Лазерный принтер — один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обычной (офисной) бумаге. Подобно фотокопировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственной экспозиции (освещения) лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.
Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения наиболее высокое.
История В 1938 году студент юридического факультета Честер Карлсон получил первое ксерографическое изображение, технология создания которого заключалась в использовании статического электричества при переносе тонера (сухих чернил) на бумагу, подобное стало результатом многолетней работы, чтобы перейти от использования существующих мимеографов и избавиться от дороговизны получаемых отпечатков. Однако лишь спустя восемь лет, получив отказ от IBM и от войск связи США, в 1946 году Карлсону удалось найти компанию, которая согласилась производить придуманные им электростатические копиры. Этой компанией была Haloid Company, которая позднее была переименована в Xerox Corporation.
На рынок первое устройство Xerox поступило в 1949 году под названием Model A. Данное громоздкое и сложное устройство требовало ряда ручных операций, чтобы сделать копию документа. И лишь десять лет спустя был коммерциализирован полностью автоматический ксерограф — Xerox 914, который был способен выдавать 7 копий в минуту. Эта модель и стала прообразом всех копиров и лазерных принтеров, появившихся впоследствии.
Над созданием лазерных принтеров Xerox начала работать в 1969 году. Успеха добился в 1977 году сотрудник компании , который смог добавить к технологии работы существующих копиров Xerox лазерный луч, создав таким образом первый лазерный принтер. Полнодуплексный Xerox 9700журнал UP Special 7-8/2012, стр. 90—91 мог печатать 120 страниц в минуту (он, кстати, до сих пор остаётся быстрейшим лазерным принтером в мире). Однако размеры устройства были просто огромны, а цена 350 тысяч долларов (без поправки на тогдашний курс) никак не укладывалась в идею «принтер в каждый дом».
В начале 1980-х годов спрос на устройства, превосходящие существующие матричные принтеры по качеству печати, достиг критической отметки. В 1979 году предложение последовало от компании Canon, представившей первый настольный лазерный принтер LBP-10журнал ComputerBild 11/2013, стр. 34. На следующий год компания в частном порядке продемонстрировала новую модель LBP-CX калифорнийским Apple, и HP.
На тот момент Canon требовались сильные партнёры по маркетингу своей продукции на новом для компании рынке, поскольку компания имела крепкие позиции в области камер и решений для офиса (тех же копиров), однако не имела связей, необходимых для эффективных продаж на рынке устройств обработки данных. Сначала Canon обратилась к Diablo Systems, подразделению Xerox Corporation. Это было очевидно и логично, поскольку Diablo владела большей частью рынка лепестковых принтеров, а её маркетологи высказывали желание поместить логотип Diablo и на продукцию других производителей. Таким образом Xerox стала первой компанией, которой было предложено выводить на рынок систему CX с контроллером Canon.
Однако Xerox отклонила это предложение, поскольку вместе с японской Fuji-Xerox сама занималась разработками устройства, которое планировалось сделать лучшим настольным лазерным принтером на рынке. Но, хотя новая модель 4045 сочетала в себе копир и лазерный принтер, она весила около 50 килограммов, стоила вдвое больше CX, не имела заменяемого картриджа с тонером и обеспечивала не самое лучшее качество печати. Впоследствии бывшие маркетологи Diablo признавались, что упускать предложение Canon было довольно-таки большой ошибкой, а вышедший несколько позднее принтер HP LaserJet мог бы быть Xerox LaserJet.
В любом случае, после того как Diablo отклонила предложение Canon во Фремонте, представители последней, проехав несколько миль, навестили офисы HP в Пало Альто и Apple Computer в Купертино. Hewlett-Packard была вторым логически оправданным выбором, поскольку тесно сотрудничала с Diablo и имела достаточно широкие линейки матричных и лепестковых принтеров.
Результатом сотрудничества Canon и HP стал выпуск в 1984 году принтеров HP LaserJet (на базе движка Canon CX), способных печатать 8 страниц в минуту. Их продажи весьма быстро росли и привели к тому, что к 1985 году Hewlett-Packard завладела почти всем рынком настольных лазерных принтеров. Надо учесть, что, как и в случае со струйными принтерами, новые устройства стали по-настоящему доступны лишь после разработки для них заменяемых картриджей с тонером (в данном случае разработчиком была Hewlett-Packard).
При этом вопросы удешевления новых и переработки использованных картриджей, количество которых стало намекать на проблемы с экологией, породили целую отрасль перерабатывающей промышленности, датой рождения которой можно считать 1986 год.
Принцип действия
Существует три способа переноса тонеров и, соответственно, три вида самих тонеров: двухкомпонентный с однокомпонентным тонером и отдельным девелопером (металлический порошок, частицы которого покрыты пластиком для уменьшения износа светочувствительного барабана и замедления коррозии). Красящие частицы тонера, предназначенные для переноса на фотобарабан, не могут самостоятельно удерживаться на магнитном валу блока проявки, но прилипают к частицам специального магнитного порошка-носителя (девелопера), при нахождении на магнитном вале представляющего собой подобие кисти. Тонер захватывается девелопером, заряжается из-за взаимного трения, прилипает к его частицам и переносится на фотобарабан. Девелопер в данной системе со временем хоть и не расходуется так же сильно, как тонер, но постепенно теряет свои свойства по переносу тонера и тоже подлежит замене по истечении определённого числа напечатанных страниц. двухкомпонентный, где тонер и девелопер (как правило, порошок оксида железа) смешаны заранее и помещены в заменяемый картридж (3906, 7115, 2612, 2613). Как правило, система печати HP/Canon; однокомпонентный тонер (например, в современных принтерах Canon и HP) — тонер без девелопера, красящие частицы которого сами по себе обладают магнитными свойствами. Система присуща японским производителям. В аппаратах Panasonic, Ricoh, Konica-Minolta, Xerox, Samsung, Kyocera, Brother используется немагнитный тонер с непосредственной электростатической системой нанесения.
В двухкомпонентной системе с раздельным девелопером последний остаётся на магнитном валу блока проявки и продолжает служить дальше (тонер, естественно, расходуется). В технических описаниях многих аппаратов производители заявляют, что девелопер вообще не требует замены или восполнения, однако на практике его рабочие характеристики со временем ухудшаются, что сказывается на качестве копий.
Тонер в основном представляет собой мелкодисперсную смесь сажи и полимера, которая плавится в системе закрепления изображения при температуре 200 градусов. Тонер засыпан в тонер-картридж, и, благодаря активатору, который располагается над магнитным валом, равномерно по нему распределяется.
Для построения изображения в лазерных принтерах используется фотометод: лазерный луч (или луч светодиода) попадает на фотовал, который предварительно заряжен без доступа света коротроном заряда. Коротрон заряда находится над фотовалом и выполнен в виде натянутой параллельно фотовалу проволоки или в виде резинового ролика (контактный заряд), который соприкасается с фотовалом. К коротрону заряда подведено постоянное высокое напряжение, которое наэлектризовывает поверхность фотовала за счёт ударной ионизации воздуха, возникающей вследствие коронного разряда высокого напряжения.
Устройство
Печатающий механизм Блок Закрепления (Fuser Unit) — служит для закрепления изображения на бумаге. Драм-юнит (drum-unit, блок фотобарабана) — основной узел каждого копировального аппарата. Служит для переноса изображения на бумагу. Имеет в своём составе фотобарабан, ракельный нож, бункер для отработанного тонера. Фотобарабан (Фотовал, фоторецептор) — алюминиевый цилиндр, покрытый светочувствительным материалом, способным менять своё электрическое сопротивление при освещении. В некоторых системах вместо фотоцилиндра использовался фоторемень — эластичная закольцованная полоса с фотослоем. Магнитный вал — вал в картридже, используемый для переноса тонера из бункера на фотобарабан (либо ролик проявки в аппаратах Xerox/Samsung, где используется немагнитный тонер.) Ракельный нож (лезвие очистки) Бункер отработанного тонера Блок лазера (laser beam unit) (либо светодиодная линейка в светодиодных принтерах) Коротрон (коронатор, ролик заряда, Corona Wire) Лента переноса (transfer belt) — лента в цветных лазерных принтерах, на которую наносится промежуточное изображение с барабанов 4 цветных картриджей, которое затем переносится на конечный носитель — бумагу. Блок проявки (developing unit) служит для переноса тонера на электростатическое изображение, образованное на поверхности фотопроводящего барабана.
Расходные материалы
Тонер — порошок для нанесения изображения.
Носитель (анг. Carrier) — ферромагнитный порошок (по структуре представляет собой мелкие частицы), используемый в двухкомпонентных машинах для удерживания тонера на поверхности магнитного вала за счёт электростатических сил (при перемешивании с тонером заряжает его статическим потенциалом при взаимном трении), а с неё, под воздействием разряда на коротроне, на поверхность фотобарабана, причём сам девелопер в силу своих магнитных свойств остаётся на магнитном валу и почти не расходуется (однако теряет со временем свои свойства и тоже требует замены)«С чем едят» девелопер? // startcopy.ru.
Девелопер (анг. Developer) (изредка называется стартером) — смесь материалов, подаваемая к фотобарабану. В двухкомпонентных машинах это смесь тонера и носителя, а в однокомпонентных машинах — только тонер. Термин аналогичен применяемому в фотографии термину проявитель, но обычно в русскоязычной литературе не переводится.
Процесс печати
Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов:
Зарядка фотовала Зарядка фотовала — нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана (1). Наиболее часто применяемый материал фотобарабана — фотоорганика — требует использования отрицательного заряда, однако есть материалы (например, кремний), позволяющие использовать положительный заряд.
Изначально зарядка производилась с помощью коротрона () — натянутого провода, на который подаётся напряжение относительно фотобарабана. Между проводом и фотобарабаном обычно помещается металлическая сетка, служащая для выравнивания электрического поля.
Позже стали применять зарядку с помощью зарядного валика () (2). Такая система позволила уменьшить напряжение и снизить проблему выделения озона в коронном разряде (преобразование молекул O2 в O3 под действием высокого напряжения), однако влечёт проблему прямого механического контакта и износа частей, а также чистки от загрязнений.
Лазерная засветка Лазерная засветка (засвечивание) — процесс прохождения лазерного луча по отрицательно заряженной поверхности фотовала. Луч лазера (3) отклоняется вращающимся зеркалом (4) и, проходя через распределительную линзу (5), фокусируется на фотовалу (1). Лазер активизируется только в тех местах, на которые с магнитного вала (7) в дальнейшем должен будет попасть тонер. Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и часть заряда на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде «рисунка» из участков с менее отрицательным зарядом, чем общий фон.
Наложение тонера