Лазерный принтер
Ла́зерный при́нтер (laser printer) — один из видов принтеров, позволяющий быстро изготавливать высококачественные отпечатки текста и графики на обыкновенной бумаге. Подобно копировальным аппаратам лазерные принтеры используют в работе процесс ксерографической печати, однако отличие состоит в том, что формирование изображения происходит путём непосредственного сканирования лазерным лучом фоточувствительных элементов принтера.
История
Первый лазерный принтер EARS был сконструирован в 1971 году компанией Xerox, когда один из исследователей фирмы, Гари Старквезер, модифицировал копир компании. В конечном счёте, лазерная печать принесла компании Xerox многомиллионные доходы.
Первой коммерческой реализацией лазерного принтера была модель 3800 компании IBM, выпущенная в 1976 году, предназначенная для массовой печати документов, таких как счета и почтовые ярлыки.
Первым принтером, предназначенным для индивидуального использования стала модель 1981 года Xerox Star 8010. Несмотря на свою новизну Star была дорогостоящей системой (17 тыс. долл.), позволить которую могли себе лишь немногие учреждения. После начала более широкого распространения персональных компьютеров, первой моделью лазерного принтера, предназначенной для массовой продажи, стал выпущенный в 1984 году Hewlett-Packard LaserJet 8ppm. В устройстве был использован печатающий механизм Canon и программное обеспечение Hewlett-Packard. Вскоре за LaserJet последовали модели лазерных принтеров компаний Brother, IBM и других производителей.
Как и для большинства электронных устройств с течением времени стоимость лазерных принтеров заметно снизилась. Так, в 1985 году модель HP LaserJet продавалась по цене 2995 долл., масса устройства составляла более 32 кг. Принтер LaserWriter компании Apple, оборудованный более мощным процессором, а также интерпретатором языка описания страниц Postscript, весил примерно столько же и стоил почти 7000 долл. (Правила работы на фабрике, где производили Laserwriter, запрещали рабочим поднимать устройства без посторонней помощи.) Современные лазерные принтеры располагают большим объёмом памяти, отличаются лучшими скоростными характеристиками, нередко комплектуются модулями автоматической двусторонней печати и стоят в районе 300 долл. Лазерные принтеры начального уровня стоят менее 100 долл.
Принцип действия
Отпечатки, сделанные таким способом, не боятся влаги, устойчивы к истиранию и выцветанию. Качество такого изображения очень высокое.
Процесс лазерной печати складывается из пяти последовательных шагов:
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 (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.
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.
Наложение тонера
Отрицательно заряженный ролик подачи 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<ref>Современный (на 2009) тонер является немагнитным, и применяется иная система подачи. 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.
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.
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.
Печатающий механизм
Центральный печатающий механизм — это фотовал, который представляет собой металлическую трубку, покрытую плёнкой из органического фоточувствительного проводника.
Цветные лазерные принтеры
Принцип многоцветной лазерной печати состоит в следующем. На начальном этапе процесса печати движок рендеринга берёт цифровой документ и обрабатывает его один или несколько раз, создавая его постраничное растровое изображение, разложенное по цветовым составляющим, соответствующим цветам используемых тонеров. На втором этапе лазер или массив светодиодов формирует распределение зарядов на поверхности вращающегося фоточувствительного барабана, подобное получаемому изображению. Заряженные мелкие частицы тонера, состоящего из красящего пигмента, смол и полимеров, притягиваются к заряженным участкам поверхности барабана.
Далее сквозь барабан прокатывается бумага, и тонер переносится на неё. В большинстве цветных лазерных принтеров используются четыре отдельных прохода, соответствующие разным цветам. Потом бумага проходит через «печку», которая расплавляет смолы и полимеры в тонере и фиксирует его на бумаге, создавая окончательное изображение.
Лазеры способны точно фокусироваться, в результате получаются очень тонкие лучи, которые разряжают необходимые участки фоточувствительного барабана. Благодаря этому современные лазерные принтеры, как цветные, так и чёрно-белые, имеют высокое разрешение.
Преимущества лазерных принтеров
Как правило, разрешение при чёрно-белой печати варьируется от 600 x 600 до 1 200 x 1 200, однако при цветной печати достигает 9 600 x 1 200. Цветные и чёрно-белые лазерные принтеры работают на практике одинаково. Отличие заключается в том, что для цветной печати используются четыре типа красящего тонера. Любой цвет вносит свою лепту в окончательное изображение, наносимое на лист бумаги. По сравнению со струйными принтерами, лазерные имеют немало преимуществ.
Они обладают большей скоростью, так как луч лазера может передвигаться значительно быстрее, чем печатающая головка с десятками и более того сотнями сопел, из которых в момент печати с определённым интервалом выпрыскиваются микроскопические капельки чернил.
Лазерные лучи ещё более точные и по причине компактной фокусировки позволяют обретать высокое разрешение. Лазерные принтеры экономичнее, чем струйные, просто вследствие того, что картриджей с тонером хватает не на одну тысячу страниц, а вот чернильные картриджи заканчиваются быстрее, и их приходится чаще заправлять или менять.
Цветные лазерные принтеры обеспечивают высокую скорость печати, дают качественные цветные и чёрно-белые отпечатки, а также привлекательную стоимость распечатки документов с учётом расходных материалов.
Недостатки лазерных принтеров
Окись углерода входит в состав химических соединений тонера и выделяется на этапе закрепления изображения. При большой концентрации в воздухе помещения может вызывать головную боль, слабость, сонливость и учащение пульса.
Наличие в конструкции элементов с высоким энергопотреблением (главный двигатель, печка) приводит к тому, что пиковая потребляемая мощность лазерного принтера достаточно высока, что делает невозможным подключение его к бытовым источникам бесперебойного питания средней и малой мощности.
