Основні етапи чорно-білого лазерного друку
Коли включаеться принтер, усі компоненти картриджа починають рухатися: відбуваеться підготовка картриджа до друку. Цей процес аналогічний процесу друку, але лазерний промінь не включаеться. Потім рух компонентів картриджа зупиняеться - принтер переходить у стан готовності до друку (Ready).
Після відправлення документа на друк у картриджі лазерного принтера відбуваються такі процеси:
Зарядка барабана. Зарядка фоторецептора - це процес нанесення рівномірного заряду певноі величини на поверхню фоторецептора. Зарядка відбуваеться коротроном. Існуе кілька іхніх видів, які ми розглянемо подальшому.
Для зарядки на коротрон подаеться високий потенціал за допомогою високовольтного блока живлення. Між коротроном і фоторецептором утвориться різниця потенціалів у декілька кіловольт, що призводить до ударноі іонізаціі повітря (коронний розряд) й іони накопичуються на поверхні фоторецептора. Частина електронів із заземленоі підложки стікае на землю, при цьому в матеріалі підложки, поблизу межі з фото провідником виникае надлишковий заряд, протилежний заряду на поверхні фоторецептора. Екран коротрона заземлюеться, щоб різниця потенціалів між фоторецептором і коронним розрядом не зменшувалася, оскільки ця різниця повинна перевищувати граничну напругу корони (напруга, нижче якоі не виникае коронний розряд).
Звичайний коротрон е тонким дротом зі стійкого до окислювання матеріалу, натягнутий на залізному екрані. При забрудненні або окислюванні дроту відбуваеться погіршення якості копіі. При забрудненні екрана можливе проскакування іскри між фоторецептором і коротроном, що призводить до необоротного вигоряння фоторецептора.
Скоротрон - зарядний пристрій, що дозволяе регулювати величину заряду на поверхні фоторецептора. У ньому крім дроту використовуеться сітка, на яку також подаеться напруга. Це дозволяе одержати заряд на поверхні фоторецептора, який не перевищуватиме певне значення.
Дикоротрон - дозволяе ще більш точно регулювати величину заряду. Він складаеться з двох активних елементів: коронода та екрана. На коронод подаеться змінна напруга порядку 5-6 кВ, а на екран - постійна 1-3 кВ. При цьому позитивні іони переміщуються від коронода до екрана, а негативні
до фоторецептора.
Коротрон служить джерелом озону, що виходить від копіювального апарата під час роботи. Слід зазначити, що під час використання фільтрів і іхньоі своечасноі заміни запах не відчуваеться. У цей час фірми-виробники переходять на без озонову технологію.
Експонування. Негативно заряджена поверхня барабана експонуеться лазерним променем тільки в тих місцях, на які буде нанесено тонер. Під діею світла фото чутлива поверхня барабана частково втрачае негативний заряд. Таким чином, лазер експонуе на барабан скрите зображення у вигляді точок з ослабленим негативним зарядом.
Нанесення тонера. На цьому етапі скрите зображення на барабані за допомогою тонера перетворюеться у видиме зображення, що буде перенесено на папір. Тонер являе собою дрібнодисперсний порошок, частки якого складаються з полімеру або гуми і барвника (для чорного тонера зазвичай використовуеться сажа). Можливі два варіанти прояву - однокомпонентний і двокомпонентний. Розглянемо спочатку двокомпонентний спосіб.
Двокомпонентний спосіб використовуеться тільки у випадку негативноі зарядки фоторецептора. Тонер з бункера через спеціальний дозуючий пристрій подаеться в бункер з носіем. Носій (девелопер) являе собою частки магнітного матеріалу, вкритого полімером. Прилипання тонера до носія відбуваеться за рахунок трібоелектризаціі (електризаціі тертям). У процесі тертя частки тонера і носія здобувають різні заряди і тонер рівномірно вкривае носій. Носій у свою чергу прилипае до магнітного вала, що е порожнім валом з постійними магнітами всередині. Вал, вкритий носіем з тонером, входить у безпосередній контакт із фоторецептором, внаслідок чого частки тонера, які мають заряд, протилежний заряду фоторецептора, притягуються до його заряджених ділянок.
Чистий носій із залишками тонера знову потрапляе до бункера. Носій знову змішуеться з тонером і потрапляе на магнітний вал. Сам носій не витрачаеться в процесі проявлення. Однак внаслідок тертя носій втрачае полімерний шар, що призводить до його нездатності притягати тонер. Крім того, такий носій може викликати механічне ушкодження фоторецептора. Для того, щоб тонер не переносився на слабко заряджені ділянки фоторецептора, на магнітний вал подаеться напруга зсуву, порядку 100 - 500 В, знак якого збігаеться зі знаком заряду на фоторецепторі. За рахунок цього сила притягання тонера до вала збільшуеться і тонер не переноситься на слабко заряджені ділянки. Регулюючи величину напруги зсуву можна регулювати насиченість копіі, наприклад для створення доброі копіі з поганого оригіналу. Сучасні апарати зазвичай самі досить добре регулюють якість копіі, практично не вимагаючи втручання оператора. Однокомпонентне проявлення зазвичай використовуеться в апаратах малого класу і лазерних принтерах. У цьому випадку потрібен тонер іншого складу. Зазвичай такий тонер коштуе дорожче. Однокомпонентне проявлення не передбачае наявності носія. У цьому випадку тонер виготовляеться із суміші часток магнітного матеріалу, полімеру і барвника. З бункера тонер потрапляе на магнітний вал. Над валом, на виході з бункера, розташовуеться заряджаюче лезо (ракель), що виконуе дві функціі:
регулюе кількість тонера на валу;
заряджае частки тонера.
Тертя часток тонера об лезо призводить до зарядки тонера знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора. Перенесення тонера з вала на фоторецептор здійснюеться за допомогою напруги зсуву, що прикладаеться до магнітного вала. У цьому випадку напруга зсуву являе собою змінну напругу з постійною складовою, що за знаком відповідае знаку заряду фоторецептора. Під час періоду зі знаком, протилежним знаку заряду фоторецептора, тонер переноситься на фоторецептор, під час періоду зі знаком, що відповідае знаку заряду фоторецептора, тонер з фонових ділянок повертаеться на магнітний вал. Регулювання якості копій відбуваеться за рахунок зміни постійноі складовоі.
Процес перенесення. Процес, при якому тонер переноситься на папір. Папір проходить між коротроном перенесення і фоторецептором, на якому знаходиться тонерний рисунок. Коротрон переносить на папір заряд, що відповідае заряду фоторецептора. На підложці фоторецептора існуе заряд, за знаком протилежний заряду паперу. За рахунок цього папір притягуеться до фоторецептора. Для того, щоб тонер переносився на папір, сила притягання між ним і тонером мае бути більше, ніж сила притягання між тонером і фоторецептором. Не весь тонер переноситься на папір. Тому його залишки видаляються в процесі очищення фоторецептора. Для поліпшення якості зображення і зменшення витрати тонера в деяких апаратах здійснюеться попередне перенесення, у процесі якого послаблюеться заряд фоторецептора. Для цього або фоторецептор попередньо висвітлюеться, або на коротрон перенесення подаеться змінна напруга.
Відділення паперу від фоторецептора здійснюеться як механічним так і електричним способом. У першому випадку використовуються або пальці відділення, що перебувають у безпосередній близькості до фоторецептора, або відокремлюючи ремінці, встановлені з одного краю фоторецептора. Крайка паперу сковзае по ремінцю і потім легко відділяеться від фоторецептора.
У другому випадку використовуеться коротрон відділення, що зазвичай використовуеться разом з механічними засобами. Для відділення паперу від фоторецептора на коротрон відділення подаеться змінна напруга. Він генеруе позитивні й негативні іони. Частина з них послаблюе силу притягання паперу до фоторецептора, а частина - забезпечуе прилипання тонера до паперу.
Закріплення зображення. Після перенесення копія вже практично готова. Але зображення, отримане на папері може бути стерто практичним будь-яким механічним впливом (наприклад, легким тертям). Звісно така копія не придатна для практичного використання. Для збільшення зчеплення тонера з папером використовуеться механізм закріплення. Існуе кілька способів закріплення. Найпоширеніший - це термомеханічний засіб, при якому копія піддаеться нагріванню і механічному притискання. Механізм закріплення називаеться ф’юзером (грубка). Механізм складаеться з тефлонового вала, що нагріваеться, із кварцовою лампою усередині, і гумового притискного вала. Іноді замість тефлонового вала встановлюеться спеціальний керамічний термоелемент, що відділяеться від паперу термоплівкою. Такі копіри мають менший час прогрівання і менше енергоспоживання, однак і термоплівка відпрацьовуе значно меншу кількість копій і ушкодити п значно легше при неправильному здобуванні паперу. У частині апаратів передбачене змащення вала, що нагріваеться, силіконовим мастилом. Це дозволяе уникнути прилипання тонера до валика. Крім того може використовуватися спеціальний рушник, для видалення залишків тонера або іншого бруду, що прилип до вала. Для відділення паперу від вала застосовуються пальці відділення. Механізм із кварцовою лампою більш дорогий, але і більш надійний, зазвичай використовуеться у високопродуктивних машинах. Це, наприклад, лазерні принтери Xerox N24/32/40, HP 4plus, Xerox 5405 і т.д. Механізм із термоплівкою використовуеться в принтерах і копірах малого класу. Це копіювальні апарати Canon FC/PC серіі, принтери HP 5L, 6L, 5P, 6P, 1100.
Очищення барабана. Деяка кількість тонера не переноситься на папір і залишаеться на барабані, тому його необхідно очистити. Цю функцію виконуе «вайпер». Безпосередньо перед очищенням може використовуватися попередня очистка за допомогою засвічення фоторецептора або коротрона, попередня очистка, що генеруе позитивні і негативні іони. Частки тонера, що залишилися, віддаляються за допомогою ракельного ножа, що перебувае в безпосередньому контакті з фоторецептором. Ракель виготовляеться і точно позиціонуеться щодо фоторецептора для того, щоб не ушкодити його. Відпрацьований тонер потрапляе в бункер відпрацювання. Повторне його використання не рекомендуеться, оскільки тонер злипаеться і забруднюеться. Можливе також видалення тонера м'якою щіткою, усередині якоі встановлюеться система вакуумноі відкачки. При цьому Recovery Blade закривае область між барабаном і бункером, не дозволяючи тонеру просипатися на папір.
«Стирання» зображення. На цьому етапі з поверхні барабана «стираеться» приховане зображення, нанесене лазерним променем. За допомогою вала первинного заряду поверхня фото барабана рівномірно «покриваеться» негативним зарядом, що відновлюеться в тих місцях, де він був частково знятий під діею світла.
Використання принтерів не за призначенням
Останнім часом все частіше принтери стали використовуватися не тільки для друку на папері. Наприклад, радіоаматори використовують лазерні принтери в «лазерно-прасковій» технологіі виготовлення плат, наносячи маску, що труіть, використовуючи лазерний принтер. Перспективна технологія друку електронних схем за допомогою принтера, коли в картрідж замість чорнила заливають спеціальні хімічні речовини.
Ринок
За даними аналітичного агенства IDC, загальні поставки на світовий ринок 2011 року склали 126 млн друкуючих пристроів (принтерів, копірів і МФП). У порівнянні з 2010 обсяг ринку майже не змінився - зростання склало 0,7%.
Перше місце за обсягом поставок зберіг Hewlett-Packard (41,5% від загального числа). За рік поставки вендора скоротилися на 0,7%. На другому і третьому місцях Canon і Epson, яким належить відповідно 18,4% і 14,1% ринку. Далі — Samsung (5,7%) і Brother (5,7%).
Струменеві пристроі в IV кварталі 2011 зайняли 66% усього обсягу поставок, монохромні лазерного типу — 25%, кольорові лазерні — 6%.