Что такое лазерный принтер, как работает, из чего состоит, как устроен

Принцип работы лазерного принтера не такой сложный, как может показаться рядовому пользователю, ранее не вникающему в устройство работы офисной техники. В этой статье мы детально разберемся из чего состоит и как устроен аппарат. Поможет в этом подробная схема действия «лазерника». Отдельно рассмотрим, что такое картридж и благодаря чему тот печатает, чем собственно выполняет 80% работы всего механизма.

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.

Из чего состоит техника

В магазинах можно купить модель под любые нужды с минимальным или очень большим набором разных функций. Но в основе каждого лазерного принтера лежит одна и та же технология и принцип действия. Основа — фотоэлектрическая ксерография, а внутри устройство можно разделить на несколько больших частей.

1. Механизм сканирования лазером. Блок состоит из большого количества линз и зеркал. Все они способны вращаться, чтобы в итоге наносить нужное изображение на поверхность фотобарабана. Само нанесения происходит специальным лазером только в нужных местах. Получается невидимая картинка, потому как попросту изменяется заряд поверхности, и невооруженным глазом это увидеть нереально. Управляет работой сканирующего механизма контроллер с растровым процессором.
2. Блок переноса изображения на бумагу. Второй блок состоит из картриджа и ролика переноса заряда. Сам же картридж довольно сложный механизм, который включает в себя фотобарабан, вал заряда и магнитный. Именно фотовал может менять свой заряд под воздействием работы лазера.
3. Узел, в котором происходит финальное закрепление на бумаге. Когда тонер с фотоцилиндра попадает на бумагу, то сразу же помещается в печку принтера, где под высокой температурой плавится и закрепляется на поверхности листов.

Обмен данными и «общение» между разными узлами принтера происходит при помощи интерфейсного блока.

• В большинстве случаев в лазерных устройствах используются порошковые красители, которые изначально имеют положительный заряд. Потому лазер будет «рисовать» изображение отрицательным, за счет чего произойдет притягивание тонера к поверхности фотовала. Такой вариант используется в технике фирм Xerox, HP, Canon. Это позволяет максимально детализировать рисунок на бумаге.
• В технике брендов Brother, Epson и Kyocera применяется другая методика. Тонер имеет отрицательный заряд, а лазер меняет заряд не участков, куда в будущем попадет краситель, а наоборот — места, где тот не будет находится. Такой вариант позволяет добиться на бумаге большей равномерности распределения красителя на поверхности.
• Некоторая «обработка» происходит и с бумагой после ее попадания внутрь принтера. Меняется ее свойство с помощью ролика переноса. А если быть точным, то попросту убирается статический заряд после применения нейтрализатора. Это в будущем предотвращает ее притягивание к фотовалу.
• Тонер-порошок имеет в своем составе вещества, которые легко плавятся при высоких температурах и надежно крепятся к бумаге. Распечатки лазерного принтера не стираются и хорошо сохраняются продолжительное время.

Устройство картриджа

Основным элементом любого печатающего устройства является картридж. Это может быть обычный, который состоит из двух бункеров, для тонера и отработки, и фотоцилиндра. Еще бывают драм-картриджи. Их конструкция позволяет разделить его на тонер и фотоэлемент.

Внутри одного из отсеков находится тонер. Это специальный мелкозернистый порошок черного цвета или пурпурного, желтого и синего оттенков, если речь идет о цветном принтере. Вещество имеет определенные физические свойства, а у разных производителей они отличаются величиной зерна, намагниченностью и дисперсностью. Потому не существует универсального красителя, который подходит ко всем моделям принтеров.

Выглядит картридж примерно так, как указано на рисунке ниже. В зависимости от модели внешний вид может отличаться. Но принцип печати лазерного принтера остается неизменным независимо от конструкции. Состоит из таких частей:

• Бункер для тонера, в котором хранится порошок, ожидая своего времени применения для печати.
• Магнитный вал, через который тонер попадает с места хранения на фотоэлемент.
• Дозирующее лезвие контролирует толщину слоя порошка, который наносится на поверхность барабана.
• Ракель очищает фотобарабан после его контакта с листом бумаги после переноса красителя на бумагу от его остатков.
• Ролик заряда производит заряд поверхности фотовала.
• Отсек для отработанного порошка.
• Некоторые модели оснащаются чипами. Это небольшие по размеру микроплаты для сбора информации о количестве распечатанных листов. Чип может быть заменен при необходимости.

Практически все основные элементы со временем приходят в негодность, но могут быть заменены, так как являются расходными материалами. Сам картридж можно перезаправлять большое количество раз до полного износа шестерен и элементов корпуса.

Схема и принцип действия

Заряд фотобарабана

Фотоцилиндр лазерного картриджа покрыт специальным чувствительным слоем зеленого или синего цвета. Реже, но бывают и другие оттенки. В зависимости от производителя лазерного принтера, заряд, переданный на вал, может быть положительного и отрицательного заряда. Сам же процесс может быть осуществлен двумя способами.

1. Используется специальная вольфрамовая нить (коротрон) с покрытием углеродными,  а также золотыми или платиновыми частицами. Для заряда фотобарабана создается магнитное поле за счет высокого напряжения, подаваемого на нить. Основным минусом этого элемента является постоянное загрязнение, что приводит к ухудшению отображения рисунка или текста уже на бумаге.
2. Ролик заряда более качественно (не оставляет загрязнения на бумаге со временем) выполняет работу чем коротрон. Он выполняет ту же функцию. Визуально выглядит как металлический вал, покрытый проводящим электричество веществом. В основном это специальная резина или поролон. Передача заряда происходит во время прикасания с фотовалом. Ресурс ролика гораздо меньше, чем у коротрона.

Создание изображения

На этом этапе на поверхности фотовала формируется невидимое изображение, которое соответствует тому, что Вы видите на экране монитора своего компьютера или ноутбука. Этот процесс называется экспонированием. Рисунок занимает поверхность с отрицательным или положительным зарядом. Работу по смене заряда производит лазерный луч, который сначала попадает на зеркало, а потом на линзу.

Одна строчка рисунка формируется включением или выключением лазера. Потом барабан проворачивается и наносится новая часть картинки. Все происходит за считаные доли секунды. Лишний тонер собирается ракелем и попадает в бункер отходов.

Проявка

Основной частью этого процесса является магнитный вал в виде металлической трубки с магнитным сердечником внутри. Деталь плотно прилегает к фотоцилиндру и бункеру с тонером. Во время работы он крутится, а за счет наличия магнита внутри, притягивает на свою поверхность краситель. Одновременно наносит тонер на поверхность фотоэлемента. В местах, где заряд тонера отличается от такой же характеристики вала, чернила «прилипают».

Перенос на бумагу

В этой части процесса применяется ролик переноса. Металлическая основа позволяет изменять его заряд, а тем самым передавать его листам бумаги. Аналогично как с магнитным валом, происходит «передача» порошка с фотовала уже на бумагу. Статическое напряжение позволяет удерживать порошок на поверхности, но вне принтера он попросту будет рассыпаться по листу.

Закрепление

Чтобы тонер на поверхности был надежно закреплен, его, в прямом смысле слова, запекают в бумагу. Этому способствует свойство тонера расплавляться под воздействием высокой температуры, которая создается печкой внутри лазерного принтера. А также в процессе участвуют два вала. На верхнем расположен нагревательный элемент, а нижний производит вдавливанием бумаги для надежной фиксации. Термопленка, которая участвует в процессе, нагревается до температуры около 200 градусов. Схематически все выглядит так.

 

Пленка используется в моделях бюджетных серий. В более дорогих применяется тефлон и лампы. Это увеличивает срок службы механизма закрепления.

Видео

Особенности цветной печати

Зачастую в цветном лазерном принтере используются четыре картриджа: черный, синий, пурпурный и желтый. В более дорогих и современных моделях их может быть больше. Принцип работы аналогичен монохромному варианту, но незначительно отличается за счет необходимости нанесения не одного, а сразу нескольких разных оттенков. В процессе каждый картридж наносит свой цвет отдельно от остальных. В зависимости от количества проходов, разделяют такой тип техники на одно и многопроходные.

• В многопроходном варианте используется «посредник». Это может быть отдельный вал или лента. Сначала наносится один цвет за первый оборот фотовала. Потом второй и все остальные по очереди. Время работы увеличивается в четыре раза для полного нанесения цветного изображения. После этого готовая картинка попадает непосредственно на бумагу.
• При однопроходном варианте все четыре картриджа наносят свой рисунок одновременно при первом же проходе валов. Они оборудованы каждый своей системой лазеров и переносным роликом. Такой способ нанесения более быстрый по скорости. И также по стоимости покупки подобные принтеры дороже обычных.

Важные особенности цветных лазерных принтеров:

• Лазерная цветная печать фотографий и рисунков на таком принтере выходит не такая качественная, если сравнивать с работой струйных устройств. Вся проблема в сложности передачи тонов сухими красителями. Но для распечатки графиков и диаграмм больше подходят «лазерники», а потому и более популярны как раз в офисах.
• Цветной аппарат дороже монохромного значительно, а потому такая техника пользуется меньшим спросом среди домашних пользователей. Обслуживание и расходные материалы также не из бюджетного сегмента. Это стоит учитывать и узнавать детали по каждой отдельной марке еще до покупки.

Достоинства лазерных принтеров

• Скорость печати намного выше у большинства моделей в сравнении со струйной печатью. Некоторые могут печатать даже более 30 листов за одну минуту.
• Цена отпечатка за счет низкой цены красителей и других расходных материалов ниже аналогов.
• Большой срок службы при должном уходе.
• Высокое качество печати текстовой информации.
• Менее проблемные в работе, чем принтеры с картриджами на жидких чернилах.

Существует теория, что «тонерный» порошок вреден для человека и природы. Это действительно так, если применять технику неправильно или не по назначению. Всегда придерживайтесь инструкции по эксплуатации.