Принтеры, копиры и плоттеры

Однокомпонентное проявление обычно используется в аппаратах малого класса и лазерных принтерах. В этом случае требуется тонер другого  состава. Естественно такой тонер  стоит дороже. Однокомпонентное проявление не предусматривает наличия носителя. В этом случае тонер изготавливается из смести частиц магнитного материала, полимера и красителя.

Из бункера тонер попадает на магнитный вал. Над валом, на выходе из бункера располагается заряжающее лезвие (ракель), которое выполняет две функции:

• регулирует количество тонера на валу;
• заряжает частицы тонера.

Трение частиц тонера о лезвие приводит к зарядке тонера знаком, противоположным  знаку заряда фоторецептора.

Перенос тонера с вала на фоторецептор осуществляется с помощью напряжения смещения, прикладываемого к магнитному валу. В данном случае напряжение смещения представляет собой переменное напряжение с постоянной составляющей, которая по знаку соответствует знаку заряда фоторецептора. Во время периода, со знаком, противоположным знаку заряда фоторецептора тонер переносится на фоторецептор, во время периода, со знаком, соответствующим знаку заряда фоторецептора тонер с фоновых участков возвращается на магнитный вал.

Регулировка качества копий происходит за счет изменения постоянной составляющей.

Следует заметить, что в двухкомпонентной системе проявления гораздо сложнее  достичь равномерной заливки  черным цветом. Это связано с тем, что носитель не успевает принять  достаточно тонера. Эта проблема решается использованием двух или трех валов, вращающихся в разные стороны. Однако такая конструкция увеличивает стоимость аппарата.

Перенос

Процесс переноса - процесс, при котором  тонер переносится на бумагу.

Бумага проходит между коротроном переноса и фоторецептором, на котором  находится тонерный рисунок. Коротрон переноса сообщает бумаге заряд, соответствующий  заряду фоторецептора. В подложке фоторецептора существует заряд, по знаку противоположный заряду бумаги. За счет этого бумага притягивается к фоторецептору.

Для того, чтобы тонер переносился  на бумагу, сила притяжения между ней  и тонером должна быть больше чем  сила притяжения между тонером и фоторецептором. Не весь тонер переносится на бумагу. Поэтому его остатки удаляются в процессе очистки фоторецептора.

Для улучшения качества изображения  и уменьшения расхода тонера в  некоторых аппаратах осуществляется предварительный перенос, в процессе которого ослабляется заряд фоторецептора. Для этого либо фоторецептор предварительно освещается, либо на коротрон переноса подается переменное напряжение.

Отделение

Отделение бумаги от фоторецептора  осуществляется как механическим так  и электрическим способом.

В первом случае используются либо пальцы отделения, находящиеся в непосредственной близости к фоторецептору, либо отделяющие ремешки, устанавливаемые с одного края фоторецептора. Кромка бумаги скользит по ремешку и затем легко отделяется от фоторецептора.

Во втором случае используется коротрон отделения, обычно использующийся совместно  с механическими средствами. Для  отделения бумаги от фоторецептора  на коротрон отделения подается переменное напряжение. Он генерирует положительные  и отрицательный ионы. Часть из них ослабляют силу притяжения бумаги к фоторецептору, а часть - обеспечивают прилипание тонера к бумаге

Закрепление

После переноса копия уже практически  готова. Но изображение, полученное на бумаге может быть стерто практическим любым механическим воздействием (например легким трением). Естественно такая копия не пригодна для практического использования. Для увеличения сцепления тонера с бумагой используется механизм закрепления.

Существует несколько способов закрепления. Наиболее распространенный - это термомеханический способ, при котором копия подвергается нагреву и механическому прижиму.

Механизм закрепления носит  название фьюзер (печка). Механизм состоит  из нагреваемого тефлонового вала, с кварцевой лампой внутри, и резинового прижимного вала. Иногда вместо тефлонового вала устанавливается специальный керамический термоэлемент, который отделяется от бумаги термопленкой. Такие копиры имеют меньший срок прогрева и меньшее энергопотребление, однако и ходит термопленка значительно меньшее количество копий и повредить ее значительно легче при неправильном извлечении бумаги.

В части аппаратов предусмотрена  смазка нагреваемого вала силиконовой  смазкой. Это позволяет избежать прилипания тонера к валику. Кроме  того может использоваться специальное полотенце, для удаления остатков тонера или другой грязи, прилипшей к валу.

Для отделения бумаги от вала применяются  пальцы отделения.

Механизм с кварцевой лампой более дорогой, но и более надежный обычно используется в высокопроизводительных машинах. Это например лазерные принтеры Xerox N24/32/40, HP 4plus, Xerox 5405 и т. д. Механизм с термопленкой используется в принтерах и копирах малого класса. Это копировальные аппараты Canon FC/PC серии, принтеры HP 5L, 6L, 5P, 6P, 1100

Очистка

Очистка - это процесс удаления остатков тонера с фоторецептора после переноса на бумагу.

Непосредственно перед очисткой может  использоваться предочистка с помощью  засветки фоторецептора или коротрона  предочистки, который генерирует положительные  и отрицательные ионы.

Оставшиеся частицы тонера удаляются  с помощью ракельного ножа, находящегося в непосредственном контакте с фоторецептором. Ракель изготавливается и точно  позиционируется относительно фоторецептора, для того, чтобы не повредить его. Отработанный тонер попадает в бункер отработки. Повторное его использование не рекомендуется, поскольку тонер слипается и загрязняется.

Возможное также удаление тонера мягкой щеткой, внутри которой устанавливается  система вакуумной откачки.

Последний этап очистки - это удаление остаточного заряда, которое осуществляется с помощью либо источника света, либо коротрона, знак напряжения которого противоположен знаку заряда фоторецептора.

Общая схема процесса копирования  приведена на следующем рис. 4.

 

Рис. 4. Схема процесса копирования

Практическая сторона ксерографии

В больших машинах тонер, фоторецептор, девелопер, ракельный нож, коротрон меняются раздельно, после прохождения  определенного количества копий. В  малых принтерах и копирах  все эти части объединяются в  один картридж (т.н. супер-картридж). В части аппаратов такой картридж разделяют на два: копи-картридж (фоторецептор с системой очистки и зарядки) и тонер-картридж (тонер с магнитным валом). По правилам эксплуатации все такие картриджи имеют определенный срок службы и должны заменяться после его окончания. В частности картридж с тонером меняется по окончании в нем тонера.

Принцип действия лазерного принтера

Принцип действия лазерного принтера несколько отличается от принципов  работы копировального аппарата. Источником света здесь служит лазер, который уменьшает потенциал в определенных участках фоторецептора. При этом фоновые участки фоторецептора остаются заряженными. Тонер заряжается противоположным зарядом. При контакте тонер притягивается подложкой в участки с низким потенциалом, пробитые лазером.

Лазерная засветка осуществляется следующим способом: Лазерная пушка  светит на зеркало, которое вращается  с высокой скоростью. Отраженный луч через систему зеркал и  призму попадает на барабан и за счет поворота зеркала выбивает заряды по всей длине барабана. Затем происходит поворот барабана на один шаг (этот шаг измеряется в долях дюйма и именно он определяет разрешение принтера по вертикали) и вычерчивается новая линия. В некоторых принтерах кроме поворота барабана используется поворот зеркала по вертикали, которое позволяет на одном шаге поворота барабана вычертить два ряда точек. В частности первые принтеры Lexmark с разрешением 1200 dpi использовали именно этот принцип.

Скорость вращения зеркала очень  высока. Она составляет порядка 7-15 тыс. об./мин. Для того, чтобы увеличить скорость печати не увеличивая скорость зеркала его выполняют в виде многогранной призмы (рис. 5).

 

Рис. 5. Нанесение рисунка на барабан.

 

Лучи черного и красного цвета  соответствуют различным положениям зеркала. В момент А зеркало повернуто под одним углом (красное положение зеркала). В следующий момент времени, соответствующий частоте лазера зеркало поворачивается и занимает черное положение. Отраженный луч попадает уже в другую точку фоторецептора. Естественно в реальности существуют еще дополнительные зеркала, призмы и световоды отвечающие за фокусировку и изменение направления луча.

В светодиодных принтерах (OKI, Panasonic) вместо лазера работает светодиодная панель. Теоретически светодиодная технология более надежна, поскольку является более простой. Ведь недаром фирмы OKI дает на светодиодные панели в своих принтерах пожизненную гарантию. Кроме того, принтеры со светодиодной панелью более компактны. По этой же причине светодиоды часто используют в ксерографических цифровых плоттерах. Однако на практике большинство производителей предпочитает лазерную технологию. Кроме того, лазерные принтеры работают быстрее, в то время, как светодиодные - более дешевы.

На рис.5 и 6 ниже приведены общие  схемы светодиодной  и лазерной  технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LED Array - светодиодная панель  
Focusing Lens - фокусировочная линза 
Toner - тонер Rotating Drum - фоторецептор

Рис. 5. Схема светодиодной технологии

 

 

 

 

 

 

 

 

Laser - лазер  
Light Beam - лазерный луч  
Polygon Mirror - отражающая призма 
Focusing Lens - фокусировочная линза 
Mirror - зеркало  
Toner - тонер  
Rotating Drum - фоторецептор.

Рис. 6. Схема лазерной технологии

Лазерные принтеры кроме механической части включают в себя достаточно серьезную электронику. В частности на принтерах устанавливается память большого объема, для того, чтобы не загружать компьютер и хранить задания в памяти. На части принтеров устанавливаются винчестеры. Электронная начинка принтера также содержит различные языки описания данных (Adobe PostScript, PCL и т. д.). Эти языки опять же предназначены для того, чтобы забрать часть работы у компьютера и передать принтеру.

Цветная печать обеспечивается использованием разноцветного тонера (CMYK модель). При  этом на копию последовательно напыляется тонер различных цветов. В результате смешения порошков получается цветная копия. Тонер каждого цвета хранится в отдельном бункере с собственным магнитным валом и носителем.

Высокая стоимость цветных аппаратов  обуславливается тем, что некоторые  детали представлены не в одном, а в четырех экземплярах. Кроме того, используются более серьезные барабаны для улучшенной передачи оттенков, а также более точный чем в обычных аппаратах механизм подачи бумаги, поскольку бумага проходит по барабану четыре раза. Кроме того используется фоторецептор другого состава, а вал переноса вообще выполняется, так, чтобы длина его окружности равнялась длине бумаги максимального формата.

Дополнительное оборудование для  копировальных аппаратов и принтеров

 

Автоподатчик документов. Представляет собой устройство, устанавливаемое на крышке сканера копировального аппарата, которое предназначено для подачи документов на стол сканирования без открытия крышки сканера, что значительно ускоряет работу. Автоподатчики зачастую могут работать как с односторонними, так и с двусторонними документами. Такие устройства можно купить и к некоторым сканерам.

Дуплекс. Устройство для двусторонней печати. Конечно каждый может отпечатать вначале нечетные страницы, затем взять стопку, перевернуть ее, заложить в лоток и отпечатать четные страницы. Но представьте себе сетевой принтер, установленный в другом конце офиса, мало того на нем печатает куча народу. Для этих целей и служит дуплекс. Дуплекс позволяет печатать одновременно с двух сторон. Это не означает, что вы покупаете себе чуть ли не второй принтер. Дуплекс просто протягивает бумагу другой стороной без вашего участия.

Финишер. Финишные устройства бывают самыми различными. Это могут быть сортировщики, степлеры, резаки и т.д. Всех объединяет то, что они служат для послепечатной обработки документа, будь то сортировка, сшивание или складывание.

Дополнительные лотки. Они служат для того, чтобы вам как можно реже пришлось подходить к вашему принтеру для зарядки его бумагой.

 

 

Достоинства ксерографической печати:

• высокая скорость печати (от 4 до 40 и выше страниц в минуту)
• скорость печати не зависит от разрешения
• высокое качество печати (400 dpi лазерного цветного принтера сравнима с 1400 dpi струйного)
• низкая себестоимость копии (на втором месте после матричных принтеров)
• бесшумность

Недостатки:

• высокая цена аппарата
• высокое потребление электроэнергии
• очень высокая цена цветных аппаратов

Термопринтеры и термосублимационные  принтеры.

 

Термопринтеры как таковые практически  не используются. Обычно они устанавливаются в факсах, однако когда-то они существовали как отдельные принтеры и поэтому мы рассмотрим этот класс в данной статье.

Принцип действия термопринтера очень  прост. Печатающий элемент представляет собой панель с нагреваемыми элементами. В зависимости от подаваемого изображения нагреваются те или иные элементы, которые заставляют темнеть специальную термобумагу в месте нагрева. Достоинством данного типа принтера несомненно служит то, что ему не нужны расходные материалы кроме специальной бумаги. Недостаток - все в той же специальной бумаге и медленной скорости печати.