Lazerinių spausdintuvų tonerio naudojimas

Kaip tas juodas miltelių debesis virsta aiškiu tekstu ant popieriaus

Kai spausdintuvas išspjauna lapą su tekstu ar paveikslėliu, retai kas pagalvojame apie sudėtingą procesą, vykstantį viduje. Lazeriniai spausdintuvai – tai ne kažkokie paprasti įrenginiai, kurie tiesiog „dažo” popierių. Jų veikimo principas paremtas elektrinėmis jėgomis, šviesos manipuliacijomis ir termika. Viskas prasideda nuo tonerio – smulkiausių plastikinių dalelių, sumaišytų su pigmentais, kurios kažkaip turi patekti ant popieriaus ir ten pasilikti. Bet kaip tai vyksta? Kodėl šis miltelių mišinys prilimpa būtent ten, kur reikia, o ne išsiberia po visą popierių?

Tonerio prilipinimo procesas – tai lazerinio spausdintuvo širdis. Nors vadiname juos „lazeriniais”, pats lazeris atlieka tik vieną dalį darbo. Tikrasis magas čia yra elektrostatika – ta pati jėga, kuri verčia plaukus atsistoti, kai triname balionu ar vilnoniu megztiniu. Spausdintuvas išnaudoja šį fizikos principą, kad sukurtų neregimą „lipnumo” žemėlapį ant specialaus būgno, tada prie to žemėlapio prilipdo tonerio daleles ir galiausiai perkelia viską ant popieriaus. Skamba paprasta, bet kiekvienas etapas reikalauja tikslios inžinerijos.

Fotojautrus būgnas – kur viskas prasideda

Lazerinio spausdintuvo centre yra cilindro formos būgnas, padengtas specialia fotojautria medžiaga. Dažniausiai tai organinis junginys arba selenas – medžiagos, kurios keičia savo elektrines savybes, kai ant jų pašviečiama šviesa. Prieš pradedant spausdinti, visas būgno paviršius įkraunamas vienodu neigiamu elektros krūviu. Tai daro speciali korotronas arba įkrovimo volelis – įrenginys, kuris skleidžia aukštos įtampos elektros lauką.

Įsivaizduokite, kad visas būgno paviršius dabar yra kaip magnetas, tik elektrinis. Jis turi stiprų neigiamą krūvį – maždaug nuo -600 iki -1000 voltų, priklausomai nuo spausdintuvo modelio. Šis krūvis yra vienodas visame paviršiuje, kaip lygus sniegas ant lauko. Dabar reikia tame „sniego lauke” nupiešti pėdsakus – būtent ten, kur turės būti tekstas ar vaizdas.

Čia ir įsijungia lazeris. Tiksliau, labai greitas lazerio spindulys, kuris šmėkšteli per būgną pagal kompiuterio atsiųstą vaizdą. Kur lazeris paliečia būgną, ten fotojautri medžiaga tampa laidžia elektrai, ir tas neigiamas krūvis išnyksta arba labai susilpnėja. Lazeris veikia kaip pieštukas, tik vietoj linijų jis „piešia” elektrinį vaizdą – neregimą žemėlapį, kur yra krūvis ir kur jo nėra.

Toneris ir jo kelionė prie būgno

Toneris – tai ne skystis, kaip rašaliniuose spausdintuvuose, o smulkūs milteliai. Kiekviena tonerio dalelė yra maždaug 5-10 mikronų dydžio – tai mažiau nei žmogaus plauko storis. Šios dalelės pagamintos iš plastiko (dažniausiai polistireno arba polietileno), sumaišyto su pigmentais (juodiems toneriams – anglies juodis, spalvotiems – įvairūs organiniai pigmentai) ir specialiais priedais, kurie pagerina tekėjimą ir prilipimą.

Tonerio kasetėje yra specialus magnetinis volelis arba išvystymo volelis (developer roller). Šis volelis padengtas specialia danga ir turi savo magnetinį branduolį. Kai tonerio milteliai liečiasi su šiuo veleniu, jie įgauna teigiamą elektros krūvį. Tai vyksta dėl trinties – tas pats principas, kuris verčia balionu patrinti plaukus prilipti prie jo. Tonerio dalelės tampa teigiamomis, o būgne yra neigiamos arba neutralios vietos.

Dabar atsiranda įdomus dalykas: teigiamam toneriui neįdomios tos būgno vietos, kur lazeris pašalino neigiamą krūvį. Bet jį labai traukia tos vietos, kur neigiamas krūvis išliko. Taigi toneris prilimpa būtent ten, kur lazeris NEAPŠVIETĖ būgno. Tai gali skambėti keistai, bet būtent taip veikia dauguma lazerinių spausdintuvų (nors yra ir atvirkštinių sistemų).

Elektrostatinis traukimas – nematomos jėgos darbas

Elektrostatika – tai ne kažkokia magija, nors ir atrodo taip. Tai paprasta fizika: priešingi krūviai traukiasi, vienodi – stumia vienas kitą. Kai teigiamas toneris priartėja prie neigiamo būgno paviršiaus, tarp jų atsiranda stipri trauka. Ši jėga yra pakankamai galinga, kad tonerio dalelės peršoktų nedidelį oro tarpą ir priliptų prie būgno.

Bet čia svarbu tikslumas. Jei tonerio dalelės būtų per didelės, jos nesugebėtų sudaryti aiškių linijų ir smulkių detalių. Jei krūvių skirtumas būtų per mažas, toneris nepriliptų arba priliptų netolygiai. Spausdintuvo gamintojai praleidžia metus tobulindami šių parametrų balansą. Būtent todėl originalūs toneriai dažnai veikia geriau už pigius analogus – jų dalelių dydis ir krūvio savybės tiksliai suderintos su konkrečiu spausdintuvu.

Įdomu tai, kad toneris prilimpa prie būgno labai silpnai. Tai tik laikinas ryšys. Dalelės laiko elektrostatinės jėgos, bet jos nėra stiprios. Jei būgną papurtytumėte, toneris nubyrtų. Todėl viskas vyksta greitai ir atsargiai – būgnas sukasi tolygiai, be smūgių ir vibracijų.

Perkėlimas ant popieriaus – kritinis momentas

Dabar būgne yra tonerio vaizdas, bet jis dar ne ant popieriaus. Popierius eina pro būgną labai arti – beveik liečiasi, bet ne visai. Tarp jų yra mikroskopinis tarpas. Kaip toneris pereina nuo būgno ant popieriaus? Vėlgi elektrostatika.

Po popieriumi (arba virš jo, priklausomai nuo spausdintuvo konstrukcijos) yra dar vienas korotronas arba perkėlimo volelis. Šis įrenginys suteikia popieriui dar stipresnį teigiamą krūvį nei turi būgnas. Dabar tonerio dalelės atsiduria tarp dviejų traukos šaltinių: neigiamo būgno ir dar labiau teigiamo popieriaus. Kadangi popierius turi stipresnį krūvį, toneris „peršoka” nuo būgno ant popieriaus.

Šis perkėlimas nėra 100% efektyvus. Maždaug 90-95% tonerio pereina ant popieriaus, o likusi dalis lieka ant būgno. Todėl po perkėlimo būgnas turi būti nuvalytas specialiu valymo ašmenėliu, kuris nubraukia likutį atgal į atliekų talpyklą. Jei šis valymas neveiktų gerai, ant kitų spausdintų lapų atsirastų šešėliai ar dėmės iš ankstesnių vaizdų.

Popierius šiuo momentu turi ant savęs tonerio miltelius, bet jie tebėra laisvi. Jei dabar papūstumėte ant popieriaus, toneris išsisklaidytų. Jis laikosi tik elektrostatinės traukos dėka, o tai nepakankama ilgalaikiam ryšiui.

Įkaitinimas – kai toneris tampa viena su popieriumi

Paskutinis ir svarbiausias žingsnis – fiksavimas arba įkaitinimas. Popierius su prilipusiu toneriu pereina pro du volelius: vienas iš jų įkaitintas iki maždaug 180-220°C, kitas – guminis spaudžiamasis volelis. Kai tonerio dalelės patenka tarp šių volelių, vyksta keletas dalykų vienu metu.

Pirma, aukšta temperatūra ištirpdo plastikinę tonerio dalelių dalį. Toneris iš kieto miltelio virsta lipnia, pusiau skystą masę. Antra, spaudimas (paprastai apie 40-60 kg/cm²) įspaudžia šį ištirpusį tonerį į popieriaus poras ir plokščiai išsklaido ant paviršiaus. Trečia, kai popierius išeina iš įkaitinimo mazgo ir atvėsta, toneris vėl sukietėja, bet dabar jau tvirtai sulipęs su popieriaus skaidulomis.

Būtent dėl šio proceso ką tik atspausdintas lapas išeina šiltas. Kai kurie žmonės net jaučia specifinį kvapą – tai plastikas ir popieriaus skaidulos reaguoja į karštį. Šis kvapas yra normalus, nors ilgalaikis intensyvus spausdinimas prastai vėdinamoje patalpoje nėra rekomenduojamas.

Įkaitinimo temperatūra ir laikas turi būti tiksliai subalansuoti. Per žema temperatūra – toneris neištirps pakankamai ir lengvai nusitrina nuo popieriaus. Per aukšta – popierius gali prigesti, pasigesti arba net užsidegti. Storesnis popierius reikalauja daugiau šilumos, plonesnis – mažiau. Moderniuose spausdintuvuose yra jutikliai, kurie stebi temperatūrą ir reguliuoja ją realiu laiku.

Spalvotas spausdinimas – keturkartis sudėtingumas

Spalvotieji lazeriniai spausdintuvai veikia tuo pačiu principu, tik viskas vyksta keturis kartus. Yra keturi atskiri toneriai: cianas (žydra), magenta (rausva), geltonas ir juodas (CMYK sistema). Kiekvienas spalvos sluoksnis turi savo būgną arba bent savo tonerio kasetę ir išvystymo sistemą.

Yra du pagrindiniai būdai, kaip tai realizuojama. Pirmasis – vieno praėjimo sistema, kur keturi būgnai išdėstyti eilėje, ir popierius praeina pro visus iš karto, kiekviename etape gaudamas vis kitą spalvą. Antrasis – keturių praėjimų sistema, kur tas pats būgnas naudojamas keturis kartus, kiekvieną kartą su skirtingu toneriu, o vaizdas pirmiausia perkeliamas ant tarpinio diržo, o tik paskui – ant popieriaus.

Spalvotas spausdinimas reikalauja neįtikėtino tikslumo. Jei spalvos sluoksniai nesuderinami tiksliai (iki 0,1 mm ar net mažiau), vaizdas atrodo neryškus arba su spalvotais šešėliais. Tai vadinama registracijos problema, ir kokybiški spalvoti lazeriniai spausdintuvai turi sudėtingas sistemas, kurios nuolat kalibruoja ir koreguoja kiekvieno spalvos sluoksnio poziciją.

Kodėl kartais viskas eina ne taip

Tonerio prilipinimo procesas gali sutrukti dėl daugelio priežasčių. Jei būgnas nusidėvėjęs arba subraižytas, elektrostatinis krūvis ant jo pasiskirsto netolygiai, ir toneris prilimpa ne ten, kur reikia. Atsiranda juodos linijos, dėmės arba išblukę plotai.

Jei toneris senas arba prastos kokybės, jo dalelės gali būti netinkamo dydžio arba netolygiai įsielektrina. Tada spausdinimo kokybė krenta – tekstas tampa pilkas, vaizdai – dėmėti. Pigesni analoginiai toneriai dažnai turi būtent tokių problemų, nes jų dalelių dydis ir cheminė sudėtis ne visada atitinka originalių standartus.

Drėgnas popierius – tai kita dažna problema. Drėgmė keičia popieriaus elektrostatines savybes ir trukdo toneriui tinkamai persikelti. Be to, įkaitinimo etape drėgmė gali virsti garais, kurie deformuoja popierių arba sukelia burbulus tonerio sluoksnyje. Todėl popierių reikia laikyti sausoje vietoje, ne rūsyje ar šalia lango, kur kondensacija dažna.

Įkaitinimo mazgas – tai dalis, kuri nusidėvi greičiausiai. Karštasis volelis turi teflono ar panašią dangą, kuri laikui bėgant nusidėvi. Tada toneris pradeda prilipti prie paties volelio, o ne likti ant popieriaus. Rezultatas – dėmės ant spaudinių, įstrigęs popierius, prastas fiksavimas. Įkaitinimo mazgo keitimas – tai viena brangiausių lazerinio spausdintuvo priežiūros procedūrų.

Kai visa chemija ir fizika susideda į vieną spaudinį

Lazerinių spausdintuvų tonerio prilipinimas – tai elegantiškas fizikos, chemijos ir inžinerijos derinys. Elektrostatika sukuria neregimą vaizdą, tonerio dalelės jį materializuoja, o šiluma ir spaudimas padaro jį nuolatiniu. Viskas vyksta per kelias sekundes, o rezultatas – aiškus, ilgalaikis spaudinys.

Suprasdami šį procesą, galime geriau prižiūrėti savo spausdintuvus. Naudokite kokybišką tonerį – tai ne tik geresnė kokybė, bet ir ilgesnis spausdintuvo tarnavimo laikas. Laikykite popierių sausą. Jei spausdinimo kokybė krenta, pirmiausia patikrinkite būgną ir įkaitinimo mazgą – dažniausiai problema būna ten. Ir nepamirškite, kad lazerinis spausdintuvas – tai ne kažkoks paprastas įrenginys, o tikras mažas fizikos laboratorija ant jūsų stalo, kur kiekvienas spaudinys yra šimtų tikslių operacijų rezultatas.