Wie funktionieren Laserdrucker?
Über drei Jahrzehnte hat der Laserdrucker die Art und Weise, wie wir drucken, verändert, indem er zuerst jedem Unternehmen hochwertige Schwarzweißdrucke zugänglich machte, später eine Desktop-Publishing-Revolution anregte und dann bis in kleinere Büros und die Zuhause.
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Auch heute noch ist der Laserdrucker in der Wirtschaft allgegenwärtig, wo er für hohe Geschwindigkeiten und hohe Arbeitsvolumen immer noch unschlagbar ist. Aber wie funktioniert ein Laserdrucker? Wie erzeugt eine Kombination aus Lasern, aufgeladenen Trommeln und Toner den Text und die Bilder, die wir auf der Seite sehen?
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Die Geschichte des Prozesses
Zunächst eine kurze Lektion in der Geschichte der Laserdrucker. Der Laserdrucker basiert auf den Prinzipien der Elektrofotografie – ein Verfahren, das 1938 von dem amerikanischen Patentanwalt Chester Carlson entwickelt wurde. Carlson entdeckte, dass man eine Kopie einer Textseite erstellen kann, indem man Licht von den weißen Bereichen des Papiers auf das Papier reflektiert eine geladene Trommel.
Das Licht neutralisierte die Ladung auf der Trommel, so dass, wenn entgegengesetzt geladene Partikel von feinem, trockenem, farbigem Pulver auf die unbelichteten Bereiche aufgetragen wurden, es kleben blieb. Dieser Toner könnte dann von der Trommel auf ein Blatt Papier gerollt werden, wo er durch Hitze und Druck verschmelzen würde. Carlsons Erfindung führte sowohl zu den ersten Fotokopierern als auch zur Gründung eines Unternehmens, das zum Synonym für Fotokopieren wurde – Xerox.
1969 führte ein Xerox-Forscher namens Gary Starkweather die Elektrofotografie noch einen Schritt weiter. Anstatt ein fotografisches Verfahren zu verwenden, um das Bild auf der Trommel zu erstellen, dachte er, warum nicht einen Laser verwenden, um ein digitales Bild zu zeichnen? Acht Jahre später veröffentlichte Xerox sein elektronisches Drucksystem 9700: einen frühen Laserdrucker.
Die Technologie von Xerox funktionierte, war aber noch nicht reif für den Massenmarkt. Das erforderte eine einzigartige Partnerschaft von Innovatoren. Mitte der 1970er Jahre fragte Canon nach der Entwicklung eines Prototyps eines Laserdruckers HP, ob es daran interessiert sei, die Technologie in einen kommerziellen Geschäftsdrucker einzubringen. Dies führte zur Entwicklung des ersten Laserdruckers von HP – dem HP 2680A (siehe das charmante Werbefoto oben). Von dort kam der erste massentaugliche Laser, der Original HP LaserJet von 1985.
Im Inneren des Laserdruckers
Während sich die LaserJet-Technologie in den letzten 30 Jahren dramatisch verändert hat, ist der grundlegende Prozess im Wesentlichen immer noch derselbe. Anweisungen werden von einem PC in Form einer Druckerbefehlssprache (PCL) an den Drucker gesendet, die dem Drucker mitteilt, welcher Text gedruckt werden soll, wo er gedruckt werden soll und wie er gestaltet werden soll, während auch alle grafischen Elemente in PCL aufgeschlüsselt werden Code. Ein Rasterbildprozessor (RIP) auf dem Drucker wandelt diese Anweisungen dann in das auf der fertigen Seite zu druckende Bild um.
Aber wie kommt dieses Bild dort an? Zunächst wird eine negative Ladung durch eine Primärladungswalze oder einen Koronadraht auf eine zylindrische Trommel aufgebracht. Dann ätzt ein Laser, der durch eine Anordnung von Linsen und Spiegeln arbeitet, das vom RIP erzeugte Bild zeilenweise auf die Trommeloberfläche. Die vom Laser getroffenen Bereiche sind positiver geladen. Dies bedeutet, dass negativ geladener Toner, wenn er auf die Oberfläche der Trommel übertragen wird, an den vom Laser markierten Bereichen haftet und von den Bereichen abfällt, die negativ geladen bleiben.
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Der Toner wird dann von der Oberfläche der Trommel auf das Papier durch eine Übertragungswalze übertragen, die eine positive Ladung auf die Unterseite des Papiers aufbringt und den negativ geladenen Toner von der Trommel anzieht.Wenn der Toner durch statische Elektrizität an Ort und Stelle gehalten wird, wird er zu einer Fixiereinheit geleitet, der eine Kombination aus Wärme und Druck verwendet, um den Toner dauerhaft an Ort und Stelle zu fixieren.
Schwarzweiß- und Farblaser verwenden beide das gleiche grundlegende Verfahren - jedoch mit einem wesentlichen Unterschied. In einem Schwarzweiß-Laserdrucker gibt es nur eine Trommel und eine Tonerkartusche, aber in einem Farblaserdrucker finden Sie vier Kartuschen – Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz – jede mit eigener Trommel, Toner und Primärladewalzen und zugehörigen Mechanismen .
Tatsächlich steckt der Großteil der Technologie eines Farblasers in den Tonerkartuschen, während die Zusammensetzung des Toners entscheidend für die Druckqualität, Leistung und Zuverlässigkeit ist. Wenn Hersteller die Benutzer auffordern, bei Original-Tonerkartuschen zu bleiben, liegt das daran, dass sie wissen, dass diese Kartuschen mechanisch solide und zuverlässig sind und dass der verwendete Toner der für diese Druckerlinie entwickelte Toner ist.
Vor- und Nachteile des Laserdruckers
Als System ist der Laserdruckerprozess unglaublich effektiv. Durch Verfeinerungen stiegen die Geschwindigkeiten von weniger als einer Seite pro Minute (ppm) auf über 50 ppm, während sich die Auflösungen mehr als vervierfachten. Darüber hinaus haben Laserdrucker in der Vergangenheit mehrere Vorteile gegenüber konkurrierenden Drucktechnologien wie Tintenstrahl- oder Festtintendruckern genossen.
Laser erzeugen selbst auf Normalpapier gestochen scharfen Text und leuchtende Vollfarbgrafiken, und die Druckgeschwindigkeiten zwischen Farbe und Schwarzweiß unterscheiden sich kaum. Der Laserdruck ist auch eine zuverlässige Technologie, mit der Laserdrucker monatliche Arbeitslasten zwischen 4.000 und 15.000 Seiten bewältigen können.Aus diesem Grund machen Laserdrucker immer noch die Mehrheit der betriebsbereiten Arbeitsgruppendrucker aus, obwohl die neuesten Tintenstrahldrucker jetzt einen harten Wettbewerb bieten.
Dennoch halten einige Einschränkungen den Laser zurück. Erstens verbringen die Tonerpartikel in einer Kartusche viel Zeit damit, die Mechanismen zu durchlaufen, was bedeutet, dass sie im Laufe der Zeit dazu neigen, sich zu zersetzen. Dies macht es unmöglich, den gesamten Toner in der Kartusche zu verwenden, sodass ein Teil verschwendet wird. Zweitens benötigt die Fixiereinheit des Laserdruckers viel Wärme, um den Toner mit dem Papier zu verschmelzen. Dies erhöht die Energiekosten und wirkt sich negativ auf die Umwelt aus.
HP ist in diesem Bereich führend, mit neuen Tonerrezepturen und einer neuen Druckerlinie – der LaserJet M-Serie – die kleiner, schneller und energieeffizienter sind. Durch kontinuierliche Forschung, Entwicklung und Innovation wird der Laserdrucker immer stärker.
Was ist Toner?
Die frühen Laserdrucker verwendeten eine Mischung aus Harzen, Pigmenten und verschiedenen Additiven, die heiß zu einer Paste vermischt, dann abgekühlt und zu einem trockenen Pulver pulverisiert wurden. Toner funktioniert am besten, wenn die Partikel eine möglichst gleichmäßige Größe und Form haben. Daher wurden diese Toner gesiebt, um die kleinsten und größten Partikel zu entfernen. Pulverisierte Toner werden auch heute noch in vielen Laserdruckern verwendet, obwohl die Partikelgröße heute nur noch einen Bruchteil der früheren Größe beträgt.
1997 begann HP jedoch mit einem chemischen Verfahren, um die Cyan-, Magenta- und Gelb-Tonerpartikel für die Verwendung in seinen Flaggschiff-Laserdruckern zu züchten, wobei jedes kleine, kugelförmige Partikel aus einem Kern auf die exakte erforderliche Größe und Form gewachsen ist. Dies führte zu einem Toner, der besser kontrollierbar war und besser durch die Kartusche und das Druckwerk floss, wodurch die Druckgeschwindigkeit, die Auflösung und die Anzahl der Seiten, die von jeder Kartusche gedruckt werden konnten, verbessert wurde. Jetzt werden alle ColorSphere und ColorSphere 3 Toner von HP auf diese Weise hergestellt, wobei die neueste Version einen weichen Tintenkern in einer haltbaren Außenhülle umhüllt, was sowohl eine höhere Seitenleistung gewährleistet als auch ein Schmelzen des Toners bei einem niedrigeren Schmelzpunkt ermöglicht.
Bilder sind urheberrechtlich geschützt HP und HP Computermuseum .
