществом только в хорошо проветриваемом помещении;
для удаления излишков тонера рекомендуется воспользоваться специальным пылесосом.

Еще лучше — не заправлять картридж самому, а доверить это дело профи. Обратившись в сервисный центр, можно не переживать, что тонер испортит принтер или навредит здоровью.

Конструкция картриджа

Расходный материал для лазерной печати – тонер – располагается в картридже. Рядовое устройство состоит из трёх основных отсеков, где находятся краситель, отработка и фотовал. В качестве тонера чаще всего выступают порошкообразные зёрна. В чёрной-белых моделях располагается всего один контейнер.

Красители различаются по качеству состава – степенью намагниченности и дисперсностью, а также размером зерна. Поэтому как таковых универсальных тонеров не бывает. Как правило, производили техники стараются подогнать потребности целой линейки принтеров под какой-то один краситель, а не делать оригинальной каждую модель.

Габариты картриджа могут быть самыми разными и зависят от конкретного принтера. Бытовые модели с низкой отдачей комплектуются скромными по размерам контейнерами, тогда как профессиональная техника идёт с массивными, иногда даже двойными или тройными блоками. Но конструкционные особенности устройств примерно одинаковы.

Основные элементы лазерного картриджа:

Отделение для тонера, где находится порошкообразный краситель.
Подвижный вал, подающий тонер на фотоэлемент.
Дозатор, регулирующий объём красителя для барабана.
Ракель, очищающий поверхность от использованного тонера для наложения нового слоя.
Магнитный ролик, заряжающий фотовал.
Отсек для использованного тонера.

Некоторые принтеры оснащаются чипованными картриджами, что позволяет отслеживать количество распечатанных листов, остаток красителя и другую информацию. Все данные отражаются в фирменном приложении производителя, которое устанавливается вместе с драйверами.

Картриджи неоднократно можно заправлять, а отдельные элементы (ролики, шестерни, валы) при необходимости заменять. За редким исключением можно встретить одноразовые решения. Но практичность покупки таких устройств под большим вопросом.

Цветные лазерные принтеры

Принцип многоцветной 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, разложенное по цветовым составляющим, соответствующим цветам используемых тонеров. На втором этапе лазер или массив светодиодов формирует распределение зарядов на поверхности вращающегося фоточувствительного барабана, подобное получаемому изображению. Заряженные мелкие частицы тонера, состоящего из красящего пигмента, смол и полимеров, притягиваются к заряженным участкам поверхности барабана.

Лазеры способны точно фокусироваться, в результате получаются очень тонкие лучи, которые разряжают необходимые участки фоточувствительного барабана. Благодаря этому современные лазерные принтеры, как цветные, так и чёрно-белые, имеют высокое разрешение.

Экспонирование

Лазер расположен в передней части корпуса лазерного принтера или сбоку. Луч лазера попадает на фотовал и меняет заряд на его поверхности с отрицательного на нейтральный (не путать с положительным!). Экспонирование (освещение) лазером линейную разверстку с высокой частотой. В старых моделях сложная фокусировка производилась с помощью зеркал и линз. Схема принтера была очень сложной, а сам аппарат занимал большую площадь. Современные модели принтеры устроены проще, но при этом качество печати у них выше. Они занимают мало места и могут печатать с большой скоростью – до 27 страниц в минуту.

Важно! Барабан очень чувствителен к царапинам. В местах, где фоточувствительное покрытие содрано заряд всегда нейтральный. Это отражается на качестве печати. В этих местах появляются черные или белые полосы.

Закрепление изображения

После того, как рисунок или текст будут перенесены на бумагу, их надо закрепить, иначе изображение осыплется, как только лист бумаги попадет в руки. Тонер закрепляют на бумаге при помощи печки. Печка нагревает частички чернил, они плавятся, становятся жидкими, проникают вглубь бумаги и мгновенно затвердевают. Образуется нестираемое и невыгораемое изображение высокой четкости.

ВАЖНО! Частички чернил (тонера) начинают плавиться при температуре 180-200 градусов, независимо плавились они до этого или нет. Поэтому на лазерном принтере нет двусторонней печати (программно), так как печать с обратной стороны приводит к ухудшению качества на лицевой. К тому же в воздух выделяются едкие ядовитые вещества, которые входят в состав тонера и бумаги.

В основе работы любого современного лазерного принтера лежит фотоэлектрический принцип ксерографии . Исходя из этого метода все лазерные принтера конструктивно состоят из трех основных частей (узлов):

Блока лазерного санирования.
Узел переноса изображения.
Узел закрепления изображения.

Для примера рассмотрим лазерный принтер НР LaserJet 1200. Модель довольно удачную и хорошо зарекомендовавшую себя большим сроком службы, удобством и надежностью.

Рис. 2 Лазерный принтер НР 1200 со снятой облицовкой.

Картридж;
Узел переноса изображения;
Узел закрепления изображения (печка).

Механизм подачи из нижнего лотка, называется — Tray 1, а механизм подачи из верхнего (обходного) — Tray 2. Несмотря на конструктивные отличия в своем составе они имеют (см. рис. 3):

Рис. 3 Узел подачи бумаги Tray 2, вид с тыльной стороны.

Ролик захвата бумаги;
Тормозящая площадка (голубая полоска) с сепаратором (на фотографии не виден);
Ролик переноса заряда (transferroller), передающий бумаге статический заряд.

Ролик захвата бумаги — нужен для затягивания бумаги в принтер.

Блока тормозной площадки и сепаратора, необходимого для разделения и захвата только одного листа бумаги.

Непосредственно в формировании изображения участвуют картридж принтера (рис. 4) и блок лазерного сканирования.

Картридж для лазерных принтеров состоит из трех основных элементов (см. рис. 4):

Рис. 4 Картридж лазерного принтера в разобранном состоянии

Фотоцилиндр;
Вал предварительного заряда;
Магнитный вал.

Фотоцилиндр

Фотоцилиндр (ОРС — organic photoconductive drum ), или также фотобарабан, представляет собой алюминиевый вал с нанесенным на него тонким слоем фоточувствительного материала, который дополнительно покрыт защитным слоем. Раньше фотоцилиндры делали на основе селена, поэтому их еще называли селеновыми валами, сейчас их делают на основе фоточуствительных органических соединений, но их старое название по прежнему широко используется.

Процесс наложения изображения

Фотоцилиндр с помощью вала предварительного заряда ( PCR ) получает начальный заряд (положительный или отрицательный). Сама величина заряда определяется настройками печати принтера. После того как фотоцилиндр зарядился, луч лазера проходит по поверхности вращающегося фотоцилиндра, и места засвети фотоцилиндра становится нейтрально заряженными. Эти нейтральные области соответствуют требуемому изображению.

Блок лазерного сканирования состоит

Полупроводникового лазера с фокусирующей линзой;
Вращающегося зеркала;
Группы формирующих линз;
Зеркала.

Блок лазерного сканирования со снятой крышкой

Фотоцилиндр;
Вал предварительного заряда;
Магнитный вал.

Барабан имеет непосредственный контакт магнитным валом ( Magnetic roller ), который подает тонер из бункера картриджа на фотоцилиндр.

Магнитный вал представляет собой пустотелый цилиндр с токопроводящим покрытием, внутрь которого вставлен стержень из постоянного магнита. Тонер находящийся в бункере в бункере притягивается к магнитному валу под действием магнитного поля сердечника и дополнительно подаваемого заряда, величина которого также определяется установками печати принтера. Это определяет плотность будущей печати. С магнитного вала под действием электростатики тонер переносится на сформированное лазером изображение на поверхности фотоцилиндра, т. к. он имеет начальный заряд он притягивается к нейтральным областям фотоцилиндра и отталкивается от одинаково заряженных. Это и есть нужное нам изображение.

Здесь стоит отметить два основных механизма создания изображения. В большинстве принтеров (НР, Canon , Xerox ) применяется тонер с положительным зарядом, остающийся только на нейтральных поверхностях фотоцилиндра, то есть лазер засвечивает только те участки, где должно быть изображение. Фото цилиндр в этом случаи заряжается отрицательно. Вторым механизмом (применяется в принтерах Epson , Kyocera , Brother ) является использование отрицательно заряженного тюнера, и лазер разряжает участки фотоцилиндра на которых не должно быть тонера. Фотоцилиндр изначально получает положительный заряд и тонер заряженный отрицательно, притягивается к положительно заряженным участкам фотоцилиндра. Таким образом в первом случаи получается более тонкая передача деталей, а во втором более плотная и равномерная заливка. Зная эти особенности можно точнее выбрать принтер для решения своих задачь (печать текста или печать скетчей).

Перед контактом с фотоцилиндром бумага также получает статический заряд (положительный или отрицательный), с помощью ролика переноса заряда ( Transfer roller ). Под действием этого статического заряда тонер во время контакта переходит с фото цилиндра на бумагу. Сразу после этого нейтрализатор статического заряда удаляет этот заряд с бумаги, что устраняет притягивание бумаги к фотоцилиндру.

Тонер

Теперь нужно казать пару слов о тонере. Тонер представляет собой мелко дисперсный порошок, состоящий из полимерных шариков покрытых слоем магнитного материала. В состав цветного тюнера также входят красящие вещества. Каждая фирма в своих моделях принтеров, МФУ и копиров использует оригинальные тонера, отличающиеся дисперсностью, магнит н остью и физическими свойствами. Поэтому не в коем случаи нельзя заправлять картриджи случайными тонерами, иначе можно очень быстро загубить принтер или МФУ (проверено опытом).

Если после прохода бумаги через блок лазерного сканирования извлечь бумагу из принтера мы увидим уже сформировавшееся изображение, которое можно легко разрушить прикосновением.

Узел фиксации изображения или печка. Вверху вид в сборе, внизу со снятой планкой бумагоотделителя

2 — Прижимной вал;

3 — Планка отделителя бумаги.

Нагревательный элемент и термопленка

Устройство лазерного принтера и принципы печати. Преимущества и недостатки использования лазерного принтера в повседневной жизни.

Многие полагают, что лазерный принтер назван так, потому что он выжигает изображения на бумаге лазером. Однако, одного лазера недостаточно, чтобы получить качественный отпечаток.

Самым важным элементом лазерного принтера считают фотобарабан. Он представляет собой цилиндр, покрытый светочувствительным слоем. Другой необходимый компонент тонер – красящий порошок. Его частицы вплавляются в лист бумаги, оставляя на нем нужное изображение.

Фотобарабан и бункер с тонером чаще всего являются частью одного цельного картриджа, который вдобавок имеет еще множество других важных деталей – ролики заряди и проявки, чистящее лезвие и бункер для отработанного тонера.

А теперь рассмотрим как же это все происходит более подробно.

Этапы работы принтера

По такому же принципу работает копировальная техника.

Преимущества лазерного принтера

Считается, что скорость печати у лазерного принтера выше чем у струйного. В среднем это 27-28 отпечатков в минуту. Поэтому их используют для печати большого количества документов.

Устройство не сильно шумит во время работы. Качество печати очень высокое при низкой себестоимости отпечатка, что достигается за счет низкого расхода и цены тонера. Стоимость большинства моделей лазерных принтеров также вполне доступна.

Много лет ведутся споры по поводу того, наносит ли лазерный принтер вред здоровью. Частицы тонера, используемого при лазерной печати, настолько малы, что легко проникают в организм человека, оседают и накапливаются в дыхательных путях. При постоянном контакте с тонером на протяжении 15-20 лет могут развиться головные боли, астма и другие заболевания.

Однако, производители принтеров уверяют, что от ежедневного использования принтера нет никакого вреда. Технологии производства постоянно совершенствуют, а картриджи тестируют в лабораториях.

Скорость, срок службы и качество печати у лазерных принтеров действительно на высоте. Это устройство незаменимо в работе и повседневной жизни многих пользователей и не так прихотливо как капризные струйники, у которых часто бывают проблемы с печатью при перезаправках.

Если же вам все-таки досталась не самая удачная модель лазерного принтера и вы пользовались им совсем не много, то не отчаивайтесь. KupimToner выкупает новые принтеры от разных брендов, а также комплектующие к ним, предлагая достойную цену.

Принтер HP LaserJet Pro M104A
Принтер Brother HL-1112R
Принтер Brother HL-1112R

Читайте также: