Как устроен лазерный принтер. Принцип работы лазерных принтеров

Лазерные принтеры широко применяются для печати документации в офисе и дома. Высокое качество печати и скорость работы обусловлены особенностями конструкции. Для того чтобы понять принцип работы оборудования, необходимо детально изучить устройство. Кратко рассмотреть этот вопрос не получиться, но чем детальнее мы все разберем, тем понятнее будет ответ.

Устройство лазерного принтера

В основе работы лазерного принтера лежит фотоэлектрический принцип ксерографии. Конструкция включает в себя сложные механизмы и узлы, которые можно разделить на три основных блока.

В основе лежит печатающий механизм.
За сканирование отвечает контроллер с растровым процессором.
Обмен данными осуществляется при помощи интерфейсного блока.

Элементы печатающего механизма:

фотобарабан со статическим зарядом, меняющийся в зависимости от освещения;
лазер и система зеркал обеспечивает засвечивание определённых участков на фотобарабане;
промежуточный блок, необходимый для переноса изображения на конечный носитель;
блок хранения и подачи тонера, в основе которого лежит картридж;
механизмы протяжки бумаги из лотка к печатающей головке;
нагревательные элементы для проявления изображения на листе.

Как устроен картридж

Картридж состоит из тонера и барабана. Тонер по химическому составу представляет собой измельчённый полимерный материал. Порошки в зависимости от производителя отличаются по консистенции и физическим свойствам. Тонер отличается от чернил качеством получаемого изображения, но при работе с ним необходимо соблюдать осторожность.

Важно. Для качественной печати на лазерном принтере необходимо вовремя менять расходные материалы. Заправлять некачественным тонером картриджи не рекомендуется.

Барабан представляет собой цилиндр с фотопроводящей поверхностью. Магнитный вал заряжает тонер, а лезвие очистки очищает от неиспользованного тонера.

Как работает лазерный принтер

Принцип работы лазерного принтера состоит в создании предварительного изображения на барабане и последующем переносе его на бумагу. Качественный отпечаток получается за счёт точечного нанесения точек на фотобарабан при помощи лазера и системы зеркал. В основе принципа действия лазерного принтера лежит физический процесс ксерографии.

Чтобы понять, как печатает устройство, необходимо детально изучить этапы и принцип работы лазерного принтера:

Обработка изображение и зарядка барабана заряженными частицами.
Далее происходит предварительное создание изображения.
Следующий этап включает в себя проявку при помощи тонера.

Закрепление происходит при помощи высоких температур. Конструкция обеспечивает высокое качество печати и скорость работы. Технология постоянно развивается, предлагая новые решения.

Заряд фотобарабана

Для того чтобы сформировать предварительное изображение, необходимо создать электрический заряд на поверхности барабана. Могут быть положительные и отрицательные частицы, в зависимости от модели принтера и особенностей конструкции.

Существует два способа передать заряд:

Коронатор представляет собой нить из вольфрама, содержащая вкрапления из золота или платины. Под воздействием напряжения, создаётся электрическое поле, которое переносится на барабан. При таком способе со временем ухудшается качество распечатанного материала.
Ролик заряда – это вал с нанесённым на него слоем из резины или поролона. При взаимодействии с барабаном передаётся электричество. При этом методе образуется пониженное напряжение, которое позволяет продлить срок службы сложным механизмам.

Экспонирование

Процесс создания предварительного изображения на фотобарабане называется экспонированием. На поверхности барабана полупроводниковое покрытие, которое при попадании света начинает проводить ток. Освещение появляется благодаря тонкому лучу лазера и сложной системе зеркал.

По заданным параметрам луч формирует изображение, снимая заряд на засвеченных участках. Нанесение рисунка или текста происходит точечно. В результате получается на поверхности из отрицательно заряженных частиц. Вращение барабана происходит при помощи шагового двигателя. Точки наносятся по всей окружности.

Проявка

Изображение проявляется при помощи тонера и магнитного вала. Механизм представляет собой трубку из металла с магнитным сердечником. При помощи вращения, тонер притягивается к валу. Дозирующее лезвие обеспечивает равномерное распределение краски по всей поверхности. Слой образуется путём прохождения тонера через зазор между лезвием и барабаном.

Внимание.Необходимо правильно установить механизм, чтобы избежать появление дефектов на распечатанном документе. Лишний тонер приводит к точкам и полоскам.

Магнитный вал работает циклично. В процессе работы притягиваются новые частицы, создавая изображение. Излишки порошка сбрасывают в специальный контейнер.

Перенос

На бумагу изображение переносится также при помощи заряда. Подвижные механизмы подают лист из лотка к фотобарабану, рядом с которым находится вал для переноса изображения. Частицы тонера передаются по схеме на бумажный носитель из-за статического напряжения. Излишки краски попадают обратно в бункер. При помощи специальных элементов, на поверхности листа удаляется пыль и мелкие частицы. Восстановление заряда после целого цикла происходит при помощи коротрона. Далее процесс повторяется, пока всё изображение не перенесётся на бумагу.

Закрепление

Следующим этапом печати на лазерном принтере происходит закрепление. Данный этап необходим, чтобы на бумаге осталось изображение. Под воздействием высоких температур, тонер начинает плавиться, что позволяет прочно закрепиться на поверхности. Когда лист проходит между двух роликов происходит нагрев.

Справка. В зависимости от модели печка может нагреть порошок до 200–350 °C.

Вид нагрева:

Термопленка используется в недорогих лазерных принтерах. Она сильно подвержена механическим воздействиям.
Тефлоновая конструкция нагревает поверхность при помощи лампы. Надёжная и долговечная конструкция.

Контроль температуры происходит при помощи датчика. В случае превышения значений, устройство автоматически отключается. Чтобы лист не приклеивался к барабану, на выходе стоит разделительный механизм. При соблюдении основных правил эксплуатации, данные элементы редко выходят из строя.

Цветная печать

Лазерная цветная печать широко используется для печати качественных изображений. С учётом того, что принтер создаёт субстрактивную цветовую модель, удаётся получить любой оттенок. Это происходит за счёт поглощения и отражения разных световых волн. При введении чёрного цвета, на выходе получаются насыщенные цвета. Лазерный принтер состоит из большого количества модулей и блоков, которые позволяют смешивать цвета, и переносить изображение на лист. Модели отличаются по техническим характеристикам и принципу работы.

Какой принцип печати используется в цветных лазерных принтерах?

В отличие от чёрно-белого принтера, принцип работы цветного оборудования отличается. Перед началом печати, принтер обрабатывает изображение и разбивает его на монохром. Всего используется четыре основных цвета: голубой, пурпурный, жёлтый и чёрный. Для каждого из них предусмотрен отдельный отсек. В процессе печати оттенки смешиваются. Модели отличаются по конструкции и принципу действия.

Способы цветной печати:

Цветной лазерный принтер является высокотехнологичным устройством. Изделие, как правило, имеет свой процессор и HDD. Широко применяется технология переноса изображения на промежуточную секцию. Способ позволяет продлить срок службы изделия, т. к. отсутствует контакт печатающего механизма с бумагой. Такие устройства подойдут для использования в офисе и в домашних условиях.

Цветные лазерные принтеры начинают активно завоевывать рынок печати. Если еще несколько лет назад цветная лазерная печать была для большинства организаций и тем более для отдельных граждан чем-то недосягаемым, то сейчас купить цветной лазерный принтер может позволить себе весьма широкий круг пользователей. Быстрорастущий парк цветных лазерных принтеров приводит к тому, что растет и интерес к ним со стороны служб технической поддержки.

Принципы цветной печати

В принтерах, как и в полиграфии для создания цветных изображений применяется субтрактивная цветовая модель, а не аддитивная, как в мониторах и сканерах, в которых любой цвет и оттенок получается смешением трех основных цветов – R (красный), G (зеленый), B (синий). Субтрактивная модель цветоделения называется так потому, что для образования какого-либо оттенка надо вычесть из белого цвета “лишние” составляющие. В печатающих устройствах для получения любого оттенка в качестве основных цветов используют: Cyan (голубой, бирюзовый), Magenta (пурпурный), Yellow (желтый) . Эта цветовая модель получила название CMY по первым буквам основных цветов.

В субтрактивной модели при смешивании двух или более цветов дополнительные цвета получаются посредством поглощения одних световых волн и отражения других. Голубая краска, например, поглощает красный цвет и отражает зеленый и синий; пурпурная краска поглощает зеленый цвет и отражает красный и синий; а желтая краска поглощает синий цвет и отражает красный и зеленый. При смешивании основных составляющих субтрактивной модели можно получить различные цвета, которые описаны ниже:

Голубой + Желтый = Зеленый

Пурпурный + Желтый = Красный

Пурпурный + Голубой = Синий

Пурпурный + Голубой + Желтый = Черный

Стоит отметить, что для получения черного цвета необходимо смешать все три составляющие, т.е. голубой, пурпурный и желтый, однако получить качественный черный цвет таким образом, практически невозможно. Получаемый цвет будет не черным, а скорее грязно-серым. Для устранения такого недостатка к трем основным цветам добавляется еще один – черный. Такая расширенная цветовая модель называется CMYK (C yan-M agenta-Y ellow-blacK – голубой-пурпурный-желтый-черный). Введение черного цвета позволяет значительно повысить качество цветопередачи.

Принтер HP Color LaserJet 8500

После того, как мы обсудили общие принципы построения и работы цветных лазерных принтеров, стоит ознакомиться более подробно с их устройством, механизмами, модулями и блоками. Это лучше всего сделать на примере какого-нибудь принтера. В качестве такого примера давайте возьмем принтер фирмы Hewlett-Packard Color LaserJet 8500.

Основными его характеристиками являются :
- разрешающая способность: 600 DPI;
- скорость печати в “цветном” режиме: 6 стр/мин.;
- скорость печати в “черно-белом” режиме: 24 стр./мин.

Основные узлы принтера и их взаимное расположение приводится на рис.5.

Формирование изображения начинается с того, что с поверхности фотобарабана снимаются (нейтрализуются) остаточные потенциалы. Это делается для того, чтобы последующий заряд фотобарабана был более равномерным, т.е. перед зарядом он полностью разряжается. Снятие остаточных потенциалов осуществляется путем засвечивания всей поверхности барабана специальной лампой предварительного (кондиционирующего) экспонирования, которая представляет собой линейку светодиодов (рис.7).

Далее на поверхности фотобарабана создается высоковольтный (до -600В) отрицательный потенциал. Заряжается барабан коротроном в виде ролика из токопроводящей резины (рис.8). На коротрон подается переменное напряжение синусоидальной формы с отрицательной постоянной составляющей. Переменная составляющая (АС) обеспечивает равномерное распределение зарядов на поверхности, а постоянная составляющая (DC) заряжает барабан. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности печати (плотности тонера), что делается с помощью драйвера принтера или регулировками через панель управления. Увеличение отрицательного потенциала приводит к уменьшению плотности, т.е. к более светлому изображению, уменьшение же потенциала – наоборот, к более плотному (темному) изображению. Фотобарабан (его внутренняя металлическая основа) должен быть обязательно “заземлен”.

После всего этого на поверхности фотобарабана лазерным лучом создается изображение в виде заряженных и незаряженных участков. Световой пучок лазера, попадая на поверхность барабана, разряжает данный участок. Лазером засвечиваются те участки барабана, на которых должен быть тонер. Те участки, которые должны быть белыми, лазером не засвечиваются, и на них остается высокий отрицательный потенциал. Луч лазера перемещается по поверхности барабана с помощью вращающегося шестигранного зеркала, находящегося в сборке лазера. Изображение на барабане называют скрытым электрографическим изображением, т.к. оно представлено в виде невидимых электростатических потенциалов.

Скрытое электрографическое изображение становится видимым после прохождения через узел проявки. Проявительный модуль черного тонера является стационарным и находится в постоянном соприкосновении c фотобарабаном (рис.9).

Цветной проявительный модуль представляет собой карусельный механизм с поочередной подачей “цветных” картриджей к поверхности барабана (рис.10). Черный тонер-порошок является магнитным однокомпонентным, а цветные порошки – однокомпонентные, но немагнитные. Любой тонер-порошок заряжается до отрицательного потенциала за счет трения о поверхность проявительного вала и дозировочный ракель. За счет разности потенциалов и кулоновского взаимодействия зарядов, отрицательно заряженные частички тонера притягиваются к тем участкам фотобарабана, которые разряжены лазером и отталкиваются от участков с высоким отрицательным потенциалом, т.е. от тех, которые не засвечивались лазером. В каждый момент времени осуществляется проявка тонером только одного цвета. В момент проявки на проявительный вал подается напряжение смещения, которое вызывает перенос тонера с проявительного вала на фотобарабан. Это напряжение представляет собой переменное напряжение прямоугольной формы с отрицательной постоянной составляющей. Уровень постоянной составляющей может регулироваться при изменении плотности тонера. После окончания процедуры проявки изображение на фотобарабане становится видимым, и его необходимо перенести на барабан переноса.

Поэтому следующим этапом в создании изображения является передача проявленного изображения на барабан переноса. Этот этап называют этапом первичного переноса. Перенос тонера с одного барабана на другой происходит за счет электростатической разности потенциалов, т.е. отрицательно заряженные частички тонера должны притянуться положительным потенциалом на поверхности барабана переноса. Для этого на поверхность барабана переноса подается положительное напряжение смещения постоянного тока от специального источника питания, в результате чего вся поверхность этого барабана имеет положительный потенциал. При полноцветной печати напряжение смещения на барабане переноса должно постоянно увеличиваться, т.к. после каждого прохода количество отрицательно заряженного тонера на барабане возрастает. И для того, чтобы тонер мог переноситься и ложиться поверх уже существующего тонера, напряжение переноса увеличивается с каждым новым цветом. Этот этап формирования изображения показан на рис.11.

В процессе переноса тонера на барабан переноса отдельные частички тонера могут остаться на поверхности фотобарабана, и они должны быть удалены, чтобы не искажать последующее изображение. Для удаления остатков тонера в принтере имеется блок очистки фотобарабана (см. рис 17). В составе этого модуля имеется специальный вал – кисть для снятия заряда с тонера и фотобарабана – это ослабляет силу притяжения тонера к фотобарабану. Также имеется традиционный очистительный ракель, который соскребает тонер в специальный бункер, где он и хранится до тех пор, пока очистительный модуль не будет заменен или не будет вычищен.

Далее фотобарабан снова заряжается (после предварительного разряда), и процесс повторяется до тех пор, пока на барабане переноса не будет полностью сформировано изображение соответствующего цвета. Поэтому размер барабана переноса должен полностью соответствовать формату печати, т.е. в данной модели принтера длина окружности этого барабана соответствует длине листа формата А3 (420 мм). После нанесения тонера одного цвета процесс формирования изображения полностью повторяется с той лишь разницей, что используется проявительный блок другого цвета. Для использования другого проявительного узла карусельный механизм поворачивается на заданный угол и подводит “новый” проявительный вал к поверхности фотобарабана. Таким образом, при формировании полноцветного изображения, состоящего из четырех цветовых составляющих, барабан переноса проворачивается четыре раза, и на каждом обороте к уже существующему тонеру добавляется тонер другого цвета. При этом первым наносится порошок желтого цвета, потом пурпурного, потом голубого и уже последним наносится черный порошок. В итоге, на барабане переноса создается полноцветное видимое изображение, состоящее из частичек четырех разноцветных тонер-порошков.

После того, как тонер-порошок оказывается на поверхности барабана переноса, он проходит через блок дополнительного заряда. Этот блок (рис.12) представляет собой проволочный коротон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы (АС) с отрицательной постоянной составляющей (DC). Этим напряжением тонер порошок дополнительно заряжается, т.е. его отрицательный потенциал становится выше, что будет способствовать более эффективному переносу тонера на бумагу. Кроме того, дополнительное напряжение уменьшает значение положительного потенциала барабана переноса, что способствует правильному расположению тонера на барабане переноса и препятствует смещению тонера. Как результат этого – точное воспроизведение цветовых оттенков. Напряжение дополнительного заряда подается на барабан переноса во время нанесения желтого тонера, т.е. в самом начале процесса формирования изображения. При нанесении желтого тонер-порошка напряжение дополнительного заряда устанавливается на минимальное значение, и после нанесения каждого нового цвета это напряжение увеличивается. Максимальное напряжение дополнительного заряда подается во время нанесения черного тонера.

Далее полноцветное видимое изображение с барабана переноса должно быть перенесено на бумагу. Этот процесс переноса получил название вторичного переноса. Вторичный перенос осуществляется еще одним коротроном, выполненным в виде транспортного ремня (рис.13). Тонер перемещается на бумагу под действием электростатических сил, т.е. за счет разности потенциалов тонер-порошка (отрицательный) и коротрона вторичного переноса, на который подается положительное напряжение смещения. Так как вторичный перенос осуществляется только после четырех оборотов барабана переноса, транспортный ремень коротрона должен подать бумагу только тогда, когда все цвета нанесены, т.е. во время уже четвертого оборота, а до этого момента времени ремень должен быть в таком положении, чтобы бумага не касалась барабана переноса.

Таким образом, транспортный ремень во время создания изображения опущен вниз, и не соприкасается с барабаном переноса, а в момент вторичного переноса поднят вверх и касается этого барабана. Перемещение транспортного ремня коротрона осуществляется эксцентриковым кулачком, который приводится в действие электрической муфтой по команде от микроконтроллера (рис.14).

При вторичном переносе лист бумаги может притягиваться к поверхности барабана переноса за счет разницы электростатических потенциалов. Это может стать причиной накручивания листа бумаги на барабан, и соответственно к замятию бумаги. Для предотвращения такого явления в составе принтера имеется система отделения бумаги и снятия с нее статического потенциала. Система представляет собой коротрон, на который подается переменное напряжение синусоидальной формы с положительной постоянной составляющей. Расположение коротрона относительно бумаги и барабана переноса показано на рис.15.

На этапе вторичного переноса некоторые частички тонера не переносятся на бумагу, а остаются на поверхности барабана. Чтобы эти частички не мешали созданию следующего листа и не искажали изображения необходимо произвести очистку барабана переноса и удалить остатки тонера. Очистка барабана переноса является достаточно сложным процессом. Для этой процедуры задействуется специальный ролик очистки, фотобарабан и блок очистки фотобарабана. Очистка барабана переноса должна осуществляться не постоянно, а только после вторичного переноса, т.е. система очистки должна управляться аналогично коротрону переноса. Пока создается изображение, система очистки не активна, а когда начинается перенос тонера на бумагу - включается. Первым этапом очистки является перезаряд остаточного тонер-порошка, т.е. его потенциал меняется с отрицательного на положительный. Для этого применяется ролик очистки, на который подается переменное синусоидальное напряжение с положительной постоянной составляющей. Этот ролик прижимается к поверхности фотобарабана в период очистки, а в процессе создания изображения он откидывается. Управляется ролик эксцентриковым кулачком, который в свою очередь приводится в действие соленоидом (рис.16).

После этого положительно заряженный тонер переносится на фотобарабан, на котором по-прежнему имеется отрицательное напряжение смещения. И уже с поверхности фотобарабана тонер счищается очистительным ракелем блока очистки фотобарабана (рис.17).

Заканчивается создание полноцветного изображения фиксацией тонера на бумаге с помощью температуры и давления. Лист бумаги проходит между двумя роликами блока фиксации (печки), разогревается до температуры порядка 200 ºС, тонер расплавляется и вдавливается в поверхность бумаги. Для предотвращения прилипания тонера к печке на нагревательный вал подается отрицательное напряжение смещения, в результате чего отрицательный тонер-порошок остается на бумаге, а не на тефлоновом валу.

Мы рассмотрели принцип работы только одного принтера одной фирмы. Другими производителями могут применяться и иные принципы формирования изображения и другие технические решения при построении принтеров, однако, все эти решения будут весьма близки к тем, что были рассмотрены ранее.

Лазерный принтер – одно из оригинально разработанных электронных устройств, чья работа основана на ксерографировании или электрофотографии. Но если Вам интересно как работают лазерные принтеры, выдавая четкие и ровно напечатанные страницы, то для Вас будет интересно прочитать эту статью. В этой статье мы попробуем вкратце дать объяснение принципу работы лазерного принтера.

Лазерные принтеры способны распечатывать страницы быстрее, чем старые матричные и струйные принтеры. Кроме превосходства перед другими принтерами в скорости, лазерный принтер превосходит их в точности печати. Но как лазер, который представляет собой монохроматический луч света, способствует процессу печати в принтере? В этой статье мы постараемся выяснить, на каком принципе основана работа лазерного принтера. Прочитав эту статью, Вы наверняка будете больше ценить это удивительное электронное изобретение.

О лазерном принтере

Гари Старквезер изобрел лазерный принтер в 1969 году, работая на ксероксе. Он использовал принцип ксерографической печати, усовершенствовав тем самым скорость печати, в прошествии нескольких десятилетий данный принтер быстро завоевал рынок. Первый коммерческий вариант лазерного принтера была модель IBM 3800, которая имела размер большой комнаты. В процессе технологического развития лазерный принтер также усовершенствовался и стал значительно меньше в размерах, более аккуратным, и стал гораздо быстрее распечатывать страницы. Технология производства, которая изначально стоила тысячи долларов, в настоящее время очень сильно изменилась, а стоимость лазерного принтера не превышает 100 долларов. Портативные лазерные принтеры являются главным выбором в большинстве учреждений. Итак, давайте разберемся, как так получилось, что лазерный принтер способен печатать около 200 страниц в минуту

Как работает лазерный принтер?

Чтобы выяснить, как работает лазерный принтер необходимо понять лишь единственный физический закон – «разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые заряды отталкиваются». Давайте проследим работу лазерного принтера при каждом шаге печати страницы. Вы загружаете в отсек принтера чистую бумагу и подаёте команду на печать, через несколько секунд Вы получаете аккуратно распечатанные страницы. Но, что происходит в эти несколько секунд!?

Шаг1: Орган управления принтера получает набор данных и создаёт растровое изображение
Как только Вы подали команду принтеру на печать, персональный компьютер кодирует информацию страницы с помощью специального машинного «языка управления печатью». Затем кодированную информацию получает орган управления принтера, он считывает её и подготавливает страницу согласно исходным условиям печати, а затем подаёт сигнал устройству для растрового сканирования, которое в свою очередь уже преобразовывает сигнал в битовое или растровое изображение. Изображение временно сохраняется в памяти принтера, после чего начинается процесс печати.
Шаг2: Вращающийся барабан фоторецептора обладает положительным зарядом
Центральным местом лазерного принтера является барабан с фотопроводящей поверхностью, которая обладает определённым зарядом до тех пор, пока на неё не будет подан свет лазера, который в свою очередь заставляет эту поверхность разряжаться. Попадая на определённую область поверхности барабана, фотоны света (элементарные частицы, квант электромагнитного излучения) в этом месте увеличивают проводимость и заставляют эту область разряжаться. Т.е. можно сказать, что фотоны света убирают заряды из области попадания фотонов на поверхности вращающегося барабана.
Поддержание постоянного заряда поверхности барабана происходит благодаря использованию скоротрона (натянутый провод, который находится под напряжением относительно барабана). Заряд на поверхности может быть как положительным, так и отрицательным. Давайте договоримся, что в дальнейшем барабан обладает положительным зарядом.
Шаг3: Лазер делает электростатический рисунок страницы на фоточувствительной поверхности
В процессе печати вращающийся барабан подвергается воздействию луча лазера. Используя целый комплекс из зеркал и линз, лазер набрасывает битовое изображение на поверхности барабана. Согласно условиям печати растровый процессор направляет лазерный луч на движущуюся фоточувствительную поверхность барабана. Области, в которых фотоны попадают на поверхность, разряжается, создавая сеть с отрицательным зарядом на положительно заряженной поверхности вращающегося барабана. Часть за частью, цельное битовое или растровое изображение вытравливается на поверхности в виде отрицательной электростатической картинки. Представьте оконное стекло, покрытое пылью. Вы можете на таком окне что-то нарисовать, стирая пыль со стекла пальцем, также и лазер рисует нужную картинку на поверхности барабана, стирая с неё положительные заряды.
Шаг:4 Положительно заряженные частицы тонера (красящего порошка) встраиваются в области с отрицательными зарядами
В ходе своей работы вращающийся барабан взаимодействует с положительно заряженными частицами тонера, который располагается в специальном бункере. Тонер представляет собой сухой порошок, сделанный из пигмента и пластичного полимера. Т.к. разноимённые заряды притягиваются, одноимённые заряды отталкиваются, то положительно заряженная поверхность барабана отталкивает частицы тонера. Но отрицательно заряженные (разраженные) области этой поверхности, которые в целом составляют электростатическую картину страницы, притягивают частицы тонера. Именно таким образом частицы тонера внедряются на поверхность барабана, прямо на места электростатической картины страницы.
Шаг5: Чистая страница пропускается через барабан, происходить печать
На данном этапе содержащийся на поверхности барабана тонер соприкасается с отрицательно заряженным чистым листом бумаги. Как только поверхность бумаги соприкасается с барабаном, уже положительно заряженные частицы тонера прилипают к бумаге, создавая необходимую нам страницу. После этого листок бумаги выкатывается из барабана, с прикреплёнными на нём частицами тонера.
Шаг 6: С помощью нагретых роликов тонер закрепляется на бумаге
Листок бумаги с нанесённым тонером пропускается через нагретую тефлоновую поверхность специально предусмотренных роликов, при этом расплавляется содержащийся в тонере пластик, что окончательно прикрепляет тонер к бумаге. И в конечном итоге мы получаем точную физическую копию имеющегося в электронном виде документа! Лист бумаги выкатывается из принтера, и мы можем использовать распечатанный документ в своих целях.

Таким образом, использование ксерографической техники печати, лазера, с помощью которого вытравливается электростатическая картинка страницы на положительно заряженной фоточувствительной поверхности специального вращающегося барабана, происходит точное присоединение заряженных частиц тонера к фоточувствительной поверхности барабана. Благодаря всему этому лазерный принтер предоставляет нам чётко напечатанные страницы на необыкновенно высокой скорости печати. Если сравнить лазерный и струйный принтер, лазерный принтер в этом случае будет вне конкуренции именно благодаря технологии, применяемой в нём. В то время как струйному принтеру необходимо распылять чернила, лазерному принтеру остаётся только позволить частицам тонера прикреплять к фоточувствительной поверхности, что естественно делает процесс печати проще и аккуратнее. Мы надеемся, что этот короткое описание, объясняющее принцип работы лазерного принтера, было для Вас интересным. Лазерный принцип – это отличный демонстрация того, что соединение простых научных законов могут удачно служить человеку.

Большим спросом для офисных нужд пользуются лазерные печатающие устройства. Применяется эта техника и для дома. Отличные потребительские качества обусловлены принципом работы лазерного принтера. Об этом, а также о конструктивных особенностях аппарата, его достоинствах и недостатках пойдет речь в данном материале.

Суть лазерной технологии печати

Печатный процесс в лазерном принтере базируется на технологии получения оттиска на бумаге при помощи сухих чернил под воздействием статического электричества, изобретенной в 1938 году. В конце 70-х годов для автоматизации работы в копировальных машинах стал использоваться лазерный луч. Спустя почти 20 лет усовершенствования технологии позволили выпускать лазерные аппараты настольного размещения.

В современных лазерных принтерах, а также МФУ со сканером и копиром изображение формируется методом фотоэлектрической ксерографии и фиксируется находящимся под воздействием тепла специальным тонером, которым заправляются сменные картриджи .

Конструктивные элементы лазерного принтера

Вне зависимости от модели любой лазерный печатный аппарат имеет модульную конструкцию из следующих частей:

модуль лазерного сканирования (печатная плата);
блок формирования изображения (картридж);
блок подачи бумаги;
термоузел.

Печатная плата представляет собой защищенный крышкой модуль, состоящий из следующих элементов: полупроводникового лазера с линзой, фокусирующей луч, вращающегося при помощи мотора зеркала, группы направляющих лазерный луч линз, а также зеркала.

Важно! Генерируемый печатной платой лазерный луч направляется в формирующий изображение модуль - картридж.

Особенность конструкции картриджа

Конструкция картриджа для лазерного принтера представляет собой отдельный сменный корпус с находящимися внутри элементами, предназначение которых «для чайников» не слишком понятно. В их числе:

фоточувствительный барабан;
зарядный ролик;
ракель для очистки фотослоя от остатков красящих частиц;
резервуар с тонером;
магнитный вал с сердечником;
дозировщик красящего порошка, так называемый «Доктор»;
пломба (снимается при установке в принтер).

В отличие от матричных и струйных моделей принтеров, у которых символы, передаваемые процессором на печатную головку, воспроизводятся на бумаге посредством красящей ленты или капель краски, процесс печати в лазерном аппарате многошаговый. Так, сначала происходит предварительный заряд фотобарабана, затем зкспонирование скрытого изображения лазером, далее перенос оттиска на бумагу с последующей его тепловой обработкой .

Основные расходные материалы

Основным расходным материалом лазерного печатного оборудования является картридж. После того, как важный узел выработал свой ресурс, у пользователя есть три варианта обслуживания.

Купить новый оригинальный экземпляр на замену, что довольно дорого.
Приобрести совместимый печатный узел от стороннего производителя. Это приемлемый эконом - вариант.
Воспользоваться услугами сервисной фирмы, специализирующейся на ремонте и обслуживании оргтехники, в перечне услуг которой есть восстановление/дозаправка картриджей . Это супер-эконом вариант. Но после 3-4 заправок изнашивается фотобарабан, и придется пользоваться 1 или 2 вариантом.

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.

Магнитный вал, часть которого находится в заправочном отсеке, притягивает частички порошка, и те через «Доктор» дозированными порциями направляются к фоточувствительному барабану.
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

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.

Достоинства и недостатки лазерной печати

Лазерная оргтехника очень популярна, высокотехнологична и производительна. Многие пользователи отдают ей предпочтение за такие достоинства:

высокую производительность;
большие ресурсные возможности;
низкую себестоимость печати;
неприхотливость в обслуживании;
быстрое высыхание оттиска;
стойкость опечатанного изображения к внешним воздействиям (влаге, теплу);
низкий уровень шума при работе;
длительное хранение тонера, исключающее высыхание краски;
высокую скорость печати и т.д.

Это главные преимущества представителей всех ценовых сегментов, благодаря которым лазерная техника лидирует по востребованности.

Однако технические характеристики лазерных устройств вывода не подходят для печати сложной 3d графики, фотографий, файлов в формате gif. Еще одним недостатком можно назвать стоимость устройств – самые доступные по цене аппараты в 2-3 раза дороже струйников.

Кратко резюмируя вышеприведенную информацию, следует отметить, что лазерные модели оргтехники пользуются спросом, когда необходимо много и быстро печатать. Однако это не касается фотографических оттисков, так как к ним предъявляются повышенные требования к цветопередаче, которую обеспечить лазерные аппараты не смогут. Более подробно о технологии такой печати можно посмотреть на тематическом видео.

Лучшие принтеры 2019 года

Принтер KYOCERA ECOSYS P3045dn на Яндекс Маркете

Принтер KYOCERA ECOSYS P2040dw на Яндекс Маркете

Принтер HP Color LaserJet Enterprise M553n на Яндекс Маркете

Принтер Canon i-SENSYS LBP212dw на Яндекс Маркете

Принтер KYOCERA ECOSYS P5026cdw на Яндекс Маркете

Лазерные принтеры обеспечивают более высокое качество, чем струйные принтеры. Наиболее известными фирмами - разработчиками лазерных принтеров являются Hewlett-Packard, Lexmark.

Принцип действия лазерного принтера основан на методе сухого электростатического переноса изображения, изобретенном Ч.Ф.Карлсоном в 1939 г. и реализуемом также в копировальных аппаратах. Функциональная схема лазерного принтера приведена на рис. 5.6. Основным элементом конструкции является вращающийся барабан , служащий промежуточным носителем, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу.

Рис. 5.6. Функциональная схема лазерного принтера

Барабан представляет собой цилиндр, покрытый тонкой пленкой светопроводящего полупроводника. Обычно в качестве такого полупроводника используется оксид цинка или селен. По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Это обеспечивается тонкой проволокой или сеткой, называемой коронирующим проводом, или коротроном. На этот провод подается высокое напряжение, вызывающее возникновение вокруг него светящейся ионизированной области, называемой короной.

Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Развертка изображения происходит так же, как и в телевизионном кинескопе: движением луча по строке и кадру. С помощью вращающегося зеркала луч скользит вдоль цилиндра, причем его яркость меняется скачком: от полного света до полной темноты, и так же скачкообразно (поточечно) заряжается цилиндр. Этот луч, достигнув барабана, изменяет его электрический заряд в точке прикосновения. Размер заряженной площади зависит от фокусировки луча лазера. Фокусируется луч с помощью объектива. Признаком хорошей фокусировки считают наличие четких кромок и углов на изображении. Для некоторых типов принтеров в процессе подзарядки потенциал поверхности барабана уменьшается от 900 до 200 В. Таким образом, на барабане, промежуточном носителе, возникает скрытая копия изображения в виде электростатического рельефа.

На следующем этапе на фотонаборный барабан наносится тонер - краска, представляющая собой мельчайшие частицы. Под действием статического заряда частицы легко притягиваются к поверхности барабана в точках, подвергшихся экспозиции, и формируют изображение уже в виде рельефа красителя.

Бумага втягивается из подающего лотка и с помощью системы валиков перемещается к барабану. Перед самым барабаном корот-рон сообщает бумаге статический заряд. Затем бумага соприкасается с барабаном и притягивает благодаря своему заряду частички тонера, нанесенные ранее на барабан.

Для фиксации тонера бумага пропускается между двумя роликами с температурой около 180 "С. После окончания процесса печати барабан полностью разряжается, очищается от прилипших лишних частиц для осуществления нового процесса печати. Лазерный принтер является постраничным , т. е. формирует для печати полную страницу.

Процесс работы лазерного принтера с момента получения команды от компьютера до выхода отпечатанного листа можно разделить на несколько взаимосвязанных этапов, во время которых оказываются задействованными такие функциональные компоненты принтера, как центральный процессор; процессор развертки; плата управления двигателем зеркала; усилитель яркости луча; блок управления температурой; блок управления подачей листа; плата управления протяжкой бумаги; интерфейсная плата; блок питания; плата кнопок и индикации управляющей панели; дополнительные платы расширения ОЗУ. По сути, функционирование лазерного принтера подобно компьютеру: тот же центральный процессор, на котором сосредоточены главные функции взаимосвязи и управления; ОЗУ, где размещаются данные и шрифты, интерфейсные платы и плата управляющей панели, осуществляющие связь принтера с другими устройствами, узел печати, выдающий информацию на лист бумаги.