История создания принтеров. Лазерный принтер

Это устройство, форми­рующее на бумаге или другом носителе (про­зрачной пленке, конверте, ткани и пр.) полу­ченное от компьютера изображение способом электрофотографии, т. е. используя способность неко­торых материалов изменять свой электрический заряд под воздействием светового излучения.

В лазерном принтере используется электрографический принцип создания изображения . Процесс печати включает в себя создание невидимого рельефа электростатического потенциала в слое проводника с последующей его визуализацией. Визуализация осуществляется с помощью частиц сухого порошка-тонера, наносимого на бумагу.

Тонер представляет из себя смешанную смесь частиц железа (металло-порошка) и частиц пластмассы.

Устройство лазерного принтера

Лазерное печатающее устройство состоит из трех основ­ных узлов: 1. печатающий механизм — очень точное и сложное электронно-оптико-меха­ническое устройство, во многих эле­ментах которого, особенно тонере, реализуются последние достижения химических технологий 2. контрол­лер , содержащего растровый про­цессор, который преобразует по­ступающие от компьютера данные в графические образы печатаемых страниц (в некоторых случаях эта задача может быть возложена и на центральный процессор ПК) Контроллер выполняет функции:

• принимает от компьютера изображение;
• запоминает изображение в ОП принтера;
• тестирует внутренние узлы принтера;
• обеспечивает работу с панелью управления принтером;
• посылает управляющие сигналы всем функциональным блокам принтера.

3. ин­терфейсный блок , обеспечиваю­щего двунаправленный обмен дан­ными с компьютером.

Рассмотрим наиболее важный механизм в лазерном принтере это его КАРТРИЖД .

Картридж

Картридж лазерного принтера состоит из 2 отделений: отделение для отработанного тонера и тонерный отсек.

Основные конструктивные элементы отделения для отработанного тонера:

1 – Фотобарабан (Organic Photo Conductor (OPCJ 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 резиновой 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 неподвижный магнитный сердечник. К магнитному валу притягивается тонер, который перед подачей на барабан приобретает отрицательный заряд под действием 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.

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

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

2. 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.

3. Нанесение тонера . 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.

4. 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.

5. Закрепление изображения . Лист бумаги с незакрепленным изображением перемещается к механизму закрепления, представляющему собой два соприкасающихся вала, между которыми протягивается бумага. Верхний вал нагрет, и при соприкосновении с ним частицы тонера расплавляются и закрепляются на бумаге.

6. Очистка барабана . Некоторое количество тонера не переносится на бумагу и остается на барабане, поэтому его необходимо очистить. 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.

7. «Стирание» изображения . 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.

Как видим процесс довольно сложный. Для более полного понимания процесса печати предлагаю упрощенную версию всего выше сказанного.

Принцип печати. С помощью зарядного провода на поверхность светочувствительного барабана равномерно наносится статический заряд. Полупроводниковый лазер низкой мощности генерирует узкий направленный луч, который, отражаясь от вращающегося шестигранного зеркала, пробегает вдоль поверхности барабана. При освещении лучом лазера управляемого специальным контроллером, поверхность барабана разряжается в точках соответствующих строке изображения, формируя ее невидимый образ на поверхности барабана. Когда луч лазера попадает на предварительно заряженный барабан, заряд «стекает» с освещённой поверхности. Таким образом, освещаемые и не освещаемые лазером участки барабана имеют разный заряд. Формируется на поверхности барабана скрытое невидимое человеку изображение. Затем происходит проявление изображения, т. е. превращение скрытого электронного изображения в видимое. Заряженные частицы тонера притягиваются только к тем местам барабана, которые имеют противоположный заряд по отношению к тонеру. Валиком подаётся бумага, проходит через блок термического закрепления тонера (fuser) , где тонер под воздействием температуры и давления плавится на поверхности бумаги (т. е. делается оттиск порошка с барабана на бумагу).

Остатки порошка скапливаются в отстойнике — устройстве очистки лазерного принтера.

Когда изображение с поверхности барабана переносится на бумагу, не все частички тонера прилипают к бумаге, и небольшое количество тонера остаётся на барабане. Прежде чем барабан будет заряжен для печати следующей страницы, специальный чистящий узел удаляет остатки тонера с поверхности барабана, чтобы не испачкать им следующую страницу.

Качество печати

Качество печати лазерных принтеров зависит, в основном, от разрешающей способности принтера, т. е. количества точек, печатаемых на каждый дюйм:

— 300 точек на дюйм — большинство деловых документов получаются вполне удовлетворительными, но мелкие буквы и полутоновые изображения печатаются плохо;

— 600 точек на дюйм – качество достаточно для деловых документов и даже (хотя и с натяжкой) для издательских нужд – при чёрно-белой полиграфии и невысоких требований компьютер печати полутоновых изображений;

— 1200 точек на дюйм – такие принтеры печатают документы с высоким качеством, и даже полутоновые изображения получаются вполне удовлетворительными;

— 1800 точек на дюйм и более – такие принтеры используются для издательских нужд при подготовке особо высококачественных изданий.

Формат бумаги.

— большинство принтеров поддерживают А4 формат (210х297 мм) — А3 формат (420х297) — практически все печатают на почтовых конвертах и прозрачных пленках

Большинство принтеров оборудовано автоподатчиком бумаги. В одних принтерах бумага загружается сверху(вертикальная подача), в других кладется в специальный лоток внизу (горизонтальная подача).

Программирование работой принтера

Принтер может иметь один или оба из встроенных набор команд(языков управления принтером): 1) PCL (Printer Control Language) – имеет полезные встроенные эффекты и позволяет загружать маштабируемые шрифты в формате TrueType, избавляя компьютер от необходимости переводить эти шрифты в растровую форму при посылке на принтер. Работает с побитными шрифтами и графикой. 2) PostScript понимают язык описания страниц PostScript, разработанный фирмой Adobe. Это мощный язык, позволяющий описывать изображения в объектно-ориентированной форме. Использует математическое описание формы букв и графических изображений, а конкретное расположение точек на отпечатке рассчитывается в принтере, работает с любым разрешением. Применяются в издательском деле, т.к. приготовленный для них документ может без изменений выведен на любой фотонаборный автомат. Позволяют увеличивать и уменьшать и зображение, напечатать зеркальное и негативное изображение.

Достоинства лазерных принтеров:

• Печать лазерного принтера имеет высокую устойчивость к воздействию внешних негативных факторов(водо и светостойкость) и долговечность
• Высокая производительность, высокая интенсивность печати экономит время и деньги, это идеальный офисный принтер
• Низкое соотношение шум\скорость, т.е. документы печатаются тихо и без лишних проблем.
• Картриджа хватает на 2000-2500 тысячи копий
• Самая низкая удельная стоимость печатного листа (измеряется в центах за страницу) достигается низкой удельной стоимостью материалов и комплектующих
• Не предъявляют высоких требований к качеству бумаги, однако неплотная и рыхлая бумага в них часто застревает.

Недостатки лазерных принтеров:

• при печати выделяется озон с характерным запахом, в воздух попадают вредные частицы порошка и с точки зрения техники безопастности это вредно для здоровья человека
• при сжигании распечатанных документов из тонера образуется вредная на организмы двуокись углерода
• высокое электропотребление
• высокая стоимость самого принтера
• большие габариты (по сравнению со струйным)
• некоторые не поддерживают печать из ДОС
• очень большая стоимость цветных лазерных принтеров не дает возможности для простого потребителя получать цветную печать

Цветные лазерные принтеры значительно дороже, т.к. содержит в себе 4 обычных, действующих согласованно. Обеспечивают хорошую разрешающую способность от 600-1600 точек на дюйм, насыщенные яркие краски и приемлемую цветопередачу.

Модели

Назовем основные фирмы-производители лазерных принтеров

1. Hewlett Packard семейство Laser Jet — 5L или 5P (4-5 стр./мин.); HP Laser Jet 6Lse (6 стр./мин.); HP Laser Jet 6Pse (8 стр./мин); HPLaserJet 1000w; HPLaserJet1100; HPLaserJet 1200 cетевой HP Laser Jet 5Si (16 стр./мин.), HP Laser Jet 2100(8 стр./мин.), cетевой HP Laser Jet 4050(16 стр./мин.), Офисные принтеры: HP LaserJet 4050, HP LaserJet 4350DTN
2. Xerox — DocumPrint P8e (8 стр./мин, ресурс картриджа 5000 страниц, затраты на 100 листов – 1,98$) cетевой Xerox 4520 (16 стр./мин.) ; Xerox Phaser 3110; Xerox Phaser 770 DN
3. Canon LBP- 2900/3000/3200, Canon i-Sensys LBP6000,
4. Brother HL-1230/1240/1440
5. Epson EPL- 5700/ 5900L
6. Lexmark Optra E312; Lexmark E210 ; Lexmark E322; Lexmark T520/ T620
7. Samsung ML-1210
8. Kyocera

На базе лазерных принтеров созданы многофункциональные печатающие устройства (МФУ) , включающие в себя принтер/сканер/копир может включаться факс и модем.

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.

Изобретение принтера, вне всякого сомнения, один из самых великих научных переворотов в истории печати после появления печатного станка Гутенберга.

Острая необходимость в принтере возникла в 1950-х годах, когда появились электронные вычислительные машины. Вычисления перепечатывались большой командой машинисток, которые день и ночь строчили на пишущих машинках.

Пишущая машинка XIX века.

Для печати использовался так называемый лепестковый механизм: печатные знаки были нанесены на металлические подвижные лапки, похожие на лепестки. Лапка-лепесток с тем или иным знаком прижималась к бумаге через красящую ленту, оставляя оттиск. Поменяв «лепестки», можно было изменить шрифт или алфавит. За минуту машина печатала до 78 тыс. символов, что в сотни раз быстрее скорости самой проворной машинистки.

Первый коммерческий ксерографический аппарат Model A.

Параллельно с игольчатым принципом разрабатывались технологии струйной печати. Научную основу в этом направлении заложил британский физик и нобелевский лауреат Лорд Рэлей, который еще в XIX веке изучал распад струи жидкости и формирование капель.

Разные компании предлагали свои способы печати управляемыми струями чернил. Однако у всех было нечто общее. На дне емкости с чернилами формировалась капля, которая при помощи пьезоэлектрического эффекта или повышения температуры выстреливала на бумагу. Эта технология была доведена до ума лишь к концу 1970-х годов.

Лазерный принцип печати, вопреки распространенному убеждению, появился задолго до матричных и струйных принтеров - в конце 1930-х годов. Он основан на электрографическом методе печати, изобретенном американцем Честером Карлсоном.

Честор Карлсон со своим изобретением.

Этот принцип применялся в первых копировальных аппаратах. А в 1969 году специалисты компании Xerox нашли способ превратить копир в принтер. Таким образом, именно Xerox стоит у истоков лазерной печати, а принтеры Xerox до сих пор пользуются заслуженным спросом как у домашних пользователей, так и у офисных работников.

Современный принтер производства компании Xerox.

Впрочем, твердочернильная технология – это уже отдельная тема.

Перед тем как ответить на вопрос о том, как работает принтер лазерного типа, нужно отметить, что первое изображение, полученное Ч. Карлсоном с применением статичного электричества и сухих чернил, относится к 1938-м году. А вот первый прообраз современного лазерного устройства был создан в середине 50-х годов прошлого столетия. Следует добавить, что принцип работы лазерного принтера основывается на процессе т.н. лазерного сканирования. После того как документ просканирован, происходит наложение и перенос красящего вещества, а также закрепление готового изображения. Подобный принцип лазерной печати позволяет распечатывать текст и графику на обычной бумаге с достаточно высокой скоростью. Узнать более подробно о том, как печатает лазерный принтер, вы можете ниже.

Если говорить о том, что представляет собой устройство лазерного принтера, то нужно сказать, что любая модель подобного устройства состоит из фотобарабана, блока лазера, узла переноса и блока закрепления. Кроме того, в картриджах в зависимости от модели используется магнитный вал или ролик проявки. Бумага подается на печать с помощью специального узла, отвечающего за данное действие.

Чтобы более подробно ответить на вопрос о том, как устроен принтер лазерного типа, необходимо рассказать также о краске (тонер), применяемой в данной оргтехнике. Итак, тонер представляет собой вещество, состоящее из очень маленьких частичек полимера, покрытых красителем, с включением магнетита. Кроме того, в его состав входит т.н. регулятор заряда. В зависимости от производителя, все подобные порошки отличаются такими показателями, как плотность, дисперсность, размер зерен, магинтность и т.п. По этой причине заправлять лазерный принтер любой случайной порошковой краской не стоит, т.к. это ухудшит качество печати.

Оргтехника такого типа, как монохромный принтер/мфу нашел широкое применение для личного пользования, т.е. дома. Его основное достоинство заключается в доступной стоимости, что обусловлено тем, что такие устройства не нуждаются в большом количестве программных ресурсов или памяти. Им нужен лишь контроллер, который позволит осуществлять самую основную функцию, которая заключается в распечатке всевозможных документов. В целом его можно использовать для распечатки обычного текста или каких-нибудь черно-белых диаграмм и схем, где наличие цвета не играет большого значения. Другие достоинства монохромных девайсов лазерного типа заключаются в невысокой стоимости на расходные материалы, выдерживании больших нагрузок и возможности распечатки большого количества страниц. Но подобное устройство принтера не позволяет ему распечатывать цветные фотографии и сложные схемы. Кроме того, такой девайс не обладает высоким качеством печати.

Что касается цветных лазерных принтеров, то их достоинства заключаются в хорошей скорости печати и возможности распечатки цветных схем, изображений и фотографий. Но учтите, что такой печатающий девайс стоит достаточно дорого, что, в свою очередь, существенно сужает его доступность. Другими его минусами являются низкая рентабельность ввиду дороговизны расходных материалов, высокое энергопотребление и недостаточно высокое качество цветных изображений. Т.е. такой девайс не подходит для распечатки профессиональных фотографий.

Но все виды лазерных принтеров, как правило, имеют один и тот же принцип действия. Отличия заключаются лишь в их стоимости и функциональных возможностях и параметрах, к примеру, таком, как разрешение лазерного принтера. Что касается непосредственно процесса печати, то его можно разделить на пять ключевых этапов, описанных далее.

Первый этап: образование заряда фотобарабана (фотовала)

Чтобы ответить на вопрос о том, как устроен лазерный принтер и как он работает, следует сказать, что одним из основных его устройств является печатающий барабан, покрытый специальным полупроводником, который имеет высокую фоточувствительность. Именно на нем на первом этапе и формируется изображение, предназначенное для дальнейшей печати. Для этого данная деталь снабжается зарядом со знаком плюс или минус. Делается это, как правило, с помощью коротрона (коронатора) или заряжающего вала (ролика заряда). Первый является блоком, состоящим из проволоки, вокруг которой имеется металлический каркас, вторым – вал из металла, покрытый поролоном или токопроводящей резиной.

Первый способ придания фотовалу определенного заряда с использованием коронатора заключается в том, что под действием напряжения между каркасом и проволокой (вольфрамовая нить с покрытием из платины/золота/углерода) образуется разряд. После этого формируется электрическое поле, которое, в свою очередь, передает фотобарабану заряд статического типа.

Использование коронатора обладает целым рядом минусов, которые заключаются том, что скопление на его нити частичек краски/пыли или ее изгиб могут привести к резкому снижению качества печати, усилению поля электрического типа в определенном месте и даже повреждению поверхности фотобарабана.

Что касается второго способа, то ролик заряда при соприкосновении с барабаном снабжает его поверхность, отличающуюся высокой фоточувствительностью определенным зарядом. Напряжение на ролике при этом на порядок ниже, что, в свою очередь, решает проблему с появлением озона. Но чтобы осуществить передачу заряда обязательно нужно соприкосновение. Следовательно, детали принтера в таком случае изнашиваются быстрее.

Второй этап: экспонирование

Цель данного этапа заключается в формировании на поверхности фотобарабана с повышенной светочувствительностью невидимого изображения из точек, причем без использования статического заряда. Для этого тонкий луч лазера светит на зеркало четырех- или шестигранной формы, после чего отражается и попадает на т.н. распределяющуюся линзу. Он отправляет его на конкретное место на поверхности барабана. Далее система, состоящая из нескольких линз и зеркал, перемещает лазерный луч вдоль фотовала, в результате чего формируется строка. Т.к. печать осуществляется при помощи точек, то лазер постоянно включается и выключается. Заряд при этом также снимается точечным образом. После того как строка подходит к концу, фотовал начинает поворачиваться с помощью пошагового двигателя и процедура экспонирования продолжается.

Третий этап: проявка

Еще один имеющийся в картридже лазерного принтера вал, является металлической трубкой, внутри которой имеется магнитный сердечник. Магнит, внутри отсека притягивает к поверхности вала тонер и, вращаясь, выносит его наружу. Специальное дозирующее лезвие позволяет регулировать толщину слоя красящего вещества и предотвращать, таким образом, его равномерное распределение.

После этого краска попадает между фотобарабаном и магнитным валом. На участках, прошедших экспонирование тонер начинает притягиваться к поверхности фотовала, а на заряженных – отталкиваться. Красящее вещество, оставшееся на магнитном ролике, как правило, идет дальше и снова проходит через бункер. Что касается тонера, переместившегося на поверхность барабана, то он делает изображение на нем видимым, после чего следует дальше, т.е. к бумаге.

Четвертый этап: перенос

Лист бумаги, который был подан в девайс, проходит под фотовалом. Под бумагой при этом располагается т.н. вал переноса изображения, который способствует тому, чтобы тонер, имеющийся на поверхности барабана, попал на поверхность бумаги. На сердцевину ролика, выполненную из металла, подается заряд со знаком плюс, который через резиновое покрытие переносится на бумагу. Перемещенные на поверхность листа микроскопические частички тонера держатся на нем исключительно за счет статического притяжения. Все оставшиеся на фотобарабане частички порошка, ворсинки бумаги и пыль отправляется с помощью ракеля или вайпера в бункер, специально предназначенный для отходов. Как только фотобарабан завершит весь цикл, ролик заряда/коротрон снова способствует восстановлению на его поверхности заряда и вся работа повторяется снова.

Пятый этап: закрепление

Тонер, используемый в лазерных принтерах обязательно должен обладать способностью плавиться при высоких температурных показателях. Только благодаря этому свойству он может окончательно закрепиться на поверхности бумаги.

Для этого лист протягивается между двумя валами, один из которых прижимает его, а другой – разогревает. Благодаря этому, микроскопические частички красящего вещества как бы вплавляются в структуру страницы. После выхода из печки, порошок достаточно быстро застывает, в результате чего отпечатанная картинка или текст становится достаточно устойчивым.

Следует также добавить, что верхний ролик, который разогревает лист бумаги бывает в виде термопленки или тефлонового вала. При этом второй вариант считается более долговечным и надежным. Однако он является дорогим и используется чаще всего в девайсах, которые должны выдерживать большие нагрузки. Первый вариант является менее надежным, и используют его обычно для принтеров, предназначенных для малых офисов и использования в домашних условиях.

История создания лазерного принтера, как ни странно уходит достаточно далеко вглубь XX века, аж в 1938 год тем самым практически опередив историю создания ЭВМ . Сам лазерный принтер, конечно же, был изобретен намного позже, в 1971 году, а в 1938 году были лишь заложены принципы работы подобных устройств.

И так начнем с самого начала. В 1938 году Честер Карлсон, студент юридического факультета разработал технологию переноса сухих чернил на бумажный носитель при помощи статического электричества – то же самое используется и в современных лазерных принтерах. Причиной, толкнувшей молодого юриста на изобретение нового метода печати изображений, над которым он кстати работал несколько лет, стало плохое качество ксерографических изображений, получаемых в то время при помощи мимеографов – старых копировальных аппаратов. Мимеограф или ротатор был изобретен Томасом Эдисоном и предназначался для создания небольшого количества копий книг и другой печатной продукции. Хотя они и были ноу-хау того времени из-за существенных недостатков (плохого качества копии и дороговизны отпечатка) не получили широкого применения.

Так вот, молодой студент придумал метод, который был назван электрографией. Карлсон пытался найти компанию, которая бы внедрила его идею в жизнь. Он обращался в пресловутую IBM и даже в военное ведомство США, но везде получал отказ. Лишь в 1946 году он нашел компанию, которая нашла в идее молодого изобретателя рациональное зерно и практичность. Этой компанией была Haloid Company, позже переименованная в небезызвестную Xerox.

Первое устройство Xerox, использующее метод электрографии вышло на рынок под названием Model A в 1949 году. Его нельзя было назвать лазерным принтером, это всего лишь был достаточно громоздкий прибор, чтобы добиться копии документа от которого, приходилось проделывать вручную несколько операций. Но все же Model A была первым электронным устройством, использующим метод нанесения сухого тонера на бумагу при помощи электростатики. Десять лет спустя в 1959 году компания выпускает первый ксерограф Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту и работал полностью в автоматическом режиме. По сути Xerox 914 стал прообразом или прародителем всех последующих копиров и лазерных принтеров.

Идею создания именно лазерного принтера с использование лазерного луча, что и положило основу названия подобных устройств, Xerox начала осуществлять с 1969 года. Через два года в 1971 благодаря сотруднику компании Гэри Старкуезеру, который смог дополнить технологию работы существующих копиров лазером, появился первый образец, но в серийное производство он не попал, так и оставшись опытным. Лишь через шесть лет в 1977 году свет увидел первый серийный лазерный принтер Xerox 9700 Electronic Printing System. Хотя он и не был настольным устройством (из-за своих габаритов и цены), обладал очень хорошими характеристиками. Он мог печатать 120 страниц в минуту – до сих пор этот показатель не побит ни одним из современных лазерников.

Первый настольный лазерный принтер был создан в 1982 году другой компанией Canon и носил название LBR-10. На следующий год была представлена еще одна модель Canon LBR-CX. Сама компания не смогла эффективно продвинуть ее на рынок, поэтому обратилась с предложением о сотрудничестве к Hewlett-Packard. Результатом такого союза стали лазерные принтеры HP LaserJet увидевшие свет в 1984 году. Хотя их характеристики по сравнению с Xerox 9700 были весьма скромными (8 страниц в минуту), но благодаря доступной цене и хорошему качеству печати к 1985 году компания Hewlett-Packard завоевала почти весь сегмент рынка настольных лазерных принтеров.

С появлением сменных картриджей с тонером лазерный принтер стал по настоящему доступным печатающим устройством. В 1986 году появилась целая отрасль, занимавшаяся производством и утилизацией картриджей для лазерников.