Hart van het apparaat is de trommel, ook wel 'drum' genoemd. Deze is voorzien
van een speciaal lichtgevoelig oppervlak, waarvoor meestal een of
andere halfgeleider wordt gebruikt.
Vroeger werd hiervoor het nogal giftige selenium
gebruikt, tegenwoordig werkt men met amorf silicium.
Naast het voordeel van niet-giftigheid is silicium
bovendien veel lichtgevoeliger dan selenium. Daarnaast worden ook
vaak zogenoemde 'OCP'-drum's gebruikt, hetgeen de afkorting is van
'Organic Photo Conductor', oftewel fotogeleider uit organisch
materiaal.
De trommel draait in uurwijzerzin. Beschouw een bepaald
punt op het oppervlak van de trommel. Dat punt draait eerst onder
de 'Reiniging' door. Hier wordt alle toner van de vorige afdruk,
die eventueel nog op de trommel aanwezig is, verwijderd. De
reinigingseenheid bestaat meestal uit een soort schraper of een
aantal borsteltjes, die het oppervlak van de drum schoonvegen en
het oude tonerpoeder afvoeren naar een afvalcontainertje.
Vervolgens draait het beschouwde punt door onder de 'Hoofdlader'.
Deze unit bestaat uit een elektrostatische oplader, een zeer dunne
strak gespannen metalen draad, die op een zeer hoge gelijkspanning
wordt gezet. Deze draad noemt men de 'primaire corona'. De hoge
gelijkspanning op deze draad wekt een zeer sterk elektrostatisch
veld op, met als gevolg dat het oppervlak van de drum elektrisch
wordt opgeladen.
Vervolgens draait het punt door naar de plaats waar de
echte actie plaats vindt. De drum wordt getroffen door een zeer
fijne straal licht. Bij zeer fijn moet men denken aan een
lichtstraaltje met een diameter van een paar duizendsten van een
millimeter! Dat licht is afkomstig van de belichtingseenheid.
Hiervoor bestaan verschillende systemen. Bij de allereerste
generatie LASER-printers kan men stellen dat de dunne lichtbundel
afkomstig is van een LASER-eenheid. De dunne lichtstraal wordt via
lenzen en beweegbare spiegels op de drum gefocusseerd. De
beweegbare spiegels zorgen ervoor dat de lichtstraal uiterst snel
de volledige breedte van de drum afscant. De lichtstraal wordt
bovendien gelijktijdig gemoduleerd, dat wil zeggen dat de continue
lichtstraal wordt omgezet in een opeenvolging van korte
lichtflitsjes. Op deze manier wordt de printinformatie, die
uiteraard uit logische AAN- en UIT-signalen bestaat, omgezet in
lichtpulsen.
Deze lichtpulsen treffen de drum. Nu gebeurt er iets
vreemds. Daar waar de lichtpulsen het oppervlak van de drum
treffen, zal de door de corona aangebrachte elektrische statische
lading 'afvloeien'. Het fysische proces dat hiervoor
verantwoordelijk is, is vrij ingewikkeld en er komt zelfs
quantummechanica aan te pas om het verschijnsel te verklaren. In
het kort komt het er op neer dat de hoogenergetische fotonen,
waaruit het licht bestaat, bepaalde eigenschappen van de atomen
van de lichtgevoelige laag beïnvloeden. Belangrijk is, dat de
door de corona egaal opgeladen drum door de belichting een
'elektrostatisch beeld' krijgt. Het beeld dat later op het papier
wordt afgedrukt, is reeds op het oppervlak van de drum aanwezig,
maar dan onder de vorm van elektrische ladingsverdelingen.
De drum draait verder in uurwijzerzin, het beschouwde punt komt nu bij de
magnetische rol. Deze zorgt ervoor dat het tonerpoeder zich hecht
op die delen van de drum die ontladen zijn door de LASER-straal.
Het tonerpoeder wordt eerst opgeladen tot hetzelfde elektrisch
potentiaal als de drum. De magnetische rol brengt een zeer dunne
laag van dit opgeladen poeder in de nabijheid van de drum. Daar
waar de drum ontladen is, ontstaat een elektrostatisch veld tussen
de ontladen delen van de drum en het elektrisch geladen
tonerpoeder. Het poeder wordt aangetrokken door de ontladen delen
van de drum, springt van de magnetische rol naar de drum en hecht
zich op die plaatsen die ontladen zijn. In deze fase van het
proces wordt het elektrostatische beeld op de drum dus omgezet in
een beeld dat bestaat uit los tonerpoeder.
Ondertussen is het papier aangevoerd. Dat papier beweegt met dezelfde snelheid als de
omtreksnelheid van de drum. De bedoeling is nu dat het aan de drum
hechtende tonerpoeder wordt overgedragen op het papier. Ook dat
gebeurt elektrostatisch. In de 'Transfer-eenheid' wordt het papier
elektrisch opgeladen en wel met een tegengestelde polariteit als
de drum. In die eenheid is dus een tweede coronadraad aanwezig,
die ook op een hoge gelijkspanning staat, maar van tegengestelde
polariteit als de spanning waarmee de drum werd opgeladen. Het
papier wordt nu in de nabijheid van de drum gebracht. De
elektrostatisch lading op het papier zorgt er nu voor dat het
losse op de drum aanwezige tonerpoeder van de drum wordt losgerukt
en op het papier terecht komt.
Het tonerpoeder is nu weliswaar op
het papier aanwezig, maar nog steeds onder de vorm van een losse
laag, die er zo vanaf gestreken kan worden. In de laatste fase van
het proces wordt dit losse poeder op het papier gefixeerd. Dat
gebeurt in de 'Fixeereenheid'. Het papier wordt tussen twee rubber
rollen gevoerd, die door middel van een lamp opgewarmd zijn tot
een temperatuur van ongeveer 150 °C. Het losse
tonerpoeder wordt hierdoor als het ware gesmolten en hecht zich
vast op het papier. Het opgewarmde papier gaat nu naar de
opvangbak.
Het tonerpoeder bestaat uit een zeer fijne menging van 50 % ijzeroxide, 35 % hars, 10 % verfpigmenten en 5 % additieven. Het ijzeroxide is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het poeder goed aan de magnetische verdeelrol blijft kleven en gemakkelijk van deze rol naar de ongeladen delen van de drum springt. Het hars is verantwoordelijk voor het insmelten van de toner op het papier. De additieven bevatten onder andere zeer fijne deeltjes van een harde ceramische stof. Deze deeltjes worden gebruikt om het fotogevoelig oppervlak van de drum schoon te schuren, zodat papierdeeltjes die er blijven aan kleven binnen de kortste keren worden weg geschuurd. Iedere fabrikant gebruikt een eigen mengverhouding, waarbij tegenwoordig bovendien nog eens een onderscheid wordt gemaakt tussen normale toner en zogenoemde 'microtoner'. Dit laatste poeder moet, althans volgens de fabrikanten, gebruikt worden bij laserprinters die een hoge resolutie hebben (800 dpi of meer). Het zou de kwaliteit van de afdruk aanzienlijk verbeteren. In de dagelijkse praktijk blijkt echter dat er nauwelijks een verschil in afdrukkwaliteit valt op te merken tussen gewone goedkope toner en de dure microtoner.
In de figuur werd als belichtingsbron een LASER ingetekend. Nu
zijn er echter in de loop der jaren vier belichtingssystemen
ontwikkeld, waarvan er twee in feite helemaal niets te maken
hebben met LASER's. Desondanks worden ook printers die met deze
systemen werken LASER-printers genoemd! De vier systemen op een
rijtje:
- de polygoon scan techniek;
- het LED-array;
- het LCD-array;
- de tonerjet-techniek.
Bij de polygoon scan techniek wordt met een LASER-bron gewerkt. Het principe van deze belichtingstechniek is getekend in onderstaande figuur.
Hart van het systeem is een He-Ne LASER met een
vermogen van een paar mW. Deze zendt een continue zeer
dunne (2/100 mm) lichtbundel uit, die eerst via een
convergentielens nog meer wordt gebundeld. Nadien volgt de
lichtmodulator. Hier wordt de elektronische informatie, afkomstig
van de computer, omgezet in een pulserende lichtstraal. Via een
heel ingewikkeld systeem van lenzen en spiegels belandt de met
gegevens gemoduleerde lichtstraal uiteindelijk op de polygoon
spiegel. Dit is het belangrijkste onderdeel van het optisch
systeem. Zoals de naam reeds doet vermoeden, bestaat deze spiegel
uit segmenten, in de meeste gevallen uit zes. De spiegel draait
heel snel rond, toerentallen van 7.600 omwentelingen per minuut
zijn geen uitzondering. De LASER-straal valt in op de segmenten
van deze spiegel en zal natuurlijk worden teruggekaatst, volgens
de eenvoudige optische wet die zegt dat de invalshoek gelijk is
aan de weerkaatsingshoek. Doordat de spiegel draait zal de
weerkaatsingshoek echter lineair variëren.
Het gevolg is dat de LASER-straal een heen-en-weer
gaande beweging gaat uitvoeren. Op deze manier zal de straal lijn
na lijn van de draaiende drum gaan scannen en de optische gegevens
omzetten in een ladingsbeeld op de trommel. Het oppervlak van de
trommel is in de tekening vlak voorgesteld, maar in realiteit is
dit oppervlak natuurlijk gebogen. De door de polygoon spiegel
teruggekaatste lichtstraal doorloopt nog eens een heleboel
spiegels en lenzen alvorens terecht te komen op het oppervlak van
de drum.
Een belangrijk onderdeel van het systeem is de
foto-ontvanger. Deze detecteert het begin van iedere lijnscan,
zodat het systeem weet wanneer de belichtingseenheid begint met
het scannen van een nieuwe lijn van de drum. Om een acceptabele
printsnelheid te verkrijgen duurt het belichten van één
punt op de trommel slechts ongeveer 1/13.000.000
seconde.
Tegenwoordig kan men een LASER-bron maken onder de vorm van een klein elektronisch onderdeel, een zogenoemde LASER-diode. Zo'n diode hoeft niet groter te zijn dan een/honderdste van een millimeter en het is technologisch niet zo'n probleem om duizenden van deze dioden keurig naast elkaar op een drager aan te brengen. Zo'n constructie noemt men een 'array' en een dergelijk array, opgebouwd uit bijvoorbeeld 2.500 LASER-dioden, kan het gehele ingewikkelde optische systeem van de polygoon scan techniek vervangen! In onderstaande figuur is het wel zeer eenvoudige principe van de LASER-array belichtingstechniek geschetst.
Een of meerdere LASER-array's worden vlak boven de drum aangebracht. De duizenden LASER-dioden worden nu individueel aangestuurd, zodat in één keer een volledige beeldlijn op de drum wordt belicht. Op deze manier is men in staat uiterst compacte en goedkope laserprinters te fabriceren met een resolutie van 300 dpi. Het zal duidelijk zijn dat de aansturingselektronica in een dergelijke printer vrij complex is. Maar elektronica is tegenwoordig zeer goedkoop te maken en de prijs van een dergelijk systeem valt in het niet als men het vergelijkt met de prijs van het zeer ingewikkelde mechanische systeem dat de polygoon-techniek nodig heeft. Bovendien zijn deze array-printers natuurlijk veel betrouwbaarder, omdat zij veel minder bewegende onderdelen bevatten.
Interessante elektronica links
Klik hier ... Kattenschrikdraad installatie houdt katten in of uit uw tuin
Klik hier ... Boeken voor de elektronicus
Klik hier ... Software voor schema tekenen, print ontwerpen en simulatie
Klik hier ... Goedkope digitale oscilloscopen, via USB aan te sluiten op uw PC
Klik hier ... Goedkope meetapparatuur voor het testen van uw onderdelen
Klik hier ... Draadloze elektronica in uw huis
Klik hier ... Inbraakalarm van Marmitek en KlikAanKlikUit
Klik hier ... Bespaar energie met PowerSafer
Klik hier ... Goedkope dataloggers voor t, RH, CO, V en I
Klik hier ... Educatieve producten voor het basisonderwijs