Устройство и принцип работы лазерного принтера

На сегодняшний день лазерная печать получила широкое распространения. При этом используется она не только на предприятиях любого масштаба, но и во многих домохозяйствах. Однако даже об устройстве и основных принципах работы лазерного принтера, знают далеко не все.

Устройство лазерного принтера

В наше время лазерный принтер работает на основе ксерографии. Этот принцип работы еще называют фотоэлектрическим. Этот вариант позволяет разделить принтер на четыре основных узла:

  • Блок лазера
  • Блок формирования изображения (картридж)
  • Блок термического закрепления

Все лазерные принтеры работают благодаря функционированию этих узлов. Отдельно стоит отметить светодиодное сканирование, которое применяется в некоторых моделях лазерных принтеров. Это сравнительно новый принцип работы, а отличается устройство такого принтера от стандартного только тем, что роль лазеров в нем выполняют светодиоды.

Кроме основных механизмов в принтере функционируют и дополнительные. Так, за подачу бумаги в лазерном устройстве несет ответственность узел доставки бумажного полотна. Механизм этого узла может быть разным. Существует два его варианта:

  • Лоток (кассета)
  • Лоток ручной подачи бумаги

Первый механизм осуществляет подачу бумаги из лотка, который находится внизу принтера, а второй из лотка, находящегося в верхней части принтера. Объединяет эти системы большая схожесть в таких деталях:

  • Присутствие ролика, отвечающего за захват бумаги, а также ролика протяжки бумаги
  • Наличие площадки либо ролика, которые осуществляют тормозные процессы и не позволяют принтеру одновременно захватывать несколько листов.

Принцип лазерной печати включает в себя последовательные этапы заряда , переноса и закрепления изображения на материале (бумаге). Луч лазера , отраженный от зеркала в блоке лазера устройства, создает на всей поверхности фоторецептора положительно заряженное электростатическое изображение. В результате взаимодействия отрицательно заряженного тонера, находящегося на магнитном валу картриджа, с фоторецептором, формируется видимое изображение, которое переносится, но не закрепляется на бумаге с помощью ролика переноса. Далее, путем нагрева и давления, незакрепленное видимое изображение запекается в блоке термического закрепления, тем самым завершая цикл печати.

Рассмотренный процесс лазерной печати и устройство узлов принтера может отличаться у различных производителей. Неизменным остается лишь общий принцип и основные узлы. Теперь рассмотрим более подробно узлы лазерного принтера и происходящие в них процессы.

Блок лазера

Блок лазерного сканирования для формирования необходимого изображения на поверхности фоторецептора и состоит из следующих частей:

  • Лазер (полупроводниковый).
  • Фокусировочная линза, работа которой зависит от «задачи» лазера.
  • Зеркало, которое постоянно вращается благодаря небольшому мотору.
  • Несколько групп формирующих изображение линз.
  • Остальные статичные зеркала.

Блок формирования изображения

Картридж состоит из нескольких основных деталей:

  • Фоторецептор (фотобарабан, фотовал);
  • вал, использующий в своей работе систему предварительного заряда (коронатор, коротрон);
  • вал, построенный на работе мощного магнита (магнитный вал).
  • Тонер

Фоторецептор

Большинство этапов ксерографического процесса осуществляется с помощью фоторецептора, который является основным узлом копировального аппарата. На этапе зарядки поверхность фоторецептора заряжается. Процесс зарядки протекает в темноте, и фоторецептор удерживает полученный заряд. Во время экспонирования с тех участков фоторецептора, которые подверглись воздействию света, заряд стекает на массу, так как в этом случае фоторецептор работает как проводник. Фоторецептор состоит из двух основных частей - подложки, изготовленной из материала, хорошо проводящего электроток, и фотопроводящего слоя.

В настоящее время используются два основных типа фоторецепторов:

  • цилиндрические фоторецепторы,
  • ленточные фоторецепторы.

Цилиндрические фоторецепторы представляют собой полые алюминиевые цилиндры, на внешнюю поверхность которых нанесен фотопроводящий слой. Они используются в аппаратах малой и средней производительности и имеют сравнительно небольшие габариты, их легко снимать и заменять.

Ленточные фоторецепторы представляют собой проводящую подложку в виде гибкой широкой ленты, на внешнюю сторону которой нанесен фотопроводящий слой. Обычно они используются в аппаратах большой производительности, так как на них можно практически мгновенно полностью спроецировать изображение оригинала, что значительно повышает скорость работы аппаратов. Такие фоторецепторы значительно больше по размеру, чем цилиндрические.

Магнитный вал

Магнитный вал – это цилиндр, внутри которого находится магнит постоянного действия. Этот магнит является стержнем вала, его основой. Сверху цилиндр покрывается тонким слоем проводящего электричество покрытия. Тонер в бункере принтера по своим физическим свойствам построен так, чтобы притягиваться к достаточно мощному магниту, который является основой магнитного вала. Для большей эффективности этого притягивания тонеру дается дополнительный заряд, величину которого можно корректировать посредством настраивания принтера. Плотность печати зависит как раз таки от показателя этого заряда. После этого тонер имеет свойство притягиваться к нейтрально заряженным частям фотоцилиндра, накладываясь на запрограммированное лазером изображение. В результате изображение можно назвать сформировавшимся.

Из-за такой работы всей системы картриджей в частности, и принтера в целом, возникли два разных механизма создания необходимого изображения. Первый из них является наиболее распространенным, и в нем тонеру придают положительный заряд для работы. Он используется в устройстве самых популярных марок принтеров: HP, Xerox. Но некоторые производители (Epson, Kyocera) большую практичность увидели в использовании тонера с отрицательным зарядом. В этом случае, для того, чтобы происходил сам процесс печати, фотоцилиндр обязан быть заряжен положительно, чтобы отрицательно заряженный тонер притягивался к нему. Разница в этих двух типах печати видна только на выходе изображения. В первом случае оно передано более тонко и детально, а во втором, цвет и заливка остаются намного более плотными и насыщенными. Так, принтеры с положительным зарядом тонера используются для печати текста и точных чертежей, в то время как принтеры с отрицательным зарядом тонера более эффективно печатают насыщенные изображения, картинки и скетчи.

Последний этап создания изображения на бумаге осуществляется благодаря ролику переноса заряда. Этот ролик взаимодействует с бумагой, придавая ей (в зависимости от типа принтера) положительный или отрицательный заряд. После взаимодействия с фотоцилиндром, тонер притягивается к противоположному значению заряда и переносит изображение на бумагу. Механизм нейтрализации заряда после завершения этого процесса убирает с бумаги заряд, и тем самым позволяет тонеру перестать «липнуть» к бумаге, чем гарантирует высокое качество изображения.

Тонер

Структура и химический состав тонеров, применяемых в современных копировальных аппаратах и лазерных принтерах, довольно сложны. Рассмотрим упрощенную структуру частицы «типичного» тонера.

  • Основой тонера является полимер. Он связывает в единое целое все прочие составляющие и задает базовые характеристики по способности частиц тонера приобретать заряд и закрепляться на бумаге. В настоящее время широко применяются два основных типа полимеров – стирен-акриловый сополимер и полиэстер.
  • Для того чтобы тонер имел возможность приобретать заряд нужного знака (положительный или отрицательный) и в нужном количестве, в полимерную основу внедряется добавка, регулирующая заряд (CCA – Charge Control Agent). Типичные CCA, используемые в настоящее время для отрицательного заряда тонера, это азокрасители и органические кислоты. Типичные CCA для положительного заряда – четвертичные соли и нигрозиновые красители.
  • Магнитные свойства тонера обеспечиваются присутствием в его составе магнетита (окиси железа). Его наличие обязательно для тонеров, используемых в однокомпонентной магнитной системе проявки, т.к. магнитная составляющая силы, действующей на частицы тонера, необходима, для правильной работы системы. Для тонеров, используемых в однокомпонентной немагнитной системе проявки, наличие магнетита не является обязательным, но иногда он может присутствовать в качестве добавки, управляющей «пыльностью» тонера. Дополнительной функцией магнетита в составе тонера может являться распознавание напечатанных кодов магнитными считывателями информации – т.н. система MICR (Magnetic Ink Character Recognition). Эта система довольно широко применяется в банковском деле за рубежом, но в нашей стране не сильно распространена. В целях улучшения стабильности работы считывающих устройств, тонеры MICR, как правило, имеют в своем составе повышенное содержание оксида железа по отношению к «обычным» магнитным тонерам.
  • Используемые для тонеров полимеры бесцветны. Цвет тонера обеспечивается различными пигментами. В качестве пигмента для черных магнитных тонеров может быть использован упомянутый выше магнетит. Для немагнитных черных тонеров часто используется Carbon Black или, проще говоря, сажа. В цветных тонерах используются красители соответствующего цвета.
  • Модификаторы используются для придания тонеру требуемых свойств по термическому закреплению – температуры размягчения, адгезии к валам блока закрепления, глянца закрепленного изображения. В их качестве могут использоваться воск, полипропилен, полиэтилен и др.
  • Поверхностные добавки обеспечивают требуемые характеристики тонера по трению частиц между собой и о другие компоненты машины, т.е. с их помощью регулируются «текучесть» тонера, значение трибоэлектрического заряда, смазывающие свойства и способность к очистке. В качестве поверхностных добавок могут использоваться аморфный диоксид кремния (silica), полимеры и др.

Классификация тонеров

Теперь, имея представление об «анатомии» тонера можно приступить к их классификации. Предлагаемая нами система не претендует на стопроцентную полноту, но даже она достаточно широка.

Первый и очевидный признак, по которому можно разделить тонеры, это их цвет, который определяется цветом пигмента-красителя.

Для монохромных машин обычно требуется тонер только черного цвета, для поноцветных, дополнительно к черному, необходимы тонеры трех основных цветов субстрактивного цветового синтеза (Cyan, Magenta, Yellow). Встречаются монохромные машины с возможностью выделения фрагментов изображения дополнительным цветом или печати всего изображения цветом, отличным от черного. Для этих машин производятся тонеры самых различных цветов – красного, синего, зеленого, коричневого и т.д.

Второй классифицирующий признак тонеров, это их магнитные свойства. Тонеры бывают магнитными и немагнитными.

Магнитные тонеры содержат в своем составе магнетит (оксид железа) и иногда называются «двухкомпонентными» тонерами, поскольку они являются одновременно и тонером и «носителем», т.е. готовым «проявителем» (девелопером). Тонеры этого типа используются в однокомпонентной магнитной системе проявки, применяемой в монохромных лазерных принтерах и МФУ HP/Canon, аналоговых копирах Canon, принтерах Kyocera и др.

Узел фиксации изображения

Чтобы весь вышеприведенный механизм работы принтера имел смысл, изображение необходимо зафиксировать на бумаге, иначе оно будет очень недолговечным. За этот процесс всецело отвечает так называемая «печка» - узел фиксации изображения. Если постараться объяснить механизм его работы максимально просто, то его можно представить, как устройство, вдавливающее в структуру бумажного листа сильно нагретый тонер. Изображение становится четким, а воздействие на него извне не приведет к разрушению картинки.

Хоть в основе один и тот же механизм, но устройство узла фиксации изображения может быть разным. Тут все зависит от политики, которую в этом отношении проводит производитель печатного устройства. Все же большинство из них используют термопленку, которая, от взаимодействия с соответствующим элементом, сильно нагревается. Потом эта пленка прижимается к бумаге, и температура бумаги возрастает до 200 ˚C. Тонер приобретает жидкий вид и буквально вплавляется в структуру бумаги, гарантируя долговечность изображения. Работу по отделению бумаги от термопленки выполняет устройство отделителя бумаги.

Таким образом, вследствие функционирования всех вышеперечисленных компонентов и процессов, на листе и формируется лазерный отпечаток.

Читать также

26.06.2017

Закупка расходных материалов – процесс, который частично формирует бюджет абсолютно любого предприятия. В управлении компании очень важно владеть актуальной информацией о существующих видах того или иного расходника, чтобы подобрать оптимальный вариант для закупки...

03.09.2017

Закупка оборудования для любой фирмы, предприятия, и даже завода не обходится без приобретения лазерных принтеров. Вещь это в современных реалиях действительно необходимая, но обслуживание ее – достаточно затратная с финансовой точки зрения процедура...