История создания
Метод переноса сухой краски на бумагу был запатентован в 1938 году Честером Карлсоном, изобретателем и физиком из США. Метод основан на использовании статической электрической энергии. Технология была принята Xerox 10 лет спустя. Еще 10 лет потребовалось, чтобы усовершенствовать метод электрографического переноса и изобрести устройство, способное автоматически отображать информацию на бумаге. Поначалу машина была громоздкой, и некоторые операции приходилось выполнять вручную. Только в 50-х годах был создан полностью автоматизированный механизм, являющийся прообразом современной лазерной техники для печати.
Лазерный луч был добавлен в конструкцию принтера компанией Xerox в 1969 году, а первый принтер поступил в продажу в 1977 году. Это была модель Xerox 9700. Купить инновационное устройство могли только крупные компании и офисы, так как цена превышала 300 тыс. ДОЛЛАР США. Скорость первой печатной техники составляла 120 страниц в минуту, она могла выполнять двустороннюю печать. Для обычных частных пользователей принтеры стали доступны спустя 5 лет. Их делал Canon. При этом количество производителей и новых моделей полиграфического оборудования с каждым годом стремительно увеличивалось.
Устройство лазерного принтера
Лазерный принтер — это принтер, который наносит тонер на носитель с помощью фотоэлектрической ксерографии.
Разные модели могут иметь незначительные отличия, но основные рабочие элементы будут одинаковыми.
- Сканирующий механизм. Он состоит из вращающихся линз и зеркал. При правильном их расположении на поверхности фотопроводника формируется необходимое изображение, которое наносится лазером. Так как изображение красителем не наносится, а меняется только заряд частиц на поверхности вала, то его не видно. За работу сканера отвечает контроллер растрового процессора.
- Блок для передачи изображений на носитель. Он включает в себя картридж и ролик переноса заряда. Кассета состоит из фотовала, зарядного вала и магнитного вала. Именно на поверхности фотовала картриджа происходит изменение заряда под действием лазера. Ролик переноса с помощью нейтрализатора снимает статический заряд с бумаги, поступающей в принтер. Это необходимо для предотвращения прилипания листа к барабану.
- Узел окончательной фиксации изображения на носителе. После переноса тонера на лист он проходит через печь, где «запекается» под воздействием высокой температуры. Частицы, входящие в состав тонера, легко плавятся и надежно фиксируют оттиск на бумаге, благодаря чему нанесенный рисунок не стирается и хорошо сохраняется на долгое время.
- Интерфейсный блок. Отвечает за обмен информацией и взаимодействие между разными узлами в принтере.
- В принтерах Xerox, Canon, HP используется положительно заряженный тонер. Поэтому нанесение изображения лазером происходит с отрицательным зарядом, который притягивает порошок к поверхности барабана. Эта технология позволяет максимально прорисовывать изображение на носителе.
- Другой принцип работы лазерных принтеров фирм Brother, Kyocera, Epson, так как их тонер имеет отрицательный заряд. Лазер изменяет заряд не участков, на которые должно быть нанесено изображение, а, наоборот, промежутков между трассируемыми элементами. Этот метод равномерно распределяет тонер по поверхности листа.
Устройство картриджа
Простой картридж состоит из цветного ящика, контейнера для отходов и фотовала. Барабан-картридж включает в себя фотоэлемент и тонер.
Тонер представляет собой мелкий черный порошок. Красильщик использует фиолетовый, желтый и синий красители. Порошок состоит из полимерных частиц, покрытых красителем, содержащим магненит и регулятор заряда. Порошки разных производителей отличаются по зернистости, намагниченности и дисперсности, поэтому заправлять картридж нужно только тем тонером, который предназначен для конкретной модели.
Внешний вид картриджа в разных моделях может быть разным, но все они состоят из следующих элементов:
- Отсек для тонера, в котором он хранится.
- Магнитный вал. Через него порошок из контейнера подается на фотоэлемент.
- Лист дозировки. Отвечает за толщину слоя тонера, попадающего на поверхность фототрубки.
- Рэйчел. После переноса чернил с фоторолика на бумагу ракель очищает поверхность рулона от остатков порошка.
- Зарядный ролик. Заряжает поверхность фотопроводника.
- Комната для тренировок. В него попадает отработанный тонер.
Некоторые картриджи имеют встроенный микрочип, который собирает информацию о количестве напечатанных страниц. При необходимости его можно заменить.
В процессе эксплуатации могут изнашиваться и другие детали кассеты, считающиеся расходным материалом. Сами картриджи можно многократно заправлять и использовать до полного стирания шестеренок или корпусных деталей.
Как работает лазерный принтер: принцип печати
Заряд фотобарабана
На поверхность фототрубки наносится чувствительный слой зеленого или синего цвета. В одних моделях заряд, переданный фотопроводнику, будет положительным, в других — отрицательным.
Зарядка происходит двумя способами.
- На специальную вольфрамовую нить с углеродным покрытием и частицами золота/платины подается высокое напряжение, которое создает магнитное поле. Во время лазерной печати нить часто загрязняется, что снижает качество печатаемого изображения.
- Вместо вольфрамовой нити используется зарядный ролик. Внешне выглядит как металлический цилиндр, покрытый токопроводящим веществом (спецрезина, поролон). Когда фотопроводник касается ролика, передается заряд. Рулон не так быстро загрязняется, как нить, но срок его службы намного меньше.
Создание изображения (экспонирование)
Во время экспонирования на блоке фотобарабана формируется невидимое изображение, которое является точной копией изображения, отправленного пользователем на печать. В зависимости от модели принтера рисунок будет формироваться на участках с отрицательным или положительным зарядом. Заряд заменяется лазерным лучом, который сначала попадает на зеркало, а затем на линзу.
Первая линия формируется при включении/выключении лазера. Затем барабан вращается и наносится новая часть изображения. Это занимает доли секунды. Остатки тонера срезаются ракелем и выбрасываются в отсек для отходов.
Проявка
На данном этапе схемы работы принтера основным элементом является магнитный валик. Он выглядит как полый металлический цилиндр, внутри которого находится магнитопровод. Магнитный рулон плотно прилегает к рулону фото и коробке с тонером. Когда вал вращается, магнитный сердечник внутри притягивает тонер к поверхности вала и одновременно наносится на фотоэлемент. В местах, где заряды красителя и поверхности не совпадают, происходит «слипание» частиц тонера.
Перенос на бумагу
Ролик переноса участвует в шаге. Металлическая основа может изменять заряд и передавать его на бумажный лист. Принцип переноса тонера с фотопроводника на бумагу такой же, как и с магнитного валика. Чернила удерживаются на поверхности статическим электричеством; без него он бы рассыпался по всей странице.
Закрепление изображения
В составе тонера есть компоненты, которые плавятся при воздействии высоких температур. Для закрепления рисунка на бумаге лист проходит через печь внутри машины. Он состоит из двух валов, верхний из которых содержит нагревательный элемент, а нижний действует как пресс, продавливающий бумагу для более надежной фиксации.
Термопара в печи нагревается до 200°С и запекает краситель.
В дешевых принтерах используется термопленка, а в более дорогих — тефлон и лампы. Преимуществом таких моделей является повышенный срок службы механизма фиксации тонера.
Как работает цветной принтер
Цветные аппараты имеют 4 картриджа с черным, голубым, пурпурным и желтым тонером. В дорогих агрегатах количество контейнеров может быть больше.
Принцип печати цветного принтера существенно не отличается от работы монохромного принтера. Разница лишь в том, что нанесение красителя для получения цветного изображения производится отдельно каждым картриджем. По количеству проходов бывают одноходовые и многоходовые.
В многоходовых поставляется специальный вал или лента. Один виток фотопроводника дает один цвет. Количество оборотов равно количеству используемых цветов, из-за этого увеличивается общее время нанесения изображения на бумагу. В однопроходном устройстве изображение рисуется всеми цветами одновременно. Для этого каждый картридж комплектуется собственной лазерной системой и переносным валиком. Такой принтер печатает быстрее, чем многопроходный, но стоит дороже.
Цветной лазерный принтер имеет свои преимущества и недостатки. По сравнению со струйным принтером он печатает быстрее, но качество получаемого изображения будет несколько ниже из-за того, что сухой цвет хуже передает тона. Для печати графиков и диаграмм такой цветопередачи достаточно, поэтому цветные принтеры покупают в основном для офисов. Для дома его приобретают реже из-за дороговизны как самого устройства, так и обслуживания.
Кратко о достоинствах
- Высокая скорость печати.
- Низкая цена за отпечатанный лист.
- Долгая жизнь при правильном уходе.
- Высокое качество получаемого изображения.
- Простое управление.
Популярные представители
- Ксерокс Фазер 3020BI. Черно-белое устройство для дома и небольшого офиса. Практичная и простая в уходе модель. Картридж можно легко заменить самостоятельно. Имеется встроенный беспроводной модуль, позволяющий подключаться к принтеру через Wi-Fi. Скорость печати страницы текста составляет 20 листов в минуту, изображения печатаются в 3 раза дольше. Даже очень мелкий шрифт читается. Недостатки — выдерживает только небольшие нагрузки, долго греется, ресурс картриджа небольшой.
- Kyocera FS-9530DN. Высокоскоростное монохромное устройство для среднего и крупного бизнеса. Имеет несколько вариантов подачи бумаги с помощью кассет разного размера. Разработчики предусмотрели возможность установки дополнительного устройства для прошивки буклетов и автоматического перфоратора. Тонер хранится не в картридже, а в специальном контейнере. Одного заряда хватает для печати 40 000 страниц формата А4 в обычном режиме и 100 000 страниц формата А4 в экономичном режиме.
- Canon i-SENSYS LBP621Cw. Цветной принтер для дома и небольшого офиса. Есть модуль для беспроводного подключения, доступна прямая и облачная печать. Принтер быстро нагревается и имеет лоток на 250 листов. Никакой двусторонней печати и дорогих заправок.
- Ксерокс Фазер. Компактный цветной светодиодный принтер. У него качественная б/у печать, но цена оригинальных расходных материалов может быть выше цены самого принтера. Он просто подключается, но печатает довольно медленно.
- HP Color LaserJet Professional CP5225 (CE710A). Цветной широкоформатный принтер для средних и крупных компаний. По умолчанию он подключается только через USB-кабель, но при желании можно установить модуль беспроводной печати. Разумная, низкая стоимость страницы, но двусторонняя печать невозможна.