Как устроен и работает лазерный принтер

Лазерные принтеры стали незаменимыми атрибутами офисной оргтехники. Такая популярность объясняется большой скоростью и невысокой себестоимостью печати. Чтобы понять, как работает эта техника, следует знать устройство и принцип работы лазерного принтера. На самом деле, вся магия аппарата объясняется простыми конструктивными решениями.

Принцип работы лазерного принтера

На рынке оргтехники можно приобрести лазерное оборудование для самых разных нужд, начиная от скромных бытовых принтеров и заканчивая профессиональными моделями для крупных типографий. Но принцип работы каждого устройства остаётся неизменным, где в основе лежит метод фотоэлектрической ксерографии. Каждый принтер оснащён одинаковым набором основных элементов.

Блок сканирования

Здесь мы имеем механизм, состоящий из набора зеркал и линз. Все элементы вращаются в заданном порядке, оставляя изображение на фотопроводнике – цилиндре. Проецирование происходит посредством лазерного импульса и заряженных частиц.

В итоге на барабане остаётся неразличимая для человеческого глаза картинка. Тонкости проецирования лежат на плечах местного процессора, работающего в тандеме со сканирующим механизмом.

Картридж

Устройство, имея исходные данные от сканирования, переносит изображение непосредственно на бумагу. Сам картридж состоит из барабана с магнитом, где передвигаются заряженные частицы, а также подвижного вала, обеспечивающего контакт цилиндра с бумагой.

Блок закрепления

На последнем этапе изображение фиксируется на приёмнике – бумаге или других материалах. С помощью нагретого до высоких температур тонера на листе появляется спроецированная ранее картинка. Скорость такого «рисования» зависит от технических возможностей модели.

Все три блока обмениваются между собой данными посредством интерфейсного модуля, которым управляет процессор. А последний выполняет команды, поступившие с главной панели, персонального компьютера или другого устройства.

Особенности оборудования

В качестве тонера используют положительно заряженные порошковые красители. Тогда как лазер проецирует картинку отрицательными частицами. То есть, по законам физики тонер будет притягиваться к фотопроводнику – цилиндру.

Подобный принцип взяли на вооружение бренды «Ксерокс», «Кэнон» и НР. Такой подход позволяет организовать высокую степень детализации изображения. Но в этом случае расход тонера немногим увеличен.

Производители лазерной техники «Эпсон», Kyocera и Brother используют свою технологию печати. Частицы тонера здесь имеют отрицательный заряд, а лазер меняет полярность не участков, где окажется порошок, а пустующих зон. То есть проецирование происходит методом исключения. Подобное решение позволяет более равномерно разместить краситель по бумаге и при этом сэкономить порошок.

Техника премиального уровня оснащена более продвинутыми технологиями. К примеру, помимо работы с лазером и цилиндром идёт уменьшение статического заряда бумаги, что препятствует слипанию листов. Такой функционал придётся как нельзя кстати, если речь идёт о больших объёмах печати. Тонер в отличие от красок для струйных принтеров надёжно удерживается на оттиске: не истирается, не пачкается, и сохраняется заметно дольше.

Конструкция картриджа

Расходный материал для лазерной печати – тонер – располагается в картридже. Рядовое устройство состоит из трёх основных отсеков, где находятся краситель, отработка и фотовал. В качестве тонера чаще всего выступают порошкообразные зёрна. В чёрной-белых моделях располагается всего один контейнер.

Красители различаются по качеству состава – степенью намагниченности и дисперсностью, а также размером зерна. Поэтому как таковых универсальных тонеров не бывает. Как правило, производили техники стараются подогнать потребности целой линейки принтеров под какой-то один краситель, а не делать оригинальной каждую модель.

Габариты картриджа могут быть самыми разными и зависят от конкретного принтера. Бытовые модели с низкой отдачей комплектуются скромными по размерам контейнерами, тогда как профессиональная техника идёт с массивными, иногда даже двойными или тройными блоками. Но конструкционные особенности устройств примерно одинаковы.

Основные элементы лазерного картриджа:

1. Отделение для тонера, где находится порошкообразный краситель.
2. Подвижный вал, подающий тонер на фотоэлемент.
3. Дозатор, регулирующий объём красителя для барабана.
4. Ракель, очищающий поверхность от использованного тонера для наложения нового слоя.
5. Магнитный ролик, заряжающий фотовал.
6. Отсек для использованного тонера.

Некоторые принтеры оснащаются чипованными картриджами, что позволяет отслеживать количество распечатанных листов, остаток красителя и другую информацию. Все данные отражаются в фирменном приложении производителя, которое устанавливается вместе с драйверами.

Картриджи неоднократно можно заправлять, а отдельные элементы (ролики, шестерни, валы) при необходимости заменять. За редким исключением можно встретить одноразовые решения. Но практичность покупки таких устройств под большим вопросом.

Процесс рождения оттиска

Появление изображения или текста на бумаге будет состоять из таких последовательных этапов:

• заряд барабана;
• экспонирование;
• проявка;
• перенос;
• закрепление.

Заряд барабана

Как работает фотозаряд? Он формируется на фотобарабане (где, как уже понятно, зарождается и само будущее изображение). Для начала происходит снабжение зарядом, который может быть как отрицательным, так и положительным. Происходит это одним из следующих способов.

1. Используется коронатор, то есть вольфрамовая нить с покрытием из углеродных, золотых и платиновых включений. Когда в дело вступает высокое напряжение, между этой нитью каркасом проносится разряд, который, соответственно, создаст электрическое поле, передающее заряд на фотобарабан.
2. Однако использование нити приводило со временем к проблемам с загрязнением и ухудшением качества распечатанного материала. Гораздо лучше действует ролик заряда с аналогичными функциями. Сам он похож на металлический вал, который покрыт токопроводящей резиной или поролоном. Идет соприкосновение с фотоцилиндром – в этот момент ролик и передает заряд. Напряжение здесь значительно ниже, но и детали изнашиваются гораздо быстрее.

Экспонирование

Это и есть работа освещения, в результате чего часть фотоцилиндра становится токопроводящей и пропускает заряд через металлическое основание в барабане. А участок, подвергшийся экспонированию, становится незаряженным (или приобретает слабый заряд).  На этом этапе формируется еще невидимое изображение.

Технически это осуществляется так.

1. Лазерный луч падает на поверхность зеркала и отражается на линзу, которая распределит его в необходимое место на барабане.
2. Так система линз и зеркал формирует строчку вдоль фотоцилиндра – лазер то включается, то выключается, заряд то остается нетронутым, то снимается.
3. Строка закончилась? Фотобарабан повернется, и экспонирование продолжится снова.

Проявка

В этом процессе большое значение имеет магнитный вал из картриджа, похожий на трубку из металла, внутри которой находится магнитный сердечник. Часть поверхности вала помещена в заправочный тонер бункера. Магнит притягивает к валу порошок, и он выносится наружу.

Важно регулировать равномерность распределения слоя порошка – для этого существует специальное дозирующее лезвие. Оно пропускает лишь тонкий слой тонера, отбрасывая остальное назад. Если лезвие установлено неправильно, на бумаге могут появиться черные полосы.

После этого тонер продвигается на участок между магнитным валом и фотоцилиндром – здесь он притянется к проэкспонированным участкам, а от заряженных оттолкнется. Так изображение становится уже более видимым.

Перенос

Чтобы изображение появилось уже на бумаге, в дело вступает ролик переноса, в металлическую сердцевину которого притягивается положительный заряд – он переносится на бумагу благодаря специальному прорезиненному покрытию.

Итак, частички отрываются от барабана и начинают перемещаться на страницу. Но удерживаются они здесь пока только из-за статического напряжения. Образно говоря, тонер просто насыпается там, где нужно.

Вместе с тонером могут попасть пыль и ворсинки бумаги, но они снимаются вайпером (специальной пластиной) и отправляются прямиком в отсек отходов на бункере. После полного круга барабана процесс повторяется.

Закрепление изображения

Для этого используется свойство тонера расплавляться при высоких температурах.  Конструктивно это в этом оказывают помощь два следующих вала:

• в верхнем расположен нагревательный элемент;
• в нижнем в бумагу вдавливается расплавленный тонер.

Иногда подобная «печка» представляет собой термопленку – специальный гибкий и термостойкий материал с нагревательной составляющей и прижимным роликом. Её нагрев контролируется датчиком. Как раз в момент прохода между пленкой и прижимной частью бумага и разогревается до 200 градусов, что позволяет ей легко впитать в себя ставшим жидким тонер.

Дальнейшее остывание идет естественным образом – в лазерных принтерах обычно не требуется установка дополнительной охлаждающей системы. Однако здесь еще раз проходит специальный очиститель – обычно его роль исполняет фетровый вал.

Фетр обычно пропитывают специальным составом, что помогает смазать покрытие. Поэтому другое название такого вала – масляной.

Особенности цветной печати

Среднебюджетная лазерная техника комплектуется четырьмя разноцветными контейнерами с чёрным, синим, жёлтым и красным тонером. Премиальные модели предлагают более широкий ряд оттенков, куда также включены неспектральные цвета, вроде пурпурного или коричневого.

Принцип работы цветных принтеров аналогичен черно-белым с той лишь разницей, что каждый картридж оставляет свой цвет, после чего уступает место другому. Бюджетные модели комплектуются обычным валом, который выступает в роли посредника. Здесь за каждый оборот наносится отдельный цвет. После вал делает оттиск на бумаге.

Технология 4-проходной лазерной печати HP

Более продвинутые в техническом плане модели для каждого контейнера/цвета имеют отдельный лазер, что заметно ускоряет процедуру печати. Но такая техника стоит заметно дороже, поэтому использовать её в бытовых условиях нецелесообразно.

Что касается качества оттисков, то струйные принтеры здесь выигрывают. Порошкообразный сухой тонер не может передать всю сочность цветов, с чем прекрасно справляется вязкая краска. Цена цветного лазерного принтера в разы больше струйного. Последний проигрывает только по стоимости комплектующих: тонер гораздо дешевле одноразового картриджа.