Лекция по дисциплине Модернизация аппаратного обеспечения персональных компьютеров и серверов на тему "Принцип работы лазерного принтера"А

Тема: ПРИНЦИП РАБОТЫ ЛАЗЕРНОГО ПРИНТЕРА

Вид работы: Лекция

Дисциплина: Модернизация аппаратного обеспечения персональных компьютеров и серверов

Множество людей пользовались лазерными принтерами, у некоторых они стоят дома, но все ли знают, как работает лазерный принтер?

Лазерный принтер – это периферийное устройство, которое быстро и качественно напечатает текст и графические объекты на обычной офисной и специальной бумаге. Основные преимущества этих принтеров, такие как низкая себестоимость печати, большая скорость работы, высокий ресурс и разрешение, стойкость к влаге и выцветанию сделали их самыми часто используемыми не только в среде офисных работников, но и среди обычных пользователей.

Создание и развитие лазерных принтеров

Первое изображение с использованием сухих чернил и статичного электричества получил Честер Карлсон в далеком 1938 году. И лишь спустя 8 лет он смог найти производителя изобретенных им устройств. Это была компания, которую ныне все знаю под названием Xerox. И в тот же 1946 год на рынок попадает первое копировальное устройство. Это была огромная и сложная машина, требующая проведения целого ряда ручных операций. Лишь в средине 1950-х был создан первый полностью автоматизированный механизм, который являлся прообразом современного лазерного принтера.

С конца 1969 года Xerox начинает работу над разработкой лазерных принтеров, добавив лазерный луч к существующим на то время образцам. Но стоял он треть миллиона долларов по тем меркам и имел огромные размеры, что не позволяло пользоваться таким устройством даже на небольших предприятиях, не то что в быту.

Результатом сотрудничества нынешних гигантов в индустрии печати Canon и HP стал выпуск в свет серии принтеров LaserJet, которые способны напечатать до 8 страниц текста в минуту. Такие устройства стали более доступными после того, как появился первый сменяемый картридж для лазерного принтера.

Принцип работы

Основой формирования изображения является краситель, содержащийся в тонере. Под действием статического электричества он прилипает и буквально впечатывается в бумагу. Но каким образом это происходит?

Любой лазерный принтер состоит из трех основных функциональных блоков: печатная плата, блок переноса изображения (картридж) и печатный блок. Бумагу на печать подает узел подачи бумаги. Они разрабатываются по двум конструкциям – подача бумаги из нижнего лотка и подача из верхнего лотка.

Его строение достаточно простое:

• ролик – нужен для захвата бумаги;
• блок для захвата и подачи одного листа;
• ролик, передающий статический заряд бумаге.
• Картридж для лазерного принтера состоит из двух частей – это тонер и барабан или фотоцилиндр.

Тонер

Тонер состоит из микроскопических частичек полимеров, которые покрыты красителем, с включением магненита и регулятора заряда. Каждая фирма выпускает порошок с уникальными характеристиками для собственных принтеров и многофункциональных устройств. Все порошки отличаются магнитностью, плотностью, дисперстностью, размером зерен и другими физическими показателями. Поэтому не стоит заправлять картриджи случайным тонером. Преимущества тонера перед чернилами заключаются в четкости отпечатанной картинки и влагостойкости, которая обеспечивается впечатыванием порошка в бумагу. Из недостатков стоит назвать малую глубину цветов, насыщенность при цветной печати и отрицательное воздействие на организм человека при взаимодействии с тонером, например, во время зарядки картриджа.

Строение и этапы печати изображений

Фотобарабан выполнен в виде продольного алюминиевого вала, с нанесенным на него тонким слоем материала, чувствительного к световым лучам с определенными параметрами. Цилиндр покрыт защитным слоем. Помимо алюминия, барабаны изготовляются из неорганических фоточувствительных веществ. Основное свойство фотобарабана – изменение проводимости (заряда) под воздействием лазерного луча. Это значит, что если цилиндру придать заряд – он будет хранить его на протяжении значительного отрезка времени. Но если засветить какую-либо область вала светом – они тут же теряют свой заряд и становятся нейтрально заряженными за счет увеличения проводимости (то есть уменьшением электрического сопротивления) в этих зонах. Заряд стекает с поверхности через внутренний проводящий слой.

При поступлении документа на печать, печатная плата обрабатывает его и посылает соответствующие световые импульсы на блок переноса изображения, где цифровая картинка превращается в изображение на бумаге. Фотобарабан вращается при помощи вала и получает первичный отрицательный или положительный заряд от находящегося рядом роллера. Его величина определяется настройками печати, которые сообщает печатная плата.

После зарядки цилиндра лазерный луч, имеющий горизонтальную развертку, сканирует его с огромной частотой. Засвеченные места фотоцилиндра, как сказано выше, становятся незаряженными. Эти незаряженные зоны формируют требуемую картинку на барабане в зеркальном отображении. Далее, чтобы изображение оказалось на бумаге, незаряженные зоны необходимо заполнить тонером. Блок лазерного сканирования состоит из зеркала, полупроводникового лазера, нескольких формирующих и одной фокусирующей линзы.

Барабан контактирует с роллером, изготовленным, в основном, из магния и подает тонер на фотоцилиндр из емкости картриджа. Роллер, в котором расположен постоянный магнит, выполнен в виде пустотелого цилиндра с токопроводящим слоем. Под воздействием магнитного поля тонер из бункера притягивается к роллеру под действием силы намагниченного сердечника.

Под действием электростатического напряжения тонер из роллера будет переноситься на сформированное лазерным лучом изображение на поверхности фотобарабана, крутящегося вплотную с роллером. Тонеру некуда деться, ведь его отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительно заряженным областям фотоцилиндра, на котором сформировано нужное изображение. Отрицательный заряд барабана отталкивает ненужное количество тонера назад, заполняя им отсканированные лазером участки.

Отметим один нюанс. Существует два типа формирования изображений. Самый распространенный – это применение тонера с положительным зарядом. Такой порошок остается на нейтрально заряженных областях фотоцилиндра. То есть, лазером засвечиваются области, где будет наше будущее изображение. Барабан при этом заряжен отрицательно. Второй механизм менее распространенный, в нем используется тонер с отрицательным зарядом. Лазерный луч «разряжает» области положительно заряженного фотоцилиндра, на которых изображения быть не должно. Это стоит помнить при выборе лазерного принтера, ведь в первом случае будет более точная передача деталей, а во втором – более равномерная и плотная заливка. Первые принтеры отлично подойдут для печати текстовых документов, потому они и получили широкое распространение.

Перед тем, как соприкоснуться с цилиндром бумага получает статический электрический заряд с помощью ролика переноса заряда. Под воздействием, которого тонер притягивается к бумаге в момент ее плотного контакта с барабаном. Сразу после этого заряд из бумаги удаляется нейтрализатором статичного заряда. Этим устраняется притягивание листа к фотоцилиндру. Во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования на листе становится заметным сформированное изображение, которое легко разрушается от малейшего прикосновения. Для его долговечности необходимо провести фиксацию с помощью расплавления добавок, входящих в тонер.  Этот процесс происходит в блоке фиксации изображения – это третий ключевой блок лазерного принтера. Еще его называют «печкой». Если вкратце, то плавятся входящие в состав тонера вещества. После их вдавливания и застывания эти полимеры словно покрывают собой чернила, защищая их от внешних воздействий. Теперь читатель поймет, почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, такие теплые.

По конструкции так называемая «печка» состоит из двух валов, в одном из которых находится нагревательный элемент. Второй, зачастую нижний, необходим для вдавливания расплавленного полимера в бумагу. Нагревательные элементы выполняются в виде термисторов, изготовленных в виде термопленок. При подаче напряжения на них, эти элементы разогреваются до высоких температур (порядка 200 °C) за доли секунды. Прижимный валик прижимает лист к нагревателю, в процессе чего осуществляется вдавливание жидких микроскопических частиц тонера в текстуру бумаги. На выходе из блока фиксации стоят разделители, дабы бумага не прилипала к термопленке.

ВОПРОСЫ

1.      Дайте определение лазерного принтера.

2.      Перечислите основные преимущества лазерного принтера (примерно 4-5).

3.      Кто и когда получил первое изображение с использованием сухих чернил и статичного электричества?

4.      Назовите фирму - первого производителя первого копировального устройства. В каком году на рынок попадает первое копировальное устройство?

5.      В каком году был создан первый полностью автоматизированный механизм? Прообразом чего он являлся?

6.      Какая фирма и в каком году начинает работу над разработкой лазерных принтеров? Какая деталь была добавлена к существующим на то время образцам? Сколько стоил на тот момент лазерный принтер и какие размеры имел? Доступен ли он был для обычного потребителя?

7.      Что явилось результатом сотрудничества фирм печати Canon и HP? Какова скорость печати? После чего такие устройства стали более доступными?

8.      Что является основой формирования изображения? Под действием чего происходит прилипание и впечатывание в бумагу?

9.      Из каких трех основных функциональных блоков состоит любой лазерный принтер?

10.   Какой узел подает бумагу на печать? По каким двум конструкциям этот узел разрабатывается?

11.   Каково строение лотка подачи бумаги (4 основных узла)?

12.   Из чего состоит тонер? Почему не стоит заправлять картриджи случайным тонером?

13.   В чем заключаются преимущества и недостатки тонера в сравнении с чернилами?

14.   В виде чего выполнен фотобарабан?

15.   Каково основное свойство фотобарабана? Что это значит?

16.   Что происходит при поступлении документа на печать?

17.   При помощи чего вращается фотобарабан? Что получает? От какого устройства? Чем определяется величина заряда?

18.   Что делает лазерный луч после зарядки цилиндра? Что происходит с засвеченными местами фотоцилиндра? Что формируют незаряженные зоны?

19.   Что нужно чтобы изображение оказалось на бумаге? Из чего состоит блок лазерного сканирования?

20.   С чем контактирует барабан? Что находится в роллере? Под воздействием чего тонер из бункера притягивается к роллеру?

21.   Что происходит с тонером из роллера под действием электростатического напряжения?

22.   Назовите два типа формирования изображений. Какой из них самый распространенный? Каковы достоинства каждого из них? Какие принтеры подойдут для печати текстовых документов?

23.   Что получает бумага перед тем, как соприкоснуться с цилиндром? Что происходит с тонером? Что происходит с зарядом сразу после этого? Что этим устраняется?

24.   Что становится заметным во время прохода бумаги сквозь блок лазерного сканирования?

25.   Что необходимо провести для долговечности изображения? В каком блоке происходит этот процесс? Как этот блок называется?

26.   Почему отпечатанные листы, выходящие из принтера, теплые?

27.   Расскажите конструкцию «печки». Какова роль двух валов? До каких температур разогреваются элементы при подаче на них напряжения на них? Что прижимает лист к нагревателю? Что происходит в результате? Для чего на выходе из блока фиксации стоят разделители?