Принципы работы лазерного принтера: как происходит печать

Этапы работы принтера

Электронный документ отправляют на печать. В этот момент печатная плата обрабатывает его, а лазер посылает цифровые импульсы на картридж. Заряжая фотобарабан отрицательными частицами, лазер переносит на него изображение или текст, которые надо напечатать.

Когда лазерный луч попадает на барабан он убирает заряд и на его поверхности остаются незаряженные зоны. Каждая частица тонера заряжена отрицательно и соприкасаясь с фотобарабаном, тонер прилипает к незаряженным фрагментам под воздействием статического электричества. Это называется проявкой изображения.

Специальный валик с положительным зарядом прижимает лист бумаги к фотобарабану. Поскольку противоположно заряженные частицы притягиваются, тонер прилипает к бумаге.

Дальше бумага с тонером нагревается до температуры порядка 200 градусов с помощью термовала так называемой печки. Благодаря этому тонер расправляется и изображение надежно фиксируется на бумаге. Поэтому свежеотпечатанные на лазерном принтере документы всегда теплые.

На последнем этапе происходит снятие заряда с фотобарабана и его очистка от оставшегося тонера, для чего используется чистящее лезвие и бункер для отработанного тонера.

Вот так и происходит процесс печати. Лазер рисует будущее изображение заряженными частицами. Фотобарабан ловит и передает на бумагу красящий порошок. Тонер прилипает к бумаге под действием статического электричества и приплавляется к ней.

По такому же принципу работает копировальная техника.

Чип и особые элементы

В последние годы большинство производителей производят картриджи для принтеров струйных моделей вместе со специальными защитными микросхемами. Их наличие делает заправку данных расходных материалов более сложной и дорогостоящей, а порой и вовсе невозможной. Всё это вынуждает пользователей таких картриджей по мере их расходования покупать им замену, что обходится на порядок дороже, нежели процедура перезаправки. В самом чипе, как правило, хранятся такие сведения, как тип расходного материала, название производителя, дата активации, время изготовления, количество израсходованной краски и т.д. Правда хитрые умельцы научились взламывать протокол записи такого элемента и перепрограммировать его. В ответ компании вначале попытались изменить протокол записи, после чего разработали новые микросхемы с большим числом контактов. Однако и данная задача была со временем решена, т.к. на рынке появились большое количество чипов, выпускаемых сторонними изготовители, которые нашли широкое применение в СНПЧ.

К элементам особой категории относится пьезоэлектрическая пластина, которая применяется для одноимённого метода печати. Данный элемент способен выгибаться под воздействием электрического тока. При выгибании пластина способствует уменьшению объёма резервуара, в результате чего краски выдавливаются из мельчайших дюз на поверхность листа бумаги. Есть также специальные нагревательные элементы, которые предназначаются для таких видов печати, как термоэлектрическая и пузырьково-струйная. Данные элементы способствуют разогреву краски и ее преобразование в газообразное состояние. Чернила при нагревании формируют небольшие пузырьки, которые способствуют выталкиванию капелек краски из сопел на поверхность листа бумаги.

Перенос

Перенос на бумагу производится под действием все того же статического электричества. При этом бумага даже не касается поверхности фотобарабана! Бумагу, перед тем как пропустить под фотовалом, наэлектрилизовывают с помощью резиновых валиков. Когда она проходит мимо барабана, то отрицательные частички с него перелетают на поверхность бумаги, которая имеет положительный заряд. На бумаге образуется изображение, а ее поверхность становиться нейтрально-заряженной.

Виды тонера

Этот расходный материал представляет собой мелкозернистый порошок с магнитным слоем и дополнительном красящем веществе(цветной тонер), гранулы которого могут иметь:

1. Положительный заряд.
2. В принтерах, использующих этот вид тонера, лазерный луч попадает на те участки фотобарабана, к которым в последствии будут притягиваться гранулы красящего порошка. Метод позволяет печатать изображения с высоким разрешением(детализацией).
3. Отрицательный заряд.
4. В этом случае лазерный луч попадает на те участки фотобарабана, которые не притягивают тонер. Метод позволяет добиться равномерной заливки изображения.
    

Обратите внимание:

• Каждый тип тонера характеризуется своими показателями дисперсности, магнитными и прочими свойствами, подходящими для устройств определенного производителя и даже линейки моделей.
• Самостоятельная заправка картриджа некачественным или неподходящим красящим порошком может привести к выходу из строя всего узла.

Технологии цветной лазерной печати

Основной принцип формирования и получения оттиска на бумаге в цветном варианте идентичен монохромной лазерной печати. Для воспроизведения многоцветной картинки создаются и накладываются друг на друга 4 изображения разных оттенков, используемых в цветной полиграфии: черный, голубой, пурпурный и желтый.

На заметку! Полноцветная картинка может создаваться одним из двух способов: по многопроходной или однопроходной технологии.

Многопроходный принцип печати.

При формировании цветного оттиска по многопроходному принципу принтер оснащается револьвером с 4 тонер-резервуарами. Также технология предполагает использование вспомогательного носителя (ремня), на который в каждый проход переносится изображение одного цвета. После формирования всех 4-х разноцветных эскизов, полноцветное изображение с ремня переноса отпечатывается на бумаге, а затем полученный оттиск фиксируется под воздействием тепла. Многопроходная технология довольно медленная, и используется она в бюджетных моделях лазерных цветных аппаратов печати.

Однопроходное формирование изображения.

Чтобы полноцветная картинка формировалась за один проход, лазерное оборудование оснащается одновременно работающими в тандемном варианте четырьмя цветными механизмами. В каждом из них имеется свой фотобарабан и тонер-резервуар с дозатором. Бумага при помощи роликового транспортера проходит под каждым фоточувствительным элементом, где на нее переносится тонер. Сформированная за один проход цветная картинка фиксируется при протяжке по нагревательному элементу. Однопроходным циклом печати оснащаются высокоскоростные дорогостоящие модели.

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.

Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов:

1. Зарядка фотовала.

Фотовал — цилиндр с покрытием из фотополупроводника (материала, способного менять своё электрическое сопротивление при освещении). В некоторых системах вместо фотоцилиндра использовался фоторемень — эластичная закольцованная полоса с фотослоем.

Зарядка фотовала — нанесение равномерного электрического заряда на поверхность вращающегося фотобарабана. Наиболее часто применяемый материал фотобарабана — фотоорганика — требует использования отрицательного заряда, однако есть материалы (например, кремний), позволяющие использовать положительный заряд.

Изначально зарядка производилась с помощью скоротрона (англ. scorotron) — 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 (англ. Charge Roller). 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.

2. Лазерное сканирование.

Лазерное сканирование (засвечивание) — процесс прохождения отрицательно заряженной поверхности фотовала под лазерным лучом. Луч лазера отклоняется вращающимся зеркалом и, проходя через распределительную линзу, фокусируется на фотовалу. Лазер активизируется только в тех местах, на которые магнитный вал в дальнейшем должен будет нанести тонер.

Под действием лазера участки фоточувствительной поверхности фотовала, которые были засвечены лазером, становятся электропроводящими, и заряд на этих участках «стекает» на металлическую основу фотовала. Тем самым на поверхности фотовала создаётся электростатическое изображение будущего отпечатка в виде ослабленного заряда.

3. Наложение тонера.

Отрицательно заряженный ролик при подаче тонера придаёт тонеру отрицательный заряд и подаёт его на ролик проявки. Тонер, находящийся в бункере, притягивается к поверхности магнитного вала под действием магнита, из которого изготовлена сердцевина вала. Во время вращения магнитного вала тонер, находящийся на его поверхности, проходит через узкую щель, образованную между дозирующим лезвием и магнитным валом. После этого тонер входит в контакт с фотовалом и притягивается на него в тех местах, где отрицательный заряд был снят путём засветки.

Тем самым электростатическое (невидимое) изображение преобразуется в видимое (проявляется). Притянутый к фотовалу тонер движется на нём дальше, пока не приходит в соприкосновение с бумагой.

4. Перенос тонера.

В месте контакта фотовала с бумагой, под бумагой находится ещё один ролик, называемый роликом переноса. На него подаётся положительный заряд, который он сообщает и бумаге, с которой контактирует. Частички тонера, войдя в соприкосновение с положительно заряженной бумагой, переносятся на неё и удерживаются на поверхности за счёт электростатики.

Если в этот момент посмотреть на бумагу, на ней будет сформировано полностью готовое изображение, которое можно легко разрушить, проведя по нему пальцем, потому что изображение состоит из притянутого к бумаге порошка тонера, ничем другим, кроме электростатики, на бумаге не удерживаемое. Для получения финального отпечатка изображение необходимо закрепить.

5. Закрепление тонера.

Бумага с «насыпанным» тонерным изображением двигается далее к узлу закрепления (печке). Закрепляется изображение за счёт нагрева и давления.

Печка состоит из двух валов:

• верхнего, внутри которого находится нагревательный элемент (обычно — галогенная лампа), называемый термовалом;
• нижнего (прижимной ролик), который прижимает бумагу к верхнему за счёт подпорной пружины.

За температурой термовала следит термодатчик (термистор).

Печка представляет собой два соприкасающихся вала, между которыми проходит бумага. При нагреве бумаги (180—220 °C) тонер, притянутый к ней, расплавляется и в жидком виде вжимается в текстуру бумаги. Выйдя из печки, тонер быстро застывает, что создаёт постоянное изображение, устойчивое к внешним воздействиям. Чтобы бумага, на которую нанесён тонер, не прилипала к термовалу, на нём выполнены отделители бумаги.

Однако термовал — не единственная реализация нагревателя. Альтернативой является печка, в которой используется термоплёнка: специальный гибкий материал с нагревательными элементами в своей структуре.

Другие средства

“Литография”

Современная полиграфия использует не только новомодные методы, но и старинные технологии плоской печати. Способ заключается в нанесении на литографский камень рисунка специальным карандашом, который наделяет контур изображения водоотталкивающими свойствами. После удаления рисунка по поверхности камня прокатывают валик с краской, которая пристает только к обработанным карандашом местам. В завершение форму закрепляют в специальном станке и получают оттиск под давлением. Вместо камня могут применять другие материалы: бумагу, цинк, алюминий. Метод используется художниками и типографиями (выпуск афиш, карт, упаковок, книг).

“Флексография”

Рассматривая, какие технологии высокой печати бывают в современной полиграфии, нельзя не упомянуть флексографию. Изображение наносится прямым методом с помощью гибкой рельефной формы из фотополимерного сырья или резины, выпуклые части которой предварительно окрашиваются анилоксовым валиком. Чернила подбираются быстросохнущие и текучие. Такая конструкция позволяет применять множество материалов для основы, особенно широко флексография используется для производства упаковок и этикеток. У метода имеется недостаток — не передает полноцветное изображение в таком качестве, как офсет.

“Тампопечать”

Разновидность технологии глубокой печати. Выручает при оформлении поверхностей, на которых остальные способы терпят фиаско: ручки, брелоки, зажигалки ит.п. Эластичный печатный элемент (тампон) прижимается к клише, вбирает краску со всех участков и переносит ее на основу, формируя изображение. Для подготовки клише могут использоваться любые виды печати полиграфической продукции, но чаще всего применяется глубокий метод, при котором пробелы возвышаются над углублениями с чернилами. Недостатками считаются малый формат изображения и невозможность использования сильно искривленной основы.

История возникновения лазерной печатной техники

Первый прототип лазерного принтера был изобретен 1938 году Честером Карлсоном, который на момент его изобретения учился на юридическом факультете и работал юристом в патентном бюро США. Первые отпечатанные при помощи статического электричества листы были получены в его домашней лаборатории. Сначала он пытался продать свою разработку IBM. Но те отказались покупать изобретение. Только в 1946 году его научной разработкой заинтересовалась частная компания Xerox. А в 1949 году на рынке впервые появились принтеры, которые используют для печати сухие чернила.

Первые модели были очень громоздкими и требовали определенного уровня подготовки от операторов. Через десять лет после первого выпуска промышленной модели появились более компактные и удобные аппараты. Модель носила название Xerox 914. Она печатала со скоростью 7 листов в минуту, что на тот момент считалось очень высоким показателем. При этом качество изображение было значительно выше, чем у популярных тогда матричных принтеров.

Первый лазерный принтер появился в 1969 году все у той же Xerox. В 1978 году одному из сотрудников компании, Гэри Старкуезеру, удалось изобрести лазер и установить его в аппарат. Это было первое устройство лазерного принтера. Однако первая модель получилась слишком дорогой.

Такая разница возникла потому, что разные компании использовали собственные разработки, которые считались секретом фирмы. Тогда было мало известно, что такое представляет собой лазерный принтер, как он устроен, но были известны принципы, по которым он должен работать. При выборе тонера для заполнения картриджа это надо учитывать!

Так как спрос на лазерные принтеры в начале 80-х годов вырос, то появились другие компании, которые хотели заработать на этом рынке. Первая доступная модель аппарата была выпущена компанией Cannon. Xerox со временем утратили свои позиции и ушла с рынка. Сегодня в магазинах оргтехники можно увидеть лазерные принтеры самых разных брендов. Появились различные модели, но устройство и принцип работы лазерного принтера остался прежний.

Особенности оборудования

В качестве тонера используют положительно заряженные порошковые красители. Тогда как лазер проецирует картинку отрицательными частицами. То есть, по законам физики тонер будет притягиваться к фотопроводнику – цилиндру.

Подобный принцип взяли на вооружение бренды «Ксерокс», «Кэнон» и НР. Такой подход позволяет организовать высокую степень детализации изображения. Но в этом случае расход тонера немногим увеличен.

Производители лазерной техники «Эпсон», Kyocera и Brother используют свою технологию печати. Частицы тонера здесь имеют отрицательный заряд, а лазер меняет полярность не участков, где окажется порошок, а пустующих зон. То есть проецирование происходит методом исключения. Подобное решение позволяет более равномерно разместить краситель по бумаге и при этом сэкономить порошок.

Техника премиального уровня оснащена более продвинутыми технологиями. К примеру, помимо работы с лазером и цилиндром идёт уменьшение статического заряда бумаги, что препятствует слипанию листов. Такой функционал придётся как нельзя кстати, если речь идёт о больших объёмах печати. Тонер в отличие от красок для струйных принтеров надёжно удерживается на оттиске: не истирается, не пачкается, и сохраняется заметно дольше.

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.

Процесс формирования оттиска на бумаге

При включении аппарат переводится в состояние готовности к процессу печати. Внутренние элементы принтера приходят в движение, разогревается термоузел, что сопровождается характерным для печати звуком, но в этот момент лазерный луч не включается. Далее аппарат затихает, а индикатор на его корпусе загорается, сигнализируя о готовности к работе. Когда на устройство поступает команда печати документа, инициируется многошаговый процесс формирования печатного листа.

На заметку! Лазерное печатное оборудование для контроля процесса вывода изображения на бумагу снабжается встроенным процессором. Также многие скоростные офисные модели оснащаются встроенной памятью.

Заряд фотобарабана.

Когда готовый к работе аппарат получает команду на печать, в движение приводятся все  механизмы, отвечающие за этот процесс: печатная плата, картридж, подача бумаги. Также происходит предпечатная подготовка картриджа, в ходе которой осуществляется фотозарядка — на фоточувствительные элементы барабана передается электрический заряд при соприкосновении вращающегося ролика PCR. Последний получает подзарядку при включении принтера.

В зависимости от производителя печатного оборудования и используемого им тонера передаваемый заряд может быть отрицательным или положительным. У цифровых моделей  НР, Xerox, Canon, Ricoh, Samsung комбинация зарядов тонера и фотоцилиндра — оба отрицательные. Соответственно Epson, Kyocera, Brother — оба положительные.

Экспонирование лазерным лучом.

На втором этапе формирования изображения включается лазерный луч, посредством которого происходит экспонирование. Сфокусированный лазерный луч отражается от зеркала и попадает на направляющую систему линз, а далее отправляется в необходимое место на поворачивающемся фотоцилиндре.

Важно! Символьная строка на фоточувствительном слое формируется из засвеченных отдельных точек, которые создаются последовательно перенаправляемым лазерным лучом. Под его воздействием фото-точки теряют заряд. Таким образом, из нейтрально заряженных точек и формируется скрытое изображение страницы.

Проявление изображения.

Следующий этап — нанесение тонера, состоящего из красителя со специальными заряженными добавками. В результате этой процедуры на фоточувствительном слое проявляется изображение. Происходит процесс следующим образом.

1. Магнитный вал, часть которого находится в заправочном отсеке, притягивает частички порошка, и те через «Доктор» дозированными порциями направляются к фоточувствительному барабану.
2. От заряженных участков (не обработанных лазерным лучом) частички отталкиваются и прилипают к потерявшим заряд точкам. Таким образом скрытое изображение становится видимым.

Печать на бумагу и закрепление изображения.

При соприкосновении фотобарабана с бумагой, которая подается роликом переноса с противоположным электрическим зарядом, краситель притягивается к листу, формируя оттиск. Удерживаются частички краски за счет статического электричества. Оставшиеся в барабане крупинки тонера счищаются ракелем в бункер для отходов.

Фиксируется изображение при помощи нагревания. Лист с нанесенным тонером протягивается между прижимным и нагревательным элементами. Под воздействием печки красящие частицы вплавляются в структуру бумаги. После выхода наружу краситель быстро застывает, и отпечатанное изображение становится устойчивым.

По завершению процесса формирования изображения на бумажном листе, фотозаряд барабана восстанавливается посредством зарядного ролика, а потом по цикличной схеме продолжается работа над печатью следующих страниц

Проявка

На поверхности барабана образуется зеркальное изображение. Частички тонера переносятся с магнитного роллера на поверхность барабана и прилипают к нему за счет разности заряда. Проявка монохромного и цветного принтера отличаются, так как устроен цветной принтер сложнее. При цветной печати изображение сначала формируется на ленте переноса изображения, а потом только переносится на барабан и бумагу.

Интересно! Если прервать печать и вытащить картридж из принтера, то на барабане можно увидеть изображение, но только при условии, что до его поверхности не касались пальцами.

История появления

Метод переноса чернил на лист бумаги с использованием электромагнитных и фотоэлектрических свойств материалов был предложен Ч. Карлсоном, который был запатентован автором в 1938 году. Идея нашла практическое применение в первом копировальном устройстве, произведенном компанией Xerox в 1949 году. Модель имела массу недоработок, поэтому не привлекла внимание крупных компаний. Первый полнофункциональный лазерный принтер был представлен спустя 29 лет. Аппарат был снабжен лазером и предназначался для использования в коммерческих целях крупными организациями, которые могли позволить себе такие затраты на его приобретение. 

Первый прототип настольного лазерного принтера был создан компанией Canon в 1979 году. Серийно он стал выпускаться только с 1984 года под названием HP LaserJet, поскольку Canon заключила контракт с этой компанией. Спустя 2 года вышли первые модели печатных устройств с заменяемыми картриджами . Этот момент считается началом эры лазерной печати, доступной как для коммерческого, так и домашнего использования. 

В чем отличие по скорости и качеству печати

Обе характеристики разнятся, значит, нужно обращать внимание на параметры в первую очередь, в зависимости от предполагаемого места использования.

Где лучше скорость печати.

Для домашнего использования, печати нескольких листов ежедневно, скорость не имеет большого значения. Подождать, пока распечатаются 10 листов даже на струйном агрегате не составит труда. А вот когда нужно быстро печатать много страниц, выбирать лучше лазерный принтер.

Скорость измеряется в количестве отпечатанных страниц за минуту (стр/мин). У струйной оргтехники за минуту может выходить порядка 10-11 листов, а если принтер сильно дешевый, то скорость вообще может быть всего 5-6 листов. Причем для черно-белой и цветной печати значения могут отличаться в 2 раза.

Например, МФУ HP Smart Tank 615 в минуту при монохромной печати выводит 11 страниц, в то время как в цветном режиме принтер выпускает всего 5 страниц.

Для объемной потоковой печати в условиях небольшого, а тем более большего офиса, рекомендуется лазерная оргтехника. Если нужен принтер для дома, а печать ограничивается несколькими страницами, можно обойтись струйным МФУ или одиночным принтером.

В последнем случае между обоими аппаратами может не быть сильной разницы в скорости, так как в лазерных принтерах запуск распечатывания дольше. То есть до момента выхода первой страницы проходит больше времени. Это связано с тем, что сначала происходит подготовка принтера к печати, выполняется разогрев термического узла до необходимой температуры, чтобы зафиксировать порошок на странице.

А вот на большом объеме листов лазерная технология сильно обгонит струйную.

Качество текста, картинок и фотографий.

Порошковый принтер преимущество работает на одном ч/б картридже. Следовательно, распечатать цветной лист не выйдет. Даже, если планируете приобрести для дома лазерный цветной печатающий аппарат, то распечатанная фотография будет не самого лучшего качества.

Передача тонов при смешивании тонера хуже, чем при печати жидкими чернилами. Да и такая характеристика, как разрешение, у струйников выше. Значит, если нужно получить цветные страницы в наивысшем качестве, то лучше печатать фотографии на струйном принтере.

Лазерные устройства тоже хороши в плане качества оттиска, но они, как правило, изначально предназначены для производительности, то есть скорости.

А вот для черно-белой печати обычного текста тип принтера не так важен. Различие в качестве текста у обеих разновидностей практически не отслеживается. Поэтому лучше приобретать тот принтер, который удовлетворяет другие требования, описанные выше и ниже.

Возможность засыхания и последствия.

Тонер в тубе у лазерного картриджа не засыхает. Значит, проблем с возобновлением печати после длительного простоя принтера без работы не будет. Единственное, за сильно долгое время тонер может залежаться, утрамбоваться внутри отсека с порошком. В таком случае картридж достается с принтера и хорошо встряхивается. После, работа возобновится до прежнего уровня, никаких очистительных процедур и сложных действий по реанимации делать не нужно. Это является несомненным достоинством лазерного принтера перед струйным.

А вот жидкие краски могут сильно пачкать внутренности принтера, и что самое главное, засыхать. Из-за этого в соплах головки принтера образуются пробки из засохших чернил, что не дает попасть красящему веществу на лист бумаги.

Чтобы засыхания не происходило, требуется печатать хотя бы по одной чб и цветной странице каждую неделю. Это не дает застаиваться чернильным краскам в картридже, сопла периодически будут прочищаться собственными чернилами.

Если уже засорение произошло, то потребуется выполнить чистку головки. В программном обеспечении принтеров всегда есть опции для обслуживания, где и можно запустить программную очистку. В запущенных случаях промывка делается в ручном режиме с помощью чистящего средства.

Что выбрать для объема

Для быстрого выполнения печати огромного числа страниц однозначно стоит подобрать лазерный аппарат. Другой тип печати не предназначен для бесперебойной работы в течение длительного времени. Печатающая головка из-за интенсивной печати может сильно перегреваться, что приводит к снижению качества и полному выходу из строя детали.

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.

Схема и принцип действия

Чтобы понять, какой принцип печати используется в современных лазерных принтерах, рассмотрим подробнее этапы его работы.

Заряд фотобарабана.

Для получения предварительного изображения на поверхность фотовала необходимо передать электрический заряд. В разных моделях он может быть со знаком «+» или «‒». Процесс передачи заряда осуществляется двумя способами:

1. Высокое напряжение, поданное на специальную нить из вольфрама (коротрон), образует магнитное поле, которое передается на барабан.
2. Через ролик заряда, который представляет собой металлический цилиндр, покрытый слоем проводника.

Создание изображения.

После отправки файла на печать на фотовале при помощи луча, который изменяет заряд, формируется изображение. В зависимости от модели устройства рисунок занимает отрицательно или положительно заряженную поверхность.

Каждая строчка изображения формируется доли секунды включением и выключением лазера. Затем барабан делает оборот, и наносится новая строка. Излишки тонера убираются ракелем и сбрасываются в отсек с отработкой.

Проявка.

Частицы порошка переносятся с фотовала на магнитный вал за счет разницы зарядов. Принцип действия магнитного вала в лазерных принтерах довольно прост: в местах несовпадения заряда тонер притягивается к его вращающейся поверхности, образуя изображение. В цветных устройствах процесс проявки проходит немного сложнее. Сначала картинка формируется на ленте переноса, и только после этого переносится на вал и бумагу.

Перенос на бумагу.

От ролика переноса бумага получает статический заряд. Проходя под фотоцилиндром, она притягивает тонер по аналогии с процессом переноса порошка на магнитный вал. Частицы порошка удерживаются на бумаге благодаря статическому напряжению.

Закрепление тонера.

Фиксация красящего вещества на листе происходит благодаря нагревательному элементу. «Печка» принтера состоит из двух цилиндров, проходя через которые краситель плавится. Жидкий тонер остывает и прочно закрепляется на поверхности бумаги.

Температура нагревательного элемента может достигать 200 °C. Производители недорогих устройств используют термопленку, которая подвержена быстрому износу. В современных моделях за нагрев тонера отвечает более надежная и долговечная тефлоновая конструкция.

Если кратко, принцип печати лазерного принтера заключается в получении на фотовале отпечатка тонера с его последующим переносом на бумагу.

Откуда взялась лазерная печать?

В середине прошлого столетия, а если быть точным, то в 1938 году, американский физик и изобретатель первым запатентовал способ переноса сухих красок на листы бумаги. Все это оказалось возможным при использовании статической энергии в виде электричества. Уже через 10 лет компания Xeror взяла за основу метод электрографического переноса в своих первых аппаратах печати. Чтобы «довести до ума» и выпустить технику, которая автоматически выполняла печать, потребовалось еще десятилетие. Только тогда появились принтеры, которые можно было так назвать.

Первая модель называлась Xerox 9700 и в продажу поступила в 1977 году. Пользователями такой техники были большие офисы и предприятия. Некоторые характеристики того устройства даже соответствуют современным требованиям. Например: скорость работы 120 листов за минуту, дуплексная двухсторонняя печать. Через пять лет в 1982 выходит первая модель для домашнего использования. Ее выпускает компания Canon. После начинается бурное развитие рынка, на котором один за другим появляются разные бренды со своими моделями.

Классификация драйверов

На данный момент существует два основных типа драйверов, которые можно подключить к нашему полупроводнику:

импульсный драйвер. Представляет собой частный случай преобразователя напряжения импульсного характера. Он может быть как понижающим, так и повышающим. У них входная мощность приблизительно равна выходной. При этом имеется незначительное преобразование энергии в тепло. Упрощенная схема импульсного драйвера имеет следующий вид:

Упрощенная схема импульсного драйвера.

Линейный драйвер. На такой драйвер схема обычно подает больше напряжения, чем требует полупроводник. Для его гашения необходим транзистор, который лишнюю энергию будет выделять с теплом. Такой драйвер имеет небольшой КПД, в связи с чем его используют крайне редко.

Схема линейного драйвера:

В связи с тем, что питание любого лазерного диода может осуществляться через два разных типа драйверов, то схема подключения будет различаться.

Заряд барабана

Изначально его заряд нейтральный. Однако чтобы процесс печати начался, его поверхность заряжают отрицательными зарядами. Делают это с помощью специального резинового роллера. Заряды возникают в результате трения поверхностей друг о друга. Поверхность барабана покрыта специальным фоточувствительным покрытием. Поэтому под действием лазера, заряд на его поверхности может меняться.

Основные компоненты лазерных устройств

Несмотря на многообразие производителей и моделей лазерных принтеров, их устройство в целом остается идентичным.

В состав практически каждого устройства входят следующие узлы:

Узел создания электростатического изображения , состоящий из полупроводникового лазера, а также зеркал и линз, отвечающих за фокусировку луча.

Узел, отвечающий за создание и перенос физического изображения. К нему относится съемный картридж, содержащий контейнер для красящего порошка, фотобарабан, магнитный вал, ролик первичного заряда и прочие компоненты.

Узел, выполняющий закрепление изображения на листе . Состоит из нагревательного элемента и термопленки, вступающей в непосредственный контакт с листом бумаги, на который уже перенесено изображение с фотобарабана. Под температурным воздействием красящий порошок вплавляется в лист бумаги, благодаря чему предотвращается его осыпание.

Как выбрать хороший лазерный принтер для офиса и дома

Чтобы сориентироваться в большом количестве моделей и подобрать наиболее подходящий вариант, необходимо определиться с основными параметрами лазерного принтера:

Производительность. Модели лазерных принтеров для домашнего пользования оснащают специальными датчиками, которые защищают устройство от перегрева и устанавливают общий лимит производительности. В профессиональном оборудовании используются материалы, позволяющие нагревательным элементам работать практически непрерывно. Значит, производительность таких лазерных принтеров намного выше, что существенно экономит время.

Ресурсность. Обратите внимание на емкость картриджа: чем больше листов способно отпечатать устройство, тем меньше себестоимость одного отпечатка. Перед покупкой поинтересуйтесь ориентировочными ценами на тонер, стоимостью ремонта основных узлов и обслуживания оборудования. Некоторые модели лазерных принтеров надо заправлять тонером повторно, другие требуют покупки нового картриджа.

Цветной или монохромный. Учитывая высокую стоимость первой группы, покупка оправдана только в случае печати большого объема цветных документов. Кроме того, заправка и обслуживание не одного, а сразу четырех картриджей — довольно ощутимая составляющая расходов. Выбирая цветной лазерный принтер, покупатели часто интересуются, нужно ли регистрировать его в полиции. На самом деле, с 2009 года регистрация такого оборудования не нужна.

Техническое и программное обеспечение. Наличие порта ethernet и wi-fi позволяют управлять печатным оборудованием удаленно с компьютера и подключать его к внутренней сети. Они значительно облегчают процесс печати, особенно, когда с одним принтером работает несколько сотрудников. Учитывать стоит также и операционную систему, с которой будет работать оборудование. Например, для операционных систем семейства Linux нужно уточнять наличие драйверов для настройки и подключения печатного устройства.

Печать с двух сторон. Лазерные принтеры, которые одновременно печатают с двух сторон, позволяют сэкономить как тонер, так и бумагу. Наличие функции двухсторонней печати является преимуществом при работе с большими объемами документов.