3.2.Электрографические, лазерные и струйные устройства

3.2.1.Электрографические, ферромагнитные, лазерные устройства

Механические принципы работы данной группы устройств схожи. Различие заключается в физических принципах и используемых материалах.

Обобщенная схема, поясняющая принцип работы представлена на нижеследующем рисунке.

Рис. 3-4

На рисунке отмечены:

Вращающийся барабан с определенным покрытием (полупроводник, ферромагнетик, диэлектрик и т. п.);

Устройство подготовки поверхности барабана (очистка от остатковпорошка, размагничивание электростатическая обработка и т.п.);

Устройство преобразования информации. Цифровая информация, поступающая из ЭВМ в виде растра (строка пикселов) преобразуется в физическую, в зависимости от принципа работы (магнитное поле электрическое поле, лазерный или световой луч, температура и т.д.);

Бункер с красящим порошком и определенным наполнителем (картридж);

Твердый носитель информации;

Валики для термообработки порошка;

Разрядное устройство.

Информация в виде физической неоднородности поверхности барабана (статическое поле, магнитное поле и т.п.) взаимодействует с красящим порошком, который «прилипает» к поверхности за счет наполнителя. Далее за счет разрядного устройства информация попадает на твердый носитель и порошок оплавляется валиками.

Принцип работы лазерного принтера

Лазерные принтеры формируют изображение путем позиционирования точек на бумаге (растровый метод). Первоначально страница формируется в памяти принтера и затем передается в механизм печати. Растровое представление символов и графических образов производится под управлением контроллера принтера. Каждый образ формируется путем соответствующего расположения точек в ячейках сетки или матрицы. Номинальное быстродействие типичного лазерного принтера, составляет 12-15 стр./мин при разрешении 600 dpi. Каждые два-три года изготовители повышают скорость печати на 1 или 2 стр./мин, Последняя разработка фирмы HP- 8строк/мин.

Лазерные принтеры, используют технологию фотокопирования, называемую еще электрофотографической, которая заключается в точном позиционировании точки на странице посредством изменения электрического заряда на специальной поверхности из фотопроводящего полупроводника. Подобная технология печати применяется в копировальных аппаратах.

В ажнейшим конструктивным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. С помощью тонкой проволоки или сетки, называемой коронирующим проводом, на этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокуг него светящейся ионизированной области, называемой короной. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электческий заряд. Сопротивление фоточувствительного слоя в темноте очень велико, но при освещении оно значительно уменьшается.

Потенциал поверхности барабана составляет от -900 до -200 В. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа.

На следующем рабочем шаге с помощью другого барабана, называемого девелопером (developer), на фотобарабан наносится тонер - мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение.

Лист бумаги из подающего лотка с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу. Для фиксации тонера на бумаге листу вновь сообщается заряд и он пропускается между двумя роликами, нагревающими его до температуры около 180° - 200°С. После собственно процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших частиц тонера и готов для нового цикла печати.

В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке.

Процесс печати показан на рисунке. Отметим, что длина самого барабана равна максимальной ширине печатаемой страницы, тогда как длина его окружности значительно меньше максимальной длины страницы, так что страница печатается за несколько оборотов OPC (обычно за три). Поэтому все описанные ниже операции в процессе печати страницы, движущейся под барабаном с помощью системы резиновых роликов, повторяются при непрерывном его вращении с постоянной угловой скоростью.

В современных моделях в результате четырех последовательных прогонов на фотобарабан наносится тонер каждого из четырех цветов (Cyan, Magenta, Yellow, Black). Затем при соприкосновении бумаги с барабаном на нее переносятся все четыре краски одновременно, образуя нужные сочетания цветов на отпечатке.

Прежде всего на барабан наносится значительный равномерный положительный электрический заряд. Для этого используют специальный валик, так называемый валик первичного заряда (PCR, Primary Charge Roller). Блок развертки лазерного луча, управляемый контроллером принтера, построчно (в зависимости от разрешения принтера на одном дюйме окружности барабана может умещаться до 1200 и более строк) переносит на барабан сформированное в памяти инверсное (зеркальное) изображение соответствующей части страницы. Модулированный луч лазерного диода ИК-диапазона мощностью от единиц (в принтерах начального уровня) до десятков (в высокопроизводительных принтерах) милливатт, пройдя коллиматор, через цилиндрическую линзу, изменяющую эллиптическое сечение луча на круговое, попадает на вращающееся с высокой скоростью зеркало (в виде многогранной призмы, обычно 10-гранной), каждая грань которого отклоняет луч на всю ширину барабана. Поскольку отклонение луча происходит по дуге окружности, фокусировка его на краях барабана ухудшается. Чтобы «распрямить» фокальную плоскость луча, используются специальные, так называемые f-тэта-линзы, — довольно сложные и дорогие оптические системы, в которых расстояние точки изображения на выходе от центральной оси пропорционально углу отклонения от нее падающего луча (q), а не тангенсу этого угла, как в обычных сферических линзах. Полярность заряда в засвеченных точках меняется на противоположную, т. е. отрицательную. Таким образом, на поверхности барабана формируется карта зарядов разной полярности, причем положительно заряженные участки соответствуют «пустым» (белым) участкам исходного изображения, а отрицательно заряженные — темным (точкам и линиям). Это невидимое изображение необходимо теперь сделать видимым и здесь в дело вступает блок проявления (developer). Этот блок состоит из бункера с тонером, магнитного вала и так называемого дозирующего скребка (doctor blade). Магнитный вал, находящийся на небольшом расстоянии от фотобарабана или, в зависимости от конкретного исполнения, в непосредственном контакте с ним, захватывает тонер, который содержит магнитные частицы (обычно железо), и придает ему положительный заряд. Дозирующий скребок снимает с магнитного вала лишний тонер. Регулируя расстояние между скребком и валом, можно менять количество подаваемого тонера, а следовательно, насыщенность получаемого изображения. С магнитного вала положительно заряженные частицы тонера благодаря притяжению противоположных зарядов переходят на отрицательно заряженные участки фотобарабана, т. е. именно те, которые соответствуют темным участкам исходного инверсного изображения. Положительно заряженные участки остаются чистыми. Поскольку по абсолютной величине отрицательный заряд фотобарабана больше положительного заряда частиц тонера, последние меняют полярность своего заряда на отрицательную. В результате на барабане образуется видимое изображение, составленное из отрицательно заряженных частиц тонера и соответствующее исходному. Теперь его необходимо перенести на бумагу. Это делается все тем же проверенным электростатическим способом: на проходящий под фотобарабаном лист бумаги наносится положительный заряд. Для этого используется еще один валик, называемый валиком переноса (transfer roller). Отрицательно заряженные частицы тонера притягиваются к положительно заряженному листу, формируя на нем готовое изображение. Однако на этом этапе полученное изображение еще нестабильно, его можно просто стряхнуть с бумаги. Закрепление выполняется сдавливанием листа с тонером между двумя валиками блока термического закрепления (fuser), в просторечии «печки». Верхний валик нагревается до высокой (100—300°C, в зависимости от материала тонера) температуры и расплавляет частицы обеспечиваемому нижним (прижимным) валиком давлению расплавленный тонер проникает в структуру бумаги, образуя стойкое изображение. Оставшиеся на фотобарабане частицы тонера счищаются полиуретановым чистящим скребком (wiper blade) и отправляются в емкость для неиспользованного тонера (waste bin). Чтобы счищенные частицы тонера не попали на бумагу, используется еще один скребок из майлара, направляющий их в емкость. Очистка барабана необходима, чтобы на странице не возникало «призрачных» (ghost) изображений, создаваемых оставшимися от предыдущего прохода частицами тонера

В большинстве случаев тонер-часть состоит из: отсека, где находится тонер; доктора - жесткого лезвия (Doctor Blade), магнитного ролика (MBR); кинематических пар, которые связывают MBR с мешалкой, расположенной внутри тонерного отсека и защитного лезвия. Тонер - мелкодисперсный порошок, образованный механическим путем в случае лазерного аппарата (измельчением). Тонер состоит из четырех основных компонентов: собственно красящего вещества; связующего вещества (все вместе - смолы и полимеры), которое обеспечивает сцепление краски с бумагой (припекание), носителя электрического заряда - металлической крошки, и разрыхлителя - вещества, не дающего частицам тонера самопроизвольно слипаться при комнатной температуре. основными свойствами тонера являются: - СПЕКАЕМОСТЬ тонера с листом бумаги (это очень важно для высокоскоростных аппаратов - число копий в минуту, В некоторых моделях принтеров, а особенно в копирах применяется т.н. двухкомпонентный тонер - отдельно присутствует красящий порошок и отдельно переносящий его на бумагу девелопер (или стартер). Девелопер обладает только электромагнитными свойствами и не расходуется при печати. Он служит только для захвата тонера-краски и переноса последнего на барабан, а сам постоянно перемещается по замкнутому кругу. Через определенный период (от30-180 тыс. копий, в зависимости от аппарата) и он требует замены, но только из-за снижения своих электромагнитных свойств. Доктор (Doctor) - жесткое лезвие, состоящее из металлической основы и полиуретановой или силиконовой полоски (рабочей части). Металлическая основа служит ребром жесткости, а полиуретановая или силиконовая полоска предназначена для формирования плотного и равномерного слоя тонера на магнитном ролике.

Магнитный ролик (MBR) - алюминиевая трубка с ферромагнитным сердечником внутри. Трубка снаружи имеет специальное покрытие абразивного характера, благодаря которому слой тонера, формирующийся доктором, имеет определенную толщину, что в свою очередь обеспечивает 100% восстановление слоя после переноса какой-то его части на другие элементы картриджа. Также алюминиевая трубка имеет с одной стороны вилку с контактом и выполняет роль электрического проводника. Ферромагнитный сердечник обеспечивает равномерное постоянное притягивание тонера к MBR изнутри отсека. Визуально оценить состояния пары Доктор-MBR можно по тесту "повторение": Если при восстановлении картриджа требуется замена MBR, то меняют только алюминиевую трубку с покрытием, а ферромагнитный сердечник просто остается тем же. MBR с восстановленным по специальной технологии покрытием пока не обеспечивают хорошего качества (занимаются итальянцы). Обычно поверхность MBR требует только очистки. Тут важно отметить, что нельзя применять для этого спиртовых растворов (Isocleane),т.к. покрытие MBR портится. Возможно применение Isopara. Существует также технология восстановления упругости Doctora, при которой на рабочую поверхность Доктора наклеивается тонкая узкая полиуретановая полоска - Blade link. При этом высокое качество печати обеспечивается только в начале работы регенерированного картриджа - именно эта полоска сильно изнашивает MBR. Мешалки - это металлические или пластиковые детали, предназначенные для разрыхления и подачи тонера как можно ближе к MBR. Кроме того, конструкция картриджа и его расположение в аппарате также способствует полной выработке тонера. Мешалки всегда связаны с MBR кинематически (HP). Ломаются крайне редко. Дешевле поменять корпус, а часто это единственный способ замены мешалок Защитное лезвие - это пластиковая полоска, предотвращающая высыпание тонера из тонерного отсека.