Электростатическая цифровая печать: История и развитие лазерных принтеров

Введение

Электростатический цифровой процесс печати

Лазерная печать — это электростатический цифровой процесс печати. Она обеспечивает высокое качество текста и графики (и умеренное качество фотографий) путем многократного перемещения лазерного луча вперед и назад над отрицательно заряженным цилиндром, называемым «барабаном», для создания изображения с дифференцированным зарядом. Затем барабан избирательно собирает электрически заряженный порошковый тонер и переносит изображение на бумагу, которая затем нагревается для постоянного закрепления текста, изображения или и того, и другого. Как и в цифровых копировальных аппаратах, лазерные принтеры используют ксерографический процесс печати. Лазерная печать отличается от традиционной ксерографии, используемой в аналоговых копировальных аппаратах, тем, что в последних изображение формируется путем отражения света от исходного документа на поверхность барабана. Лазерный принтер был изобретен в Xerox PARC в 1970-х годах. В последующие годы лазерные принтеры были представлены компаниями IBM, Canon, Xerox, Apple, Hewlett Packard и многими другими для офисного, а затем и для домашнего использования. За прошедшие десятилетия качество и скорость печати увеличились, а цены снизились, и эти когда-то передовые устройства печати стали повсеместными.

История

В 1960-х годах корпорация Xerox занимала доминирующее положение на рынке фотокопировальных машин. В 1969 году у Гэри Старквезера, работавшего в отделе разработки продуктов Xerox, появилась идея использовать лазерный луч для "рисования" изображения копируемого оригинала непосредственно на барабан копировальной машины. После перехода в недавно созданный Исследовательский центр Пало-Альто (Xerox PARC) в 1971 году Старквезер адаптировал копировальный аппарат Xerox 7000 для создания SLOT (Scanned Laser Output Terminal). В 1972 году Старквезер работал с Батлером Лэмпсоном и Рональдом Райдером над добавлением системы управления и генератора символов, в результате чего был создан принтер под названием EARS (Ethernet, Alto Research character generator, Scanned laser output terminal), который позже стал лазерным принтером Xerox 9700. 1976 год: Выпущена первая коммерческая реализация лазерного принтера, IBM 3800. Он был разработан для центров обработки данных, где заменил линейные принтеры, подключенные к мэйнфреймам. IBM 3800 использовался для печати больших объемов на непрерывной бумаге и достигал скорости 215 страниц в минуту (ppm) с разрешением 240 точек на дюйм (dpi). Было продано более 8000 таких принтеров. 1977 год: Xerox 9700 поступил в продажу. В отличие от IBM 3800, Xerox 9700 не предназначался для замены каких-либо конкретных существующих принтеров; однако он обеспечивал ограниченную поддержку загрузки шрифтов. Xerox 9700 превосходил в печати документов высокой ценности на листовой бумаге с различным содержанием (например, страховых полисов). 1981 год: На рынок вышел первый небольшой персональный компьютер, предназначенный для офисного использования, Xerox Star 8010. Система использовала метафору рабочего стола, которая оставалась непревзойденной в коммерческих продажах до Apple Macintosh. Несмотря на свою инновационность, рабочая станция Star была непомерно дорогой системой, доступной лишь небольшой части предприятий и учреждений, на которые она была ориентирована. 1984 год: Выпущен первый лазерный принтер, предназначенный для массового рынка, HP LaserJet; он использовал печатный механизм Canon CX, управляемый программным обеспечением HP. За LaserJet быстро последовали принтеры от Brother Industries, IBM и других производителей. Первые модели имели большие светочувствительные барабаны, окружность которых превышала длину загружаемой бумаги. После разработки более быстровосстанавливающихся покрытий барабаны могли касаться бумаги несколько раз за один проход и, следовательно, быть меньшего диаметра. 1985 год: Apple представила LaserWriter (также основанный на печатном механизме Canon CX), но использовала недавно выпущенный язык описания страниц PostScript (до этого момента каждый производитель использовал свой собственный язык описания страниц, что делало поддерживающее программное обеспечение сложным и дорогим). PostScript позволял использовать текст, шрифты, графику, изображения и цвет в значительной степени независимо от марки или разрешения принтера. PageMaker, разработанный Aldus для Macintosh и LaserWriter, также был выпущен в 1985 году, и эта комбинация стала очень популярной для настольной публикации. Фотопроводность отводит заряженные электроны из областей, подвергающихся воздействию лазерного света. Затем порошкообразные частицы тонера электростатически притягиваются к оставшимся участкам барабана, которые не были облучены лазером. Барабан затем переносит изображение на бумагу, которая проходит через машину при непосредственном контакте. Наконец, бумага направляется в модуль финишной обработки, который использует тепло для мгновенного закрепления тонера, формирующего изображение, на бумаге. Лазер обычно представляет собой полупроводниковый лазер из алюминиевого галлиевого арсенида (AlGaAs), излучающий красный или инфракрасный свет. Барабан покрыт селеном или, в последнее время, органическим фотопроводником из N-винилкарбазола, органического мономера. Процесс обычно включает семь этапов, подробно описанных в разделах ниже.

In the 1960s, the Xerox Corporation held a dominant position in the photocopier market. In 1969, Gary Starkweather, who worked in Xerox's product development department, had the idea of using a laser beam to "draw" an image of what was to be copied directly onto the copier drum. After transferring to the recently formed Palo Alto Research Center (Xerox PARC) in 1971, Starkweather adapted a Xerox 7000 copier to make SLOT (Scanned Laser Output Terminal). In 1972, Starkweather worked with Butler Lampson and Ronald Rider to add a control system and character generator, resulting in a printer called EARS (Ethernet, Alto Research character generator, Scanned laser output terminal)—which later became the Xerox 9700 laser printer. 1976: The first commercial implementation of a laser printer, the IBM 3800, was released. It was designed for data centers, where it replaced line printers attached to mainframe computers. The IBM 3800 was used for high volume printing on continuous stationery, and achieved speeds of 215 pages per minute (ppm), at a resolution of 240 dots per inch (dpi). Over 8,000 of these printers were sold. 1977: The Xerox 9700 was brought to market. Unlike the IBM 3800, the Xerox 9700 was not targeted to replace any particular existing printers; however, it did have limited support for the loading of fonts. The Xerox 9700 excelled at printing high value documents on cut sheet paper with varying content (e. g. insurance policies). 1981: The first small personal computer designed for office use, the Xerox Star 8010, reached market. The system used a desktop metaphor that was unsurpassed in commercial sales, until the Apple Macintosh. Although it was innovative, the Star workstation was a prohibitively expensive system, affordable only to a fraction of the businesses and institutions at which it was targeted. 1984: The first laser printer intended for mass market sales, the HP LaserJet, was released; it used the Canon CX engine, controlled by HP software. The LaserJet was quickly followed by printers from Brother Industries, IBM, and others. First generation machines had large photosensitive drums, of circumference greater than the loaded paper's length. Once faster recovery coatings were developed, the drums could touch the paper multiple times in a pass, and therefore be smaller in diameter. 1985: Apple introduced the LaserWriter (also based on the Canon CX engine), but used the newly released PostScript page description language (up until this point, each manufacturer used its own proprietary page description language, making the supporting software complex and expensive). PostScript allowed the use of text, fonts, graphics, images, and color largely independent of the printer's brand or resolution. PageMaker, developed by Aldus for the Macintosh and LaserWriter, was also released in 1985 and the combination became very popular for desktop publishing. Photoconductivity conducts charged electrons away from the areas exposed to laser light. Powdered ink (toner) particles are then electrostatically attracted to remaining areas of the drum that have not been laser beamed. The drum then transfers the image onto paper which is passed through the machine by direct contact. Finally, the paper is passed onto a finisher, which uses heat to instantly fuse the toner that represents the image onto the paper. The laser is typically an aluminium gallium arsenide (AlGaAs) semiconductor laser), which emits red or infrared light. The drum is coated with selenium, or more recently, with an organic photoconductor made of N vinylcarbazole, an organic monomer. There are typically seven steps involved in the process, detailed in the sections below.

Растровая обработка изображений

Документ, предназначенный для печати, кодируется на языке описания страниц, таком как PostScript, язык команд принтера (PCL) или спецификация Open XML Paper Specification (OpenXPS). Растровый процессор изображений (RIP) преобразует описание страницы в растровое изображение, которое хранится в растровой памяти принтера. Каждая горизонтальная полоса точек на странице называется растровой линией или линией развертки. Лазерная печать отличается от других технологий печати тем, что каждая страница всегда отрисовывается в едином непрерывном процессе без каких-либо пауз, в то время как другие технологии, такие как струйная печать, могут делать паузы после каждой нескольких строк. Чтобы избежать недостатка данных в буфере (когда лазер достигает точки на странице до того, как там будут сформированы точки), лазерному принтеру обычно требуется достаточно растровой памяти для хранения растрового изображения целой страницы. Требования к памяти увеличиваются пропорционально квадрату количества точек на дюйм, поэтому для 600 dpi требуется минимум 4 мегабайта для монохромной печати и 16 мегабайт для цветной (также при 600 dpi). Для полноценного графического вывода с использованием языка описания страниц требуется минимум 1 мегабайт памяти для хранения целой монохромной страницы формата Letter или A4 с разрешением 300 dpi. При 300 dpi на квадратный дюйм приходится 90 000 точек (300 точек на линейный дюйм). Типовой лист бумаги размером 8,5 × 11 дюймов имеет поля, уменьшающие печатаемую область до 7560 или 84 квадратных дюймов. 84 кв. дюйма × 90 000 точек на кв. дюйм = 7 560 000 точек. 1 мегабайт = 1 048 576 байт или 8 388 608 бит, чего как раз достаточно для хранения всей страницы при 300 dpi, оставляя около 100 килобайт для использования растровым процессором изображений. В цветном принтере каждый из четырех слоев тонера CMYK хранится как отдельное растровое изображение, и все четыре слоя обычно предварительно обрабатываются перед началом печати, поэтому для полноцветной страницы формата Letter или A4 с разрешением 300 dpi требуется минимум 4 мегабайта. В 1980-х годах микросхемы памяти были очень дорогими, поэтому лазерные принтеры начального уровня в ту эпоху имели четырехзначные рекомендованные розничные цены в долларах США. Примитивные микропроцессоры в первых персональных компьютерах были недостаточно мощными для работы с графикой, поэтому подключенные к ним лазерные принтеры обычно обладали большей вычислительной мощностью. Цены на память впоследствии значительно снизились, а быстрое улучшение производительности ПК и периферийных кабелей (особенно SCSI) позволило разработать недорогие лазерные принтеры, которые перекладывают задачу растрирования на отправляющий ПК. Для таких принтеров печатный буфер операционной системы отрисовывает растровое изображение каждой страницы в системную память ПК с целевым разрешением, а затем отправляет это изображение непосредственно в лазер (за счет снижения производительности других программ на отправляющем ПК). Появление так называемых "простых" или "хост-ориентированных" лазерных принтеров от NEC позволило снизить розничную стоимость недорогих 300 dpi лазерных принтеров до 700 долларов США к началу 1994 года и до 600 долларов США к началу 1995 года. В сентябре 1997 года HP представила хост-ориентированный LaserJet 6L, который мог печатать текст с разрешением 600 dpi со скоростью до шести страниц в минуту всего за 400 долларов США. Принтеры с разрешением 1200 dpi стали широко доступны на домашнем рынке с 2008 года. Также доступны электрофотографические печатные формы с разрешением 2400 dpi, по сути, лазерные принтеры, печатающие на пластиковых листах.

The document to be printed is encoded in a page description language such as PostScript, Printer Command Language (PCL), or Open XML Paper Specification (OpenXPS). The raster image processor (RIP) converts the page description into a bitmap which is stored in the printer's raster memory. Each horizontal strip of dots across the page is known as a raster line or scan line. Laser printing differs from other printing technologies in that each page is always rendered in a single continuous process without any pausing in the middle, while other technologies like inkjet can pause every few lines. To avoid a buffer underrun (where the laser reaches a point on the page before it has the dots to draw there), a laser printer typically needs enough raster memory to hold the bitmap image of an entire page. Memory requirements increase with the square of the dots per inch, so 600 dpi requires a minimum of 4 megabytes for monochrome, and 16 megabytes for color (still at 600 dpi). For fully graphical output using a page description language, a minimum of 1 megabyte of memory is needed to store an entire monochrome letter or A4 sized page of dots at 300 dpi. At 300 dpi, there are 90,000 dots per square inch (300 dots per linear inch). A typical 8.5 × 11 sheet of paper has margins, reducing the printable area to , or 84 square inches. 84 sq/in × 90,000 dots per sq/in = 7,560,000 dots. 1 megabyte = 1,048,576 bytes, or 8,388,608 bits, which is just large enough to hold the entire page at 300 dpi, leaving about 100 kilobytes to spare for use by the raster image processor. In a color printer, each of the four CMYK toner layers is stored as a separate bitmap, and all four layers are typically preprocessed before printing begins, so a minimum of 4 megabytes is needed for a full color letter size or A4 size page at 300 dpi. During the 1980s, memory chips were still very expensive, which is why entry level laser printers in that era always came with four digit suggested retail prices in US dollars. The primitive microprocessors in early personal computers were so underpowered and insufficient for graphics work that attached laser printers usually had more onboard processing power. Memory prices later decreased significantly, while rapid improvements in the performance of PCs and peripheral cables (most importantly, SCSI) enabled the development of low end laser printers which offload rasterization to the sending PC. For such printers, the operating system's print spooler renders the raw bitmap of each page into the PC's system memory at the target resolution, then sends that bitmap directly to the laser (at the expense of slowing down all other programs on the sending PC). The appearance of so called "dumb" or "host based" laser printers from NEC made it possible for the retail cost of low end 300 dpi laser printers to decrease to as low as US$700 by early 1994 and US$600 by early 1995. In September 1997, HP introduced the host based LaserJet 6L, which could print 600 dpi text at up to six pages per minute for only US$400. 1200 dpi printers have been widely available in the home market since 2008. 2400 dpi electrophotographic printing plate makers, essentially laser printers that print on plastic sheets, are also available.

Зарядка

В старых принтерах коронирующий провод, расположенный параллельно барабану, или, в более современных принтерах, первичный ролик заряда, наносит электростатический заряд на фоторецептор (также называемый фотопроводящим блоком) – вращающийся фоточувствительный барабан или ленту, способный удерживать электростатический заряд на своей поверхности в темноте. На первичный ролик заряда подается напряжение переменного тока для удаления остаточных зарядов от предыдущих изображений. Ролик также обеспечивает постоянный ток на поверхности барабана для поддержания равномерного отрицательного потенциала. Многочисленные патенты описывают покрытие фоточувствительного барабана как кремниевый "сэндвич", состоящий из фотозаряжающего слоя, барьерного слоя для предотвращения утечки заряда и поверхностного слоя. Одна из версий использует аморфный кремний, содержащий водород, в качестве светочувствительного слоя, нитрид бора – в качестве барьерного слоя для предотвращения утечки заряда, а также поверхностный слой легированного кремния, в частности кремния с кислородом или азотом, который при достаточной концентрации по свойствам приближается к обработанному нитриду кремния.

Выставление

Лазерный принтер использует лазер, поскольку лазеры способны формировать высокосфокусированные, точные и интенсивные пучки света, особенно на небольших расстояниях внутри принтера. Лазер направлен на вращающееся многогранное зеркало, которое направляет световой луч через систему линз и зеркал на фоторецепторный барабан, формируя пиксели со скоростью до шестидесяти пяти миллионов раз в секунду. Барабан продолжает вращаться во время развертки, а угол развертки слегка наклонен, чтобы компенсировать это движение. Поток растрированных данных, хранящихся в памяти принтера, быстро включает и выключает лазер во время развертки. Лазерный луч нейтрализует (или изменяет полярность) заряда на поверхности барабана, оставляя на поверхности барабана статическое отрицательное электрическое изображение, которое отталкивает отрицательно заряженные частицы тонера. Области барабана, на которые попал лазер, однако, временно не имеют заряда, и тонер, прижимаемый к барабану тонер-наносящим роликом, на следующем этапе перемещается с резиновой поверхности ролика на заряженные участки поверхности барабана. Некоторые нелазерные принтеры (светодиодные принтеры) используют массив светодиодов, расположенных по ширине страницы, для создания изображения, вместо использования лазера. "Экспонирование" также известно как "запись" в некоторых документах.

Развитие

По мере вращения барабанов тонер непрерывно наносится слоем толщиной 15 микрон на вал проявки. Поверхность фоторецептора со скрытым изображением подвергается воздействию вала проявки, покрытого тонером. Тонер состоит из мелких частиц сухого пластикового порошка, смешанного с сажей или красящими веществами. Частицы тонера получают отрицательный заряд внутри картриджа с тонером, и при выходе на барабан проявки они электростатически притягиваются к скрытому изображению фоторецептора (к областям на поверхности барабана, на которые воздействовал лазер). Поскольку одноименные заряды отталкиваются, отрицательно заряженные частицы тонера не прилипают к барабану в тех местах, где сохраняется отрицательный заряд (созданный ранее заряжающим роликом).

Перевод

Затем лист бумаги прокатывается под фоторецепторный барабан, который был покрыт узором из частиц тонера в точности в тех местах, куда только что попал лазер. Частицы тонера очень слабо притягиваются как к барабану, так и к бумаге, но их связь с барабаном слабее, и частицы переносятся повторно – на этот раз с поверхности барабана на поверхность бумаги. В некоторых машинах также используется положительно заряженный "трансферный ролик" с обратной стороны бумаги, чтобы облегчить оттягивание отрицательно заряженного тонера с фоторецепторного барабана на бумагу.

Сплав

Бумага проходит через ролики в узле термозакрепления, где используются температуры до и давление для постоянного закрепления тонера на бумаге. Один ролик обычно представляет собой полый цилиндр (нагревательный ролик), а другой – ролик с резиновым покрытием (прижимной ролик). Внутри полого цилиндра подвешена излучающая тепловая лампа, и ее инфракрасная энергия равномерно нагревает ролик изнутри. Для надлежащего закрепления тонера ролик термозакрепления должен быть равномерно нагрет. Некоторые принтеры используют очень тонкий гибкий металлический ролик, что уменьшает тепловую массу, требуемую для нагрева, и позволяет узлу термозакрепления быстрее достигать рабочей температуры. Если бумага проходит через узел термозакрепления медленнее, увеличивается время контакта ролика, необходимое для расплавления тонера, и узел может работать при более низкой температуре. Небольшие и недорогие лазерные принтеры обычно печатают медленнее из-за этой энергосберегающей конструкции, по сравнению с большими высокоскоростными принтерами, где бумага движется быстрее через высокотемпературный узел термозакрепления с очень коротким временем контакта.

Чистка и зарядка

По мере того, как барабан завершает оборот, он подвергается воздействию электрически нейтрального мягкого пластикового лезвия, которое очищает остатки тонера с поверхности фоторецепторного барабана и помещает их в отработанный контейнер. Затем зарядный ролик восстанавливает равномерный отрицательный заряд на поверхности теперь уже чистого барабана, подготавливая его к повторному воздействию лазера.

Непрерывная печать

После завершения генерации растрового изображения все этапы процесса печати могут происходить один за другим в быстрой последовательности. Это позволяет использовать очень маленький и компактный блок, где фоторецептор заряжается, вращается на несколько градусов и сканируется, вращается еще на несколько градусов и проявляется, и так далее. Весь процесс может быть завершен до того, как барабан совершит один оборот. Разные принтеры реализуют эти этапы различными способами. Светодиодные принтеры используют линейный массив светодиодов для "записи" изображения на барабан. Тонер основан на воске или пластике, поэтому, когда бумага проходит через узел термозакрепления, частицы тонера плавятся. Бумага может быть заряжена с противоположным знаком или не быть заряженной. Узел термозакрепления может быть инфракрасной печью, нагретым валом или (в некоторых очень быстрых и дорогих принтерах) ксеноновой лампой-вспышкой. Процесс прогрева, который проходит лазерный принтер при первоначальном включении, в основном состоит в нагреве элемента термозакрепления.

Неисправности

Механизм внутри лазерного принтера довольно деликатный и, однажды поврежденный, часто не подлежит ремонту. Барабан, в частности, является критически важным компонентом: его нельзя оставлять открытым для воздействия окружающего света более чем на несколько часов, поскольку свет вызывает потерю заряда и в конечном итоге приводит к его износу. Любое препятствие в работе лазера, например, обрывок бумаги, может помешать лазеру разрядить определенную часть барабана, что приведет к появлению белых вертикальных полос в этих областях. Если нейтрализующий ракель не удаляет остаточный тонер с поверхности барабана, этот тонер может циркулировать по барабану повторно, вызывая смазывание на отпечатанной странице при каждом обороте. Если зарядный ролик поврежден или недостаточно мощный, он может не обеспечить достаточного отрицательного заряда поверхности барабана, позволяя барабану захватывать избыточное количество тонера на следующем обороте с развивающего вала и вызывая повторение, но более слабого изображения с предыдущего оборота, которое будет видно по всей странице. Если ракель для тонера не обеспечивает нанесения гладкого и равномерного слоя тонера на развивающий вал, на отпечатке могут появиться белые полосы в местах, где ракель соскреб слишком много тонера. В противном случае, если ракель позволяет слишком большому количеству тонера оставаться на развивающем валу, частицы тонера могут отделиться при вращении вала, оседать на бумаге внизу и прикрепляться к ней в процессе закрепления. Это приведет к общему потемнению отпечатанной страницы широкими вертикальными полосами с очень размытыми краями. Если термоузел не достигает достаточно высокой температуры или если влажность окружающей среды слишком высока, тонер не будет хорошо закрепляться на бумаге и может отслаиваться после печати. Если термоузел слишком горячий, пластиковый компонент тонера может размазываться, в результате чего печатный текст будет выглядеть мокрым или смазанным, или расплавленный тонер может просочиться сквозь бумагу на обратную сторону. Различные производители утверждают, что их тонеры специально разработаны для их принтеров и что другие составы тонеров могут не соответствовать исходным спецификациям с точки зрения способности принимать отрицательный заряд, перемещаться в разряженные области фоточувствительного барабана с развивающего вала, правильно закрепляться на бумаге или чисто отделяться от барабана при каждом обороте.

The mechanism inside a laser printer is somewhat delicate and, once damaged, often impossible to repair. The drum, in particular, is a critical component: it must not be left exposed to ambient light for more than a few hours, as light is what causes it to lose its charge and will eventually wear it out. Anything that interferes with the operation of the laser such as a scrap of torn paper may prevent the laser from discharging some portion of the drum, causing those areas to appear as white vertical streaks. If the neutral wiper blade fails to remove residual toner from the drum's surface, that toner may circulate on the drum a second time, causing smears on the printed page with each revolution. If the charge roller becomes damaged or does not have enough power, it may fail to adequately negatively charge the surface of the drum, allowing the drum to pick up excessive toner on the next revolution from the developer roll and causing a repeated but fainter image from the previous revolution to appear down the page. If the toner doctor blade does not ensure that a smooth, even layer of toner is applied to the developer roll, the resulting printout may have white streaks from this in places where the blade has scraped off too much toner. Alternatively, if the blade allows too much toner to remain on the developer roll, the toner particles might come loose as the roll turns, precipitate onto the paper below, and become bonded to the paper during the fusing process. This will result in a general darkening of the printed page in broad vertical stripes with very soft edges. If the fuser roller does not reach a high enough temperature or if the ambient humidity is too high, the toner will not fuse well to the paper and may flake off after printing. If the fuser is too hot, the plastic component of the toner may smear, causing the printed text to look like it is wet or smudged, or may cause the melted toner to soak through the paper to the backside. Different manufacturers claim that their toners are specifically developed for their printers and that other toner formulations may not match the original specifications in terms of either tendency to accept a negative charge, to move to the discharged areas of the photoreceptor drum from the developer roll, to fuse appropriately to the paper, or to come off the drum cleanly in each revolution.

Выступление

Как и большинство электронных устройств, стоимость лазерных принтеров за эти годы значительно снизилась. В 1984 году HP LaserJet продавался за 3500 долларов, испытывал трудности даже с простой графикой низкого разрешения и был довольно тяжелым. К концу 1990-х годов монохромные лазерные принтеры стали достаточно доступными для использования в домашнем офисе, вытеснив другие технологии печати, хотя цветные струйные принтеры (см. ниже) по-прежнему сохраняли преимущества в качестве фотопечати. По состоянию на 2016 год недорогие монохромные лазерные принтеры можно было приобрести менее чем за 75 долларов, и хотя эти принтеры обычно не имеют встроенной обработки и полагаются на компьютер для создания растрового изображения, они все же превосходят LaserJet 1984 года практически во всех ситуациях. Скорость лазерной печати может сильно варьироваться и зависит от множества факторов, включая насыщенность графикой печатаемого документа. Самые быстрые модели способны печатать более 200 монохромных страниц в минуту (12 000 страниц в час). Самые быстрые цветные лазерные принтеры могут печатать более 100 страниц в минуту (6000 страниц в час). Сверхскоростные лазерные принтеры используются для массовой рассылки персонализированных документов, таких как кредитные карты или счета за коммунальные услуги, и конкурируют с офсетной печатью в некоторых коммерческих приложениях. Стоимость этой технологии зависит от сочетания факторов, включая стоимость бумаги, тонера, замены фотобарабана, а также замены других компонентов, таких как узел термофиксации и узел переноса. Часто принтеры с мягкими пластиковыми барабанами имеют высокую совокупную стоимость владения, которая становится очевидной только после необходимости замены барабана. Двусторонняя печать (печать с обеих сторон бумаги) позволяет сократить расходы на бумагу вдвое и уменьшить объемы архивирования, хотя и снижает скорость печати из-за увеличенного пути бумаги. Ранее доступная только на высококлассных принтерах, функция двусторонней печати теперь широко распространена на офисных принтерах среднего класса, хотя не все принтеры поддерживают установку модуля двусторонней печати. В коммерческих организациях, таких как офисы, все чаще используется внешнее программное обеспечение для повышения производительности и эффективности лазерных принтеров. Это программное обеспечение позволяет устанавливать правила, определяющие взаимодействие сотрудников с принтерами, например, ограничивать количество страниц, печатаемых в день, ограничивать использование цветных чернил и помечать задания, которые кажутся нерациональными.

As with most electronic devices, the cost of laser printers has decreased significantly over the years. In 1984, the HP LaserJet sold for $3500, had trouble with even small, low resolution graphics, and weighed By the late 1990s, monochrome laser printers had become inexpensive enough for home office use, having displaced other printing technologies, although color inkjet printers (see below) still had advantages in photo quality reproduction. as of 2016, low end monochrome laser printers can sell for less than $75, and while these printers tend to lack onboard processing and rely on the host computer to generate a raster image, they nonetheless outperform the 1984 LaserJet in nearly all situations. Laser printer speed can vary widely, and depends on many factors, including the graphic intensity of the job being processed. The fastest models can print over 200 monochrome pages per minute (12,000 pages per hour). The fastest color laser printers can print over 100 pages per minute (6000 pages per hour). Very high speed laser printers are used for mass mailings of personalized documents, such as credit card or utility bills, and are competing with lithography in some commercial applications. The cost of this technology depends on a combination of factors, including the cost of paper, toner, drum replacement, as well as the replacement of other items such as the fuser assembly and transfer assembly. Often printers with soft plastic drums can have a very high cost of ownership that does not become apparent until the drum requires replacement. Duplex printing (printing on both sides of the paper) can halve paper costs and reduce filing volumes, albeit at a slower page printing speed because of the longer paper path. Formerly only available on high end printers, duplexers are now common on mid range office printers, though not all printers can accommodate a duplexing unit. In a commercial environment such as an office, it is becoming increasingly common for businesses to use external software that increases the performance and efficiency of laser printers in the workplace. The software can be used to set rules dictating how employees interact with printers, such as setting limits on how many pages can be printed per day, limiting usage of color ink, and flagging jobs that appear to be wasteful.

Цветные лазерные принтеры

Цветные лазерные принтеры используют цветной тонер (сухие чернила), как правило, голубой, пурпурный, желтый и черный (CMYK). В то время как монохромные принтеры используют только один лазерный сканирующий модуль, цветные принтеры часто имеют два или более, часто по одному для каждого из четырех цветов. Цветовая печать усложняет процесс, поскольку при печати каждого цвета могут возникать незначительные несовпадения, известные как ошибки регистрации, вызывающие нежелательные цветные ореолы, размытие или светлые/темные полосы по краям цветных областей. Для обеспечения высокой точности регистрации некоторые цветные лазерные принтеры используют большой вращающийся ремень, называемый "переносным ремнем". Переносной ремень проходит перед всеми картриджами с тонером, и каждый слой тонера точно наносится на ремень. Объединенные слои затем равномерно переносятся на бумагу за один проход. Цветные принтеры обычно имеют более высокую стоимость страницы, чем монохромные, даже при печати только монохромных страниц. Жидкая электрофотография (LEP) – аналогичный процесс, используемый в печатных машинах HP Indigo, который использует электростатически заряженные чернила вместо тонера и нагретый переносный ролик вместо термоблока для расплавления заряженных частиц чернил перед нанесением на бумагу.

Цветные лазерные переносные принтеры

Цветные лазерные принтеры для термотрансфера предназначены для создания переносных материалов – листов для термотрансфера, которые наносятся на изделия с помощью термопресса. Эти переносы обычно используются для изготовления футболок с индивидуальным дизайном или продукции с логотипами компаний и команд. Двухкомпонентный цветной лазерный перенос – это двухэтапный процесс, в котором цветные лазерные принтеры используют цветной тонер (сухие чернила), как правило, голубой, пурпурный, желтый и черный (CMYK). Однако, более современные принтеры, предназначенные для печати на темных футболках, используют специальный белый тонер, позволяющий создавать переносы для темной одежды или темной рекламной продукции. Процесс цветной печати CMYK позволяет точно воспроизводить миллионы цветов.

Сравнение бизнес-модели с струйными принтерами

Производители используют схожую бизнес-модель как для недорогих цветных лазерных, так и для струйных принтеров: сами принтеры продаются по низкой цене, а замена тонеров и чернил стоит относительно дорого. Средняя стоимость печати одной страницы на цветном лазерном принтере обычно немного ниже, несмотря на то, что сам лазерный принтер и лазерный тонер-картридж имеют более высокую первоначальную стоимость, поскольку лазерные картриджи позволяют напечатать значительно больше страниц по сравнению со своей ценой, чем струйные. Качество печати цветных лазерных принтеров ограничено их разрешением (обычно 600–1200 dpi) и использованием всего четырех цветов тонера. Им часто сложно печатать большие однотонные области или плавные цветовые переходы. Струйные принтеры, предназначенные для печати фотографий, способны создавать цветные изображения гораздо более высокого качества. Детальное сравнение струйных и лазерных принтеров показывает, что лазерные принтеры – идеальный выбор для высококачественной и объемной печати, в то время как струйные принтеры чаще используются в крупноформатных принтерах и для бытовых нужд. Лазерные принтеры обеспечивают более четкие края и глубокую монохромную цветопередачу. Кроме того, цветные лазерные принтеры значительно быстрее струйных, хотя обычно они крупнее и массивнее.

Знаки противодействия контрафакции

Многие современные цветные лазерные принтеры маркируют отпечатки почти невидимым точечным растром для обеспечения прослеживаемости. Точки имеют жёлтый цвет и размер примерно в , а растр составляет около . Утверждается, что это результат соглашения между правительством США и производителями принтеров для помощи в отслеживании фальшивомонетчиков. На каждом листе бумаги в двоично-десятичном коде кодируются данные, такие как дата и время печати, а также серийный номер принтера, что позволяет производителю отслеживать отдельные листы для определения места покупки и, в некоторых случаях, покупателя. Организации по защите цифровых прав, такие как Electronic Frontier Foundation, выражают обеспокоенность по поводу снижения конфиденциальности и анонимности пользователей, осуществляющих печать.

Умные чипы в картриджах с тонером

Подобно струйным принтерам, картриджи с тонером могут содержать интеллектуальные чипы, которые ограничивают количество страниц, напечатанных с их использованием (уменьшая объем доступного тонера иногда до 50%) с целью увеличения продаж картриджей. Помимо более высоких затрат для пользователей принтеров, эта практика увеличивает количество отходов и, следовательно, негативное воздействие на окружающую среду. Для таких картриджей с тонером (как и для струйных) можно использовать устройства сброса для обхода ограничений, установленных интеллектуальным чипом. Кроме того, в сети опубликованы инструкции для некоторых принтеров, демонстрирующие, как использовать весь тонер в картридже. Эти чипы не дают никакой выгоды конечному пользователю – некоторые лазерные принтеры использовали оптическую систему для определения остатка тонера, а не чип для подсчета количества напечатанных страниц, и единственная функция чипа заключалась в альтернативном способе сокращения срока службы картриджа.

Очистка тонером

Тонирующие частицы разработаны таким образом, чтобы обладать электростатическими свойствами и могут накапливать статический электрический заряд при трении с другими частицами, предметами или внутренними поверхностями систем транспортировки и вакуумных шлангов. Электростатический разряд от заряженных частиц тонера может воспламенить горючие частицы в пылесборнике пылесоса или вызвать небольшое запыление с последующим взрывом, если в воздухе присутствует достаточное количество тонера. Частицы тонера настолько малы, что плохо задерживаются обычными фильтр-мешками для бытовых пылесосов и проникают через двигатель или обратно в помещение. В случае просыпания тонера в лазерный принтер для эффективной уборки может потребоваться специальный пылесос с электропроводящим шлангом и высокоэффективным (HEPA) фильтром. Эти специализированные инструменты называются "ESD safe" (защищенными от электростатического разряда) или "тонерными пылесосами".

Опасность озона

Как нормальная часть процесса печати, высокое напряжение внутри принтера может вызывать коронный разряд, который генерирует небольшое количество ионизированного кислорода и азота, вступающих в реакцию с образованием озона и оксидов азота. В крупных коммерческих принтерах и копировальных аппаратах фильтр с активированным углем в потоке выхлопных газов расщепляет эти вредные газы, чтобы предотвратить загрязнение воздуха в помещении. Однако, некоторая часть озона все же проникает через систему фильтрации в коммерческих принтерах, а озоновые фильтры вообще не используются в большинстве небольших домашних принтеров. При длительной работе лазерного принтера или копировального аппарата в небольшом, плохо проветриваемом помещении, концентрация этих газов может достигать уровня, при котором ощущается запах озона или возникает раздражение. В экстремальных случаях теоретически возможна потенциальная угроза для здоровья.

Риски для здоровья органов дыхания

Согласно исследованию, проведенному в 2012 году в Квинсленде, Австралия, некоторые принтеры выделяют субмикромные частицы, которые, по мнению ряда специалистов, могут быть связаны с респираторными заболеваниями. Из 63 принтеров, протестированных в исследовании Квинслендского технологического университета, 17 наиболее сильно выделяющих частицы были произведены компанией HP, а один – компанией Toshiba. Однако парк машин, участвовавший в исследовании, ограничивался теми, что уже находились в здании, что создавало предвзятость в отношении определенных производителей. Авторы отметили, что выбросы частиц значительно варьируются даже среди принтеров одной и той же модели. По словам профессора Моравски из Квинслендского технологического университета, один принтер выделял столько же частиц, сколько горящая сигарета. В декабре 2011 года австралийское государственное агентство Safe Work Australia проанализировало существующие исследования и пришло к выводу, что "не было выявлено эпидемиологических исследований, напрямую связывающих выбросы лазерных принтеров с негативными последствиями для здоровья", и что ряд оценок показал, что "риск прямого токсического воздействия и влияния на здоровье от воздействия выбросов лазерных принтеров пренебрежимо мал". В обзоре также отмечается, что поскольку выбросы представляют собой летучие или полулетучие органические соединения, "логично предположить, что возможные последствия для здоровья будут больше связаны с химическим составом аэрозоля, чем с физическими характеристиками частиц, поскольку такие выбросы вряд ли сохранятся в виде частиц после контакта с дыхательными путями". Немецкая социальная страховая компания по несчастным случаям инициировала исследование с участием людей для изучения влияния на здоровье от воздействия тонерной пыли и циклов копирования и печати. Добровольцы (23 контрольных субъекта, 15 подвергшихся воздействию и 14 астматиков) подвергались воздействию выбросов лазерного принтера в контролируемых условиях в камере воздействия. Результаты исследования, основанные на широком спектре процессов и участников, не подтверждают, что воздействие высоких выбросов лазерного принтера запускает обнаруживаемый патологический процесс, приводящий к зарегистрированным заболеваниям. Одним из наиболее обсуждаемых предложений по снижению выбросов от лазерных принтеров является их дооснащение фильтрами, которые фиксируются к вентиляционным отверстиям принтера с помощью клейкой ленты для уменьшения выбросов частиц. Однако все принтеры оснащены выходным лотком для бумаги, который также является источником выбросов частиц. Выходные лотки для бумаги невозможно оснастить фильтрами, поэтому невозможно уменьшить их вклад в общие выбросы с помощью дооснащенных фильтров.

According to a 2012 study conducted in Queensland, Australia, some printers emit sub micrometer particles which some suspect may be associated with respiratory diseases. Of 63 printers evaluated in the Queensland University of Technology study, 17 of the strongest emitters were made by HP and one by Toshiba. The machine population studied, however, was only those machines already in place in the building and was thus biased toward specific manufacturers. The authors noted that particle emissions varied substantially even among the same model of machine. According to Professor Morawska of the Queensland University of Technology, one printer emitted as many particles as a burning cigarette:

In December 2011, the Australian government agency Safe Work Australia reviewed existing research and concluded that "no epidemiology studies directly associating laser printer emissions with adverse health outcomes were located" and that several assessments conclude that "risk of direct toxicity and health effects from exposure to laser printer emissions is negligible". The review also observes that, because the emissions have been shown to be volatile or semi volatile organic compounds, "it would be logical to expect possible health effects to be more related to the chemical nature of the aerosol rather than the physical character of the ‘particulate’ since such emissions are unlikely to be or remain as ‘particulates’ after they come into contact with respiratory tissue". The German Social Accident Insurance has commissioned a human study project to examine the effects on health resulting from exposure to toner dusts and from photocopying and printing cycles. Volunteers (23 control persons, 15 exposed persons and 14 asthmatics) were exposed to laser printer emissions under defined conditions in an exposure chamber. The findings from the study based on a broad spectrum of processes and subjects fail to confirm that exposure to high laser printer emissions initiates a verifiable pathological process resulting in the reported illnesses. A much discussed proposal for reducing emissions from laser printers is to retrofit them with filters. These are fixed with adhesive tape to the printer's fan vents to reduce particle emissions. However, all printers have a paper output tray, which is an outlet for particle emissions. Paper output trays cannot be provided with filters, so it is impossible to reduce their contribution to overall emissions with retrofit filters.

Запрет на воздушную перевозку

После раскрытия заговора с бомбой на грузовом самолете в 2010 году, когда на отдельных грузовых самолетах были обнаружены партии лазерных принтеров с тонер-картриджами, начиненными взрывчатыми веществами, Управление транспортной безопасности США запретило пассажирам, совершающим перелеты в США, перевозить на входящих рейсах тонер-картриджи или картриджи с чернилами весом более определенного значения как в ручной клади, так и в зарегистрированном багаже. Журнал PC Magazine отметил, что этот запрет не затронет большинство путешественников, так как большинство картриджей не превышают установленный вес.