Лазерний друк — це електростатичний цифровий процес друку. Він дозволяє отримувати високоякісний текст та графіку (а також фотографія середньої якості), багаторазово пропускаючи лазерний промінь уздовж і поперек негативно зарядженого циліндра, званого «барабан», для створення різнозарядного зображення.
Барабан вибірково притягує електрично заряджений порошковий тонер, а зображення переноситься на папір (для лазерного друку зазвичай використовують спеціальний папір), який потім нагрівається для постійного закріплення тексту та графіки. Як і цифрові копіювальний апарат, лазерні принтери використовують ксерографія. Лазерний друк відрізняється від аналогових копіювальних апаратів тим, що в останніх зображення формується шляхом відбиття світло від наявного документа на фотопровідний барабан.Роберт Х. Клейн. Electrophotography and Laser Printing, 1990.
Лазерний принтер був винайдений у 1970-х роках у Xerox PARC. Пізніше лазерні принтери випускалися для офісного та домашнього використання компаніями IBM, Canon, Xerox, Apple, Hewlett-Packard та іншими. Протягом десятиліть підвищувалися якість і швидкість друку, а ціни знижувалися, і те, що колись було новинкою, стало повсюдним.History of Xerox PARC, Xerox Archives.
Історія
У 1960-х роках Xerox мала домінантну позицію на ринку копіювальний апарат. У 1969 році Гері Старквезер (Gary Starkweather), який працював у відділі розробки продукції Xerox, запропонував ідею використовувати лазерний промінь для «малювання» зображення, яке копіюється, прямо на барабан копіювального апарата.IBM Archives, 1960s.
Після переходу до недавно створеного Xerox PARC у 1971 році Старквезер адаптував копір Xerox 7000 для створення SLOT (Scanned Laser Output Terminal). У 1972 році він працював з Батлером Лампсоном та Рональдом Райдером над додаванням системи керування та генератора символів, що призвело до створення принтера EARS (Ethernet, Alto Research character generator, Scanned laser output terminal) — який пізніше став Xerox 9700.Gary Starkweather Biography, IEEE.
У 1976 році вийшов перший комерційний лазерний принтер IBM 3800 для дата-центрів, що замінив лінійні принтери, підключені до мейнфрейм. Він друкував на безперервному папері зі швидкістю до 215 сторінок на хвилину та роздільною здатністю 240 dpi. Було продано понад 8000 таких пристроїв.
У 1977 році на ринок вийшов Xerox 9700, який орієнтувався на друк важливих документів на аркушевий папір. Надихнувшись його успіхом, компанія Canon у 1979 році випустила недорогий настільний лазерний принтер Canon LBP-10, а пізніше — покращений принтер Canon LBP-CX. Canon шукала партнерів у Кремнієва долина: Diablo Data Systems, HP та Apple.Xerox 9700 Technical Manual, 1977.
У 1981 році на ринок надійшов перший персональний комп'ютер для офісного використання Xerox Star 8010 із робочим столом як метафорою для користувача. Хоча система була інноваційною, її висока ціна (17 000 $) робила її доступною лише для обмеженого числа компаній.
У 1984 році HP LaserJet випустила перший масовий лазерний принтер із двигуном Canon CX. Його швидко наслідували Brother, IBM та інші компанії. Пізніше Apple LaserWriter використовував PostScript — мову опису сторінок, що дозволяла незалежно від принтера використовувати текст, шрифти, графіку та кольори. Ця комбінація стала основою настільна видавнича справа.
Лазерний принтери забезпечили швидкий друк високоякісного тексту різними шрифтами, що не було доступно жодним іншим принтерам того часу.IBM 3800 Printer, IBM Archives.
Процес друку
Процес лазерного друку складається з кількох етапів.
1. Растеризація зображення Документ кодується PostScript-ом, PCL або OpenXPS. Растеризація перетворює його на растрове зображення (bitmap), яке зберігається у пам'яті принтера. Кожен рядок точок на сторінці називається растром або скан-рядком. На відміну від інших технологій, лазерний принтер обробляє всю сторінку без паузи. Оперативна пам'ять потрібна для зберігання всього растрового зображення, і її обсяг зростає пропорційно квадрату dpi.Canon LBP-10 Release, Canon Archives.
2. Зарядка На фотобарабан (фотопровідник) наноситься негативний заряд за допомогою коронний дріта або первинного зарядного ролика. Це забезпечує рівномірний потенціал на поверхні барабана.HP LaserJet History, HP.
3. Освітлення Лазерний промінь сканує поверхню барабана, нейтралізуючи заряд у місцях, де повинно бути зображення. На барабані залишається негативне статичне зображення.
4. Проявлення На проявний ролик наноситься тонер. Частинки тонера, заряджені негативно, притягуються до місць на барабані, які не були нейтралізовані лазером.
5. Перенесення Папір підкочується до барабана, і тонер переноситься на його поверхню. Іноді використовується додатковий позитивно заряджений ролик для покращення перенесення.
6. Закріплення Папір проходить через ф'юзерні ролики під високою температурою та тиском, що дозволяє тонеру плавитися та прилипати до паперу.
7. Очищення та перезарядка Після завершення оберту барабан очищується від залишків тонера спеціальним пластиковим лезом, і зарядний ролик знову надає йому негативний заряд.
8. Безперервний друк Всі етапи можуть виконуватися послідовно дуже швидко, дозволяючи компактному лазерний принтеру завершити цикл до одного оберту барабана.
Колірні лазерні принтери
Колірні лазерний принтери використовують тонер у кольорах CMYK: блакитний (Cyan), пурпуровий (Magenta), жовтий (Yellow) та чорний (Key/Black). Для точності накладання кольорів на папір часто застосовується трансферний ремінь (transfer belt), який забезпечує узгоджене перенесення тонера від барабанів на носій.Xerox Star 8010 Overview, Computer History Museum.
Колірні лазерні принтери зазвичай дорожчі в експлуатації порівняно з монохромними моделями через складність системи та вартість кольорового тонера. Існують також технології рідка електрофотографія (Liquid Electrophotography, LEP), які застосовуються у високоякісному друку, зокрема для офсетних пресів та промислового використання.Apple LaserWriter, Apple Technical Documentation.
Колірні лазерні трансферні принтери спеціально призначені для виготовлення термопереносних носіїв, таких як футболка, текстильний логотипи, рекламна продукція тощо. Нові моделі, розроблені для друку на темному текстилі, використовують білий тонер для досягнення яскравості та контрастності зображень.
Бізнес-модель
Подібно до струменевих принтерів, сам принтер продається відносно дешево, тоді як тонери та картриджі є дорогими витратними матеріалами. Це дозволяє виробникам заробляти на витратних матеріалах, а не на обладнанні.
Колірні лазерні принтери часто мають трохи нижчу вартість друку однієї сторінки порівняно зі струменевими принтерами, особливо при великих обсягах друку, завдяки ефективнішому перенесенню тонера і високій швидкості друку. При цьому витрати на обслуговування та електроенергію також враховуються при виборі моделі для офісу або виробництва.Laser Printing Process, HP White Paper, 2015.
Антикопіювальні позначки
Сучасні кольорові лазерні принтери можуть наносити майже невидимі жовті крапки, відомі як printer steganography, які містять інформацію про дату, час та серійний номер принтера. Ця технологія дозволяє відстежувати джерело надрукованих документів, що використовується правоохоронними органами, але водночас викликає занепокоєння щодо приватністьі користувачів та потенційного стеження.
Смарт-чипи в картриджах
Тонер-картриджі можуть містити смарт-чипи або мікропроцесори, які контролюють кількість надрукованих сторінок і повідомляють принтеру про «закінчення ресурсу». Це стимулює покупку нових картриджів, навіть якщо фізично тонер ще не вичерпано.
Використання таких чипів підвищує відходи та негативно впливає на екологія, оскільки старі картриджі часто утилізуються замість перезаправки. Деякі компанії пропонують перезаправку або сумісні картриджі без обмежуючих чипів, що дозволяє зменшити витрати та навантаження на навколишнє середовище.Color Laser Printers, Canon and HP Technical Specs.
Ризики для здоров'я та безпеки
Тонер Тонери, які використовуються в лазерних принтерах, мають електростатичні властивості і можуть накопичувати заряд під час роботи. Це означає, що пил, який залишається після друку або при заміні картриджа, може статично притягатися до поверхонь або до рук.
У рідкісних випадках статичний розряд тонера може призвести до загоряння, особливо якщо він потрапляє у пилозбірник пилососа. Для безпечного очищення принтера або картриджів рекомендується використовувати спеціальні ESD-безпечнийі пилососи, які зменшують ризик електростатичного розряду.
Крім того, тонер складається з дуже дрібних частинок пластику та барвника, які можуть подразнювати шкіру або очі при тривалому контакті. Рекомендовано використовувати захисні рукавички та уникати вдихання пилу тонера при заміні картриджа.
Озон Висока напруга, що генерується всередині лазерного принтера для зарядки барабана, може утворювати невелику кількість озону та оксидів азоту (NOx). У великих офісних принтерах та копіювальних машинах, де друкується багато сторінок, це може призвести до накопичення газів у приміщенні.
Щоб мінімізувати ризик, у професійних моделях застосовують вугільний фільтр або інші системи очищення повітря, які знижують концентрацію озону. При використанні домашніх або невеликих офісних принтерів важливо забезпечувати провітрювання кімнати під час друку.
Ризики для дихання Під час друку деякі лазерні принтери виділяють субмікрометрові частинкаи тонера та інші аерозолі, які можуть проникати в дихальні шляхи. Ці частинки є достатньо дрібними, щоб досягати альвеол у легень.
Вплив таких частинок залежить від їх складу: вони можуть викликати подразнення носоглотки, горла та легенів, а у чутливих людей — алергія або посилення симптомів астми. Дослідження показують, що тривала експозиція у погано вентильованих приміщеннях може підвищувати ризик респіраторних проблем.
Щоб зменшити ризики для здоров'я: • Забезпечувати достатнє провітрювання приміщення під час друку великих обсягів. • Використовувати принтери з вбудованими HEPA-фільтрами або зовнішніми очищувачами повітря. • Уникати тривалого перебування поруч із принтером під час друку великих обсягів. • Дотримуватися правил обережного поводження з картриджами і тонером, використовуючи захисні маски та рукавички за потреби.
Продуктивність
Вартість лазерний принтерів значно знизилася з моменту виходу першого комерційного у 1984 році. Сучасні моделі стали дешевші, швидші та забезпечують вищу якість друку завдяки вдосконаленим фотобарабанам, тонеру та механізмам перенесення.
Сучасні монохромні лазерні принтери можуть досягати швидкості друку понад 200 сторінок на хвилину, тоді як кольорові моделі зазвичай друкують до 100 сторінок на хвилину. Висока продуктивність забезпечується завдяки великим обсягам пам'яті принтера для зберігання растрових зображень, ефективному механізму сканування лазером та оптимізованим системам подачі тонера.Printer Business Models, PCMag, 2020.Printer Tracking Dots, EFF Article.
Використання дозволяє друкувати на обох сторонах аркуша автоматично, що значно зменшує витрати паперу та підвищує ефективність роботи. Сучасні принтери часто мають додаткові функції, такі як автоматичне подавання великої кількості аркушів, підтримка різних форматів паперу, відстеження витрат тонера та можливість підключення до локальної мережі або Wi-Fi для спільного використання.Smart Chip Cartridge Technology, Printer World, 2019.
Крім того, високошвидкісні моделі для великих офісів або промислового використання можуть друкувати тисячі сторінок на день без втрати якості, що робить лазерні принтери основним вибором для корпоративного друку та видавничої справи.
Примітки
Джерела Starkweather, Gary. The History of the Laser Printer. IEEE Spectrum, 2005. Klein, Robert H. Electrophotography and Laser Printing. Wiley, 1990. IBM Archives: IBM 3800 Printer History. Canon Corporate Archives: Canon LBP-10 and LBP-CX. Apple Technical Documentation: LaserWriter and PostScript.