Laser od środka

W urządzeniach laserowych do druku jest wykorzystywany proszek zwany tonerem. W modelach czarno-białych korzysta się z jednego koloru – tonera czarnego, w drukarkach kolorowych stosuje się tonery w czterech podstawowych barwach – CMYK (Cyjan, Magenta, Yellow i blacK). Do niedawna taki proszek uzyskiwano na drodze mechanicznego rozdrabniania. Współczesne tonery są otrzymywane w wyniku reakcji chemicznych (toner polimeryzowany). Cząsteczki tego drugiego są mniejsze oraz wszystkie mają zbliżone kształty, co w przypadku tonera tworzonego mechanicznie nie było możliwe do osiągnięcia.

Nazwa drukarek laserowych wzięła się od wykorzystywanego w ich działaniu światła lasera i jest nieco myląca dla użytkowników przyzwyczajonych do urządzeń atramentowych. Laser jest bowiem tylko jednym z elementów pośredniczących w tworzeniu wydruku. Ten ostatni powstaje ze specjalnego proszku zwanego tonerem.

Drukarki laserowe należą do grupy urządzeń stronicowych. Oznacza to, że paczka danych, na których pracuje drukarka, musi zawierać opis całej strony, żeby urządzenie rozpoczęło dalsze przetwarzanie danych. Nie mogą one napływać strumieniem i być na bieżąco przetwarzane, jak ma to miejsce w wypadku urządzeń atramentowych.

Informacje generowane przez komputer zapisywane są w jednym ze standardowych języków opisu strony wykorzystywanych przez urządzenia laserowe (najczęściej jest to PostScript, PCL lub inny zgodny z nimi język) i przesyłane do drukarki. Ta zamienia otrzymane dane za pomocą procesora rastrującego (RIP) na bitmapę, czyli gotowy do druku obrazek. Właściwy cykl druku rozpoczyna się dopiero po przygotowaniu mapy bitowej całej drukowanej strony.

Najtańsze drukarki typu GDI nie mają procesora RIP. Wpływa to pozytywnie na ich cenę, ale zadanie przygotowania bitmapy spoczywa na pececie, do którego podłączona jest drukarka.

Podczas druku laserowego największe znaczenie mają zjawiska elektrostatyczne. Toner, który ma ładunek ujemny, jest przyciągany przez naświetlone laserem obszary bębna, które mają ładunek dodatni. Następnie zostają przeniesione na papier, który również jest naładowany dodatnio. Służą temu dwie elektrody ładujące bęben i papier, a także wiązka świata, która modyfikuje ładunek wybranych miejsc bębna. W końcowym etapie druku bęben jest rozładowywany przez odpowiednią lampę, a papier – przez elektrodę.

Głównym elementem drukarki laserowej jest obracający się światłoczuły bęben (1). Dookoła niego umieszczony jest cały zespół elementów zmieniających charakterystykę jego powierzchni. W pierwszej kolejności powierzchnia bębna zostaje naelektryzowana za pomocą specjalnych szczotek lub drutu (ang. transfer corona) (2), umieszczonego poprzecznie względem kierunku obrotu bębna. Następnie za pomocą wiązki lasera (3) odchylanej przez układ luster na bębnie odwzorowany jest monochromatyczny obraz drukowanej strony. Niektóre drukarki zamiast lasera i luster wykorzystują linijkę diod laserowych. W miejscach, gdzie wiązka lasera dotknie powierzchni bębna, wcześniej naniesiony ładunek zostaje usunięty. W zależności od typu drukarki naświetlone miejsca mogą odpowiadać punktom, które zostaną zadrukowane lub niezadrukowane.

Do naelektryzowanych miejsc na bębnie przykleja się toner (4), który jest naładowany przeciwnym ładunkiem elektrycznym. Toner z bębna przenoszony jest na stykającą się z bębnem kartkę papieru (5). Ta także została naładowana, zanim dotknęła powierzchni bębna (6). Takie rozwiązanie ma wadę – powoduje emisję ozonu. Producenci, chcąc uniknąć tego zjawiska, stosują rolki dociskające odpowiednio papier do bębna drukującego.

Gdyby w tym momencie kartka z naniesionym tonerem opuściła drukarkę, jednym ruchem ręki można by zniszczyć cały wydruk, gdyż toner nie jest trwale połączony z papierem. Dlatego niezbędny jest etap utrwalania. Układ utrwalający (ang. fuser) to dwa wałki, z których jeden jest nagrzewany do temperatury około 200°C (7), powodującej topienie tonera i łączenie go z papierem. To właśnie dlatego świeże wydruki laserowe są ciepłe, a sama drukarka zużywa kilkaset watów energii na podgrzanie wałków. Kartka z wtopionym tonerem jest transportowana do odbiornika, a bęben oczyszczany jest z niepotrzebnych już ładunków (8) i resztek tonera (9) oraz przygotowywany do druku następnej strony.

Ograniczeniem techniki druku laserowego jest możliwość druku jedynie jednobarwnych stron. Aby otrzymać wydruk kolorowy, potrzebne są cztery monochromatyczne drukarki laserowe zamknięte w jednej obudowie. Każda z nich tworzy wydruk w jednej ze składowych CMYK: błękitnozielonej (Cyjan), purpurowej (Magenta), żółtej (Yellow) i czarnej (blacK).

Najstarszym rozwiązaniem kolorowego druku laserowego jest proces wieloprzebiegowy. Kartka papieru lub naelektryzowana taśma pośrednicząca (10) czterokrotnie przechodzi przez mechanizm drukujący (11). Za każdym razem nanoszony jest na nią jeden kolor. Takie drukarki nazywane są karuzelowymi, gdyż cztery tonery umieszczone są na karuzeli obracającej się co 90 stopni.

Wydajność drukarek wieloprzebiegowych jest znacznie niższa przy druku kolorowym niż przy druku czarno-białym. Wady tej nie mają urządzenia jednoprzebiegowe. Cztery tonery, każdy z własnym bębnem i najczęściej linijką diod laserowych, ułożone są tu jeden za drugim, nakładając toner na papier od razu w jednym przebiegu.

Uważa się, że drukarki laserowe drukują tanio. W rzeczywistości koszt druku na małych domowych modelach za około 400 zł może dochodzić nawet do 16 groszy za stronę A4. Wśród równie tanich atramentówek bez problemu znajdziemy model podobny pod względem kosztu druku, a dla niektórych spośród nieco droższych jest to około 5 groszy. W tym segmencie przewagą laserówek jest to, że obciążalność urządzeń atramentowych jest bardzo mała (500–2000 stron miesięcznie).

W wypadku droższych urządzeń biurowych (ok. 2 tys. zł) typowa obciążalność miesięczna to 20 tys. stron. W tym segmencie cena druku strony spada poniżej 10 groszy. Dopiero gdy sięgniemy po maszyny kosztujące kilkanaście tysięcy złotych, możemy oczekiwać kosztów druku na poziomie 1 grosza. Takich urządzeń nie opłaca się jednak kupować tam, gdzie drukarka w ciągu całego swojego życia nie wydrukuje co najmniej 100 tys. stron tekstu.

Oprócz zasobników z tonerem w drukarce wymienia się bęben światłoczuły. W tanich drukarkach, z bębnem oddzielonym od pojemnika z tonerem, wymiana tego elementu może być nieopłacalna. W podobnej cenie kupimy nową drukarkę. Można więc z góry założyć konieczność wymiany urządzenia na nowe i używać tańszych, nieoryginalnych materiałów eksploatacyjnych, ale takich, których jakość jest dla nas akceptowalna. Z kolei w wypadku droższych urządzeń, gdzie cena bębna jest relatywnie niska w porównaniu do kosztów całego urządzenia, warto używać oryginalnych materiałów eksploatacyjnych.