Η διαδικασία εκτύπωσης από έναν εκτυπωτή λέιζερ (laser) ονομάζεται στα ελληνικά ηλεκροφωτογραφία (electrophotography). Βασικό ρόλο στην όλη διαδικασία παίζει ο φωτοευαίσθητος κύλινδρος (OPC - Organic PhotoConductive drum - φωτοευαίσθητο τύμπανο από οργανικό υλικό). Για ευκολία στο παρακάτω κείμενο θα το ονομάζουμε φωτοευαίσθητο τύμπανο. Το φωτοευαίσθητο τύμπανο είναι κατασκευασμένο συνήθως από αλουμίνιο και είναι επικαλυμμένο με μια φωτοευαίσθητη οργανική ουσία που έχει την ιδιότητα της φωτοαγωγιμότητας. Η φωτοαγωγιμότητα κάνει το υλικό να γίνεται ηλεκτρικά αγώγιμο στα σημεία που φωτίζεται, ενώ σε κανονικές συνθήκες είναι μονωτικό.
Εξίσου σημαντικό για τη διαδικασία εκτύπωσης είναι το τόνερ (toner). Έχει τη μορφή λεπτόκοκκης σκόνης που αποτελείται από "πλαστική" ρητίνη, χρωστική ουσία, κέρινη ουσία, υλικό που φορτίζεται με στατικό ηλεκτρισμό, υλικό υποβοήθησης της ροής και αν το τόνερ είναι μαγνητικού τύπου περιέχει και οξείδια μετάλλου που του δίνουν μαγνητικές ιδιότητες. Η πλαστική ρητίνη είναι αυτή που λιώνει και κολλά στο χαρτί και η χρωστική ουσία αυτή που δίνει το χρώμα στο τόνερ και φυσικά και σε ότι τυπώνεται. Ο στατικός ηλεκτρισμός και η ηλεκτροστατική έλξη βρίσκονται παρόντα σε πολλά στάδια της εκτύπωσης. Για να μπορεί το τόνερ να φορτίζεται με στατικό φορτίο (συνήθως θετικό) στο τόνερ προστίθεται η κατάλληλη ουσία. Οξείδια μετάλλου περιέχει το τόνερ που η μεταφορά του σε ένα στάδιο της διαδικασίας γίνεται με τη βοήθεια του μαγνητισμού. Για να έχει λοιπόν μαγνητικές ιδιότητες προστίθενται οξείδια μετάλλου. Όλα αυτά τα υλικά συνθέτουν το τόνερ, που είναι πολύ λεπτόκοκκη σκόνη και βρίσκεται μέσα στην κασέτα. Αποτελεί το αναλώσιμο υλικό, το στερεό μελάνι του εκτυπωτή.
Η διαδικασία εκτύπωσης σε έναν εκτυπωτή λέιζερ περιλαμβάνει έξι στάδια: καθαρισμός τυμπάνου, προετοιμασία τυμπάνου, καταγραφή με λέιζερ, σχηματισμός, μεταφορά και στερέωση. Τα τέσσερα πρώτα στάδια συνήθως αποτελούν μέρος της λειτουργικότητας της κασέτας που περιέχει το τόνερ (cartridge), ενώ τα δύο τελευταία του εκτυπωτή. Ας δούμε τα στάδια αναλυτικά:
Καθαρισμός φωτοευαίσθητου τυμπάνου
Στο στάδιο αυτό καθαρίζεται το φωτοευαίσθητο τύμπανο, καθαρίζεται από κάθε προηγούμενη εκτύπωση σε δύο στάδια. Γίνεται καθαρισμός του τυμπάνου μηχανικά και ηλεκτρικά:
Ο μηχανικός τρόπος καθαρισμού περιλαμβάνει ένα πτερύγιο καθαρισμού (wiper blade), που ακουμπά κατά μήκος του φωτοευαίσθητου τυμπάνου καθώς περιστρέφεται και το καθαρίζει. Ένα άλλο πτερύγιο (recovery blade) συλλέγει το τόνερ που καθαρίζει το πρώτο πτερύγιο (σχήμα).
Ο ηλεκτρικός τρόπος καθαρισμού γίνεται για να εκφορτιστούν όλα τα σημεία του τυμπάνου από την προηγούμενη εκτύπωση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ή λάμπα φόρτισης (corona wire) ή ένας κύλινδρος φόρτισης (charge roller). Συνήθως χρησιμοποιείται ο κύλινδρος που το εκφορτίζει από κάθε στατικό ηλεκτρισμό.
Προετοιμασία φωτοευαίσθητου τυμπάνου
Αφού το τύμπανο έχει καθαριστεί, θα πρέπει να φορτιστεί με ομοιόμορφο αρνητικό φορτίο σε όλη την επιφάνειά του. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας μεταλλικός κύλινδρος ή ένα επίμηκες σύρμα (primary corotron). Στο σύρμα ή τον κύλινδρο εφαρμόζεται αρνητική τάση -600 ως -740 V και αυτή η τάση προκαλεί τη φόρτιση του φωτοευαίσθητου τυμπάνου με αρνητικό φορτίο (σχήμα). Η διαδικασία πρέπει να φορτίζει την επιφάνεια του φωτοευαίσθητου τυμπάνου με ομοιόμορφα κατανεμημένο φορτίο.
Καταγραφή στο φωτοευαίσθητο τύμπανο
Χρησιμοποιείται η φωτεινή δέσμη ενός λέιζερ. Η φωτεινή δέσμη από το λέιζερ με τη βοήθεια κατάλληλων φακών και καθρεπτών εστιάζεται και σαρώνει την επιφάνεια του φωτοευαίσθητου τυμπάνου. Η δέσμη διακόπτεται και ενεργοποιείται όποτε χρειάζεται. Στα σημεία που πέφτει η δέσμη του λέιζερ το φωτοευαίσθητο υλικό του τυμπάνου γίνεται αγώγιμο (σε κανονικές συνθήκες είναι μονωτικό). Έτσι το αρνητικό φορτίο από την επιφάνεια του φωτοευαίσθητου τυμπάνου μέσω του αγώγιμου υλικού οδηγείται προς τη γείωση και εκφορτίζεται (σχήμα). Η εκφόρτιση συμβαίνει μόνο στα σημεία που πέφτει η δέσμη του λέιζερ. Τα υπόλοιπα σημεία της επιφάνειας του φωτοευαίσθητου τυμπάνου στα οποία δεν πέφτει η δέσμη του λέιζερ συνεχίζουν να είναι μονωτές και έτσι το αρνητικό φορτίο παραμένει σ' αυτά.
Δηλαδή σχηματίζεται η προς εκτύπωση εικόνα πάνω στο φωτοευαίσθητο τύμπανο σαν κατανομή ηλεκτρικών φορτίων, νοητή εικόνα, γιατί δεν είναι ορατή με το μάτι αφού αποτελείται από φορτία. Στα σημεία που δεν φωτίστηκαν από το λέιζερ παραμένουν φορτισμένα με αρνητικό φορτίο και είναι αυτά που δεν θα εκτυπωθούν στο χαρτί.
Εδώ πρέπει να αναφέρουμε και μια άλλη κατηγορία εκτυπωτών 'λέιζερ', είναι οι εκτυπωτές LED (light emitting diode) που αν και ανήκουν στη γενικότερη κατηγορία που ονομάζονται λέιζερ στην ουσία είναι εκτυπωτές LED, γιατί τη θέση του λέιζερ χρησιμοποιείται μια σειρά από led που φωτίζουν το τύμπανο. Η μέθοδος όμως είναι η ίδια.
Σχηματισμός εικόνας με τόνερ στο φωτοευαίσθητο τύμπανο
Στο στάδιο αυτό η "εικόνα" πάνω στο τύμπανο, που αποτελείται από φορτισμένα σημεία, μετατρέπεται σε εικόνα που σχηματίζεται από τόνερ. Στη διαδικασία αυτή κύριο ρόλο παίζει ο κύλινδρος 'σχηματισμού' (developer roller). Το τόνερ προσκολλάται ομοιόμορφα στην επιφάνεια του κυλίνδρου αυτού ή με μαγνητική έλξη ή με ηλεκτροστατική έλξη (σχήμα). Ο κύλινδρος περιστρέφεται κοντά στο φωτοευαίσθητο τύμπανο. Το τόνερ μεταφέρεται ("μεταπηδά") προς το φωτοευαίσθητο τύμπανο στα σημεία που δεν είναι φορτισμένα με αρνητικό φορτίο γιατί ο κύλινδρος συνδέεται σε υψηλή αρνητική τάση. Έτσι πάνω στο φωτοευαίσθητο τύμπανο σχηματίζεται η προς εκτύπωση εικόνα με το υλικό του τόνερ.
Η όλη διαδικασία είναι ελαφρά πιο πολύπλοκη. Ας το δούμε αναλυτικά, αν όμως μπερδέψει κάποιους, μην ανησυχούν, οι επόμενες παράγραφοι είναι πιο κατανοητές. Το τόνερ αρχικά έλκεται από τον κύλινδρο 'σχηματισμού'. Υπάρχουν δύο ειδών κύλινδροι οι μαγνητικοί και οι ηλεκτροστατικοί, όπως ακριβώς υπάρχουν δύο ειδών τόνερ το μαγνητικό και το μη μαγνητικό. Στην πρώτη περίπτωση το τόνερ περιέχει οξείδια μετάλλου που έλκονται από τον κύλινδρο που αποτελείται από μαγνήτη. Στη δεύτερη περίπτωση ο κύλινδρος έλκει το τόνερ με ηλεκτροστατική έλξη. Ο κύλινδρος συνδέεται σε αρνητική υψηλή τάση, ενώ τα σωματίδια του τόνερ φορτίζονται λόγω τριβής. Στη συνέχεια ένα πτερύγιο (metering blade ή doctor blade) απομακρύνει το περισσευούμενο τόνερ από την επιφάνεια του κυλίνδρου 'σχηματισμού' (σχήμα). Έτσι ο κύλινδρος 'σχηματισμού' καλύπτεται από ένα ισόπαχο στρώμα τόνερ. Λόγω του ότι ο κύλινδρος είναι συνδεδεμένος σε αρνητική τάση και το φωτοευαίσθητο τύμπανο είναι φορτισμένο με αρνητικά φορτία, τα σωματίδια του τόνερ "πηδούν" από τον κύλινδρο 'σχηματισμού' στο φωτοευαίσθητο τύμπανο στα σημεία που δεν υπάρχει αρνητικό φορτίο.
Μεταφορά του τόνερ στο χαρτί
Στο στάδιο αυτό γίνεται η μεταφορά της εικόνας από τόνερ από το φωτοευαίσθητο τύμπανο στη σελίδα του χαρτιού. Η σελίδα του χαρτιού περνά κάτω από το φωτοευαίσθητο τύμπανο και πάνω από ένα κύλινδρο φόρτισης (transfer corotron). Ο κύλινδρος συνδέεται με θετική υψηλή τάση και έλκει τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια του τόνερ που και με τη βοήθεια της βαρύτητας μεταφέρονται στο χαρτί (σχήμα).
Στερέωση του τόνερ στο χαρτί
Στο στάδιο αυτό γίνεται η στερέωση του τόνερ, που έχει τη μορφή σκόνης, πάνω στο χαρτί. Το χαρτί περνά μεταξύ δύο κυλίνδρων του κυλίνδρου θέρμανσης και του κυλίνδρου πίεσης (σχήμα). Μια θερμαντική αντίσταση είναι τοποθετημένη μέσα στον κύλινδρο θέρμανσης, που τον θερμαίνει σε θερμοκρασία περίπου 180οC. Ο κύλινδρος αυτός αποτελείται από αλουμίνιο και έχει επικάλυψη από τεφλόν. Ο δεύτερος κύλινδρος συμπίεσης, που είναι κατασκευασμένος από ελαστικό υλικό, συμπιέζει το χαρτί μεταξύ του κυλίνδρου θέρμανσης. Η θερμοκρασία λιώνει το τόνερ και με τη βοήθεια της συμπίεσης προσκολλάται μόνιμα πάνω στις ίνες του χαρτιού. Η διαδικασία μοιάζει με σιδέρωμα!
Περισσότερα για το φωτοευαίσθητο τύμπανο
Στην ουσία το φωτοευαίσθητο τύμπανο είναι μια φωτοδίοδος που φορτίζεται και κρατά το φορτίο. Όταν εκτεθεί σε φως το υλικό γίνεται αγώγιμο, το φορτίο ρέει και το υλικό γίνεται ηλεκτρικά ουδέτερο. Το φωτοευαίσθητο τύμπανο είναι φτιαγμένο από ένα αλουμινένιο, κενό στο εσωτερικό του, κύλινδρο που έχει τορνευτεί με διαμαντοκοπτικό, ώστε να είναι απόλυτα λείος. Στη συνέχεια, με ειδική επεξεργασία, καλύπτεται με ένα πολύ λεπτό στρώμα οξείδωσης ή ανοδίωσης πάχους 0,3 μm (μικρά). Η επεξεργασία αυτή γίνεται για να μπορεί να συγκολληθεί πάνω του το φωτοευαίσθητο υλικό και για να μη συμβαίνει καθρεφτισμός της ακτίνας λέιζερ στην επιφάνεια του αλουμινένιου κυλίνδρου.
Το τύμπανο στη συνέχεια καλύπτεται με το φωτοευαίσθητο υλικό (Charge Generation layer) πάχους 0,1 ως 1 μm και είναι αυτό που καθορίζει την ευαισθησία του τυμπάνου. Το φωτοευαίσθητο υλικό είναι φωτοαγώγιμο, δηλαδή, είναι μονωτής στις κανονικές συνθήκες και μπορεί να φορτίζεται με ηλεκτρικό φορτίο. Όταν φωτιστεί γίνεται αγώγιμο και επιτρέπει τη ροή φορτίου. Τέλος το φωτοευαίσθητο υλικό καλύπτεται με ένα διαφανές στρώμα πάχους 10 ως 40 μm για προστασία. Στο υλικό αυτό προστίθεται και μικρή ποσότητα φωτοευαίσθητου υλικού για να επιτρέπεται η ευκολότερη ροή φορτίων χωρίς τη δημιουργία ηλεκτρικών τόξων.
Ας δούμε πώς δουλεύει το σύστημα του φωτοευαίσθητου τυμπάνου. Χωρίς φως το όλο σύστημα αποτελεί ένα πολύ λεπτό μονωτικό υλικό που καλύπτει τον αλουμινένιο κύλινδρο. Το φορτίο που μεταφέρεται στην επιφάνεια του τυμπάνου, από τον κύλινδρο ή το σύρμα φόρτισης, παραμένει στην επιφάνειά του και δεν ρέει προς τον κεντρικό γειωμένο αλουμινένιο κύλινδρο.
Όταν μια περιοχή του κυλίνδρου φωτιστεί, το φως περνά το εξωτερικό διαφανές στρώμα. Το φως ενεργοποιεί το φωτοευαίσθητο υλικό που απελευθερώνει ηλεκτρόνια μόνο σε αυτό το σημείο που φωτίζεται. Τότε το φορτίο από την επιφάνεια του κυλίνδρου -και μόνο για το σημείο που φωτίζεται- ρέει διαμέσου του εξωτερικού προστατευτικού στρώματος στο φωτοευαίσθητο υλικό και μέσω αυτού στον εσωτερικό αλουμινένιο κύλινδρο που καταλήγει στη γείωση. Η υπόλοιπη περιοχή γύρω από το σημείο που φωτίζεται δρα σαν μονωτικό, έτσι συνεχίζει να διατηρεί το φορτίο.
Οι περιοχές που δεν φωτίζονται έχουν αρνητικό φορτίο της τάξης των -700 V, ενώ οι περιοχές που φορτίζονται χάνουν το φορτίο τους και αποκτούν δυναμικό της τάξης των -100 ως -200 V. Ο λόγος που το δυναμικό δεν γίνεται μηδέν είναι γιατί το φωτοευαίσθητο υλικό δεν αποκτά μηδενική αντίσταση και έτσι παραμένει κάποια ποσότητα φορτίου.
Στη διαδικασία μεταφοράς του τόνερ στο φωτοευαίσθητο τύμπανο το τόνερ κολλά στις περιοχές χωρίς φορτίο (αυτές με δυναμικό -100 ως -200 V) και που είναι αυτές που φωτίστηκαν. Ενώ απωθείται από τις περιοχές δυναμικού -700 V, που είναι αυτές που δεν φωτίστηκαν.
Συνολική εικόνα
Αφού αναπτύχθηκε με λεπτομέρεια η λειτουργία του εκτυπωτή λέιζερ, είναι χρήσιμο να δοθεί η συνολική "εικόνα" της λειτουργίας της κασέτας τόνερ, καθώς και όλου του εκτυπωτη. Αυτό φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το τμήμα που περικλείεται με την καμπυλωτή γραμμή είναι η κασέτα τόνερ (cartridge).
Copyright Anakenisi, 2007
Πηγή : http://users.forthnet.gr/ath/johnge/laser/theory/how2work/
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου