Kopirni stroj je uređaj namijenjen izradi kopija izvornika izrađenih na različitim materijalima - papiru, filmu. Njegov rad se temelji na principu kserografije. Prema definiciji Instituta inženjera elektrotehnike i elektronike (IEE) iz SAD-a, kserografija je grana elektrostatske elektrofotografije koja koristi fotokonduktore za formiranje latentne elektrostatske slike pomoću infracrvenog vidljivog ili ultraljubičastog zračenja, a potonje služi za dobivanje vidljive slike. slika. Kserografija se temelji na dva fizikalna fenomena: interakciji elektrostatskih naboja i fotoelektričnom efektu.
Princip prijenosa slike kopiranjem izmislili su stručnjaci iz engleske tvrtke XEROX, zbog čega se strojevi za kopiranje često nazivaju kopirnim uređajima, iako se ova definicija, naravno, odnosi samo na uređaje koje proizvodi ova tvrtka. Ostalo bi se jednostavno trebalo zvati "kopirni uređaji", a sam rad trebao bi se zvati "kopiranje".
Kserografija - (kserografsko kopiranje) (od grčkog xeros - suho i graphein - grafija, za razliku od "mokre" fotografije), najčešća metoda brzog kopiranja dokumenata u crno-bijeloj ili boji metodom elektrofotografije, koja koristi suho razvijanje pomoću čestice obojenog praha.
U tradicionalnoj fotografiji slike objekata snimaju se na fotoosjetljivim slojevima u kojima se pod utjecajem svjetlosti događaju nepovratne kemijske promjene. U kserografiji svjetlost ne utječe na kemijska, već na električna svojstva fotoosjetljivog sloja. Kao takav sloj, američki izumitelj Charles Carlson predložio je korištenje električnih svojstava fotopoluvodiča, koja ovise o rasvjeti. Na svjetlu su vodiči, a u tami su dielektrici. Fotopoluvodiči su sumpor, selen i cinkov oksid. Charles Carlson presvukao je metalnu ploču slojem selena. Zatim ga je naelektrizirao u mraku i na njega projicirao sliku nekog predmeta. U tom su slučaju osvijetljena područja sloja postala vodiči, a električni naboji iz njih otišli su u metalnu podlogu, a neosvijetljena područja postala su dielektrici, a naboji na njima su zadržani. To je stvorilo latentnu elektrostatičku sliku. Da bi se razvila, ploča je posuta fino usitnjenim prahom boje. U ovom slučaju, čestice ovog praha su se zalijepile samo za područja poluvodičkog sloja na kojima su sačuvani električni naboji. Prvi kserografski otisak dobili su Ch.Carlson i njegov pomoćnik O.Korney 1938. godine.
Prevedeno na ruski, pojam "Xerox" znači "suho". Ovaj izraz se koristi kada govorimo o višekratnoj uporabi ravne ili cilindrične površine s fotovodljivim slojem, kao što je sloj amorfnog selena.
Suština Xerox metode je sljedeća. Ako se sloj fotopoluvodiča debljine 10-100 mikrona s visokim otporom (oko 10 13 -10 14 Ohm? cm) nanese na bilo koju bazu, a zatim se taj sloj ravnomjerno nabije po cijeloj površini do visokog električnog potencijala, tada električni potencijal sloja u mraku neće se značajno promijeniti još dugo vremena. Taj se fenomen naziva fotoelektrični efekt. Kada se takav fotopoluvodički sloj izloži osvijetljenim područjima koja odgovaraju bijelim područjima originala, dolazi do potpune ili djelomične neutralizacije električnih naboja, dok se u neosvijetljenim područjima koja odgovaraju tamnim područjima originala održava izvorna raspodjela naboja, što rezultira stvaranje takozvane latentne elektrostatičke slike. Da bi se dobila vidljiva slika, površina eksponiranog fotopoluvodiča premazuje se posebnim tamnim prahom - tonerom (ili njegovom suspenzijom), čiji je naboj suprotnog predznaka od naboja sloja fotopoluvodiča. Prah se privlači na površinu sloja fotopoluvodiča na mjestima latentne elektrostatske slike koja su zadržala visok potencijal, te se slika tako manifestira. Međutim, razvijena slika je krhka, lako se ošteti dodirom, pa se ta slika fiksira na samom poluvodiču ili se prenosi na drugu površinu, gdje se također fiksira. Razvijena slika se prenosi kontaktnom metodom - stavljanjem papira ili nekog drugog medija na razvijenu površinu fotopoluvodiča. Nakon dodira, površina na koju se prenosi slika jednoliko je nabijena visokim potencijalom istog predznaka kao i fotopoluvodič, pa se većina praha privuče nosaču. Proces fiksiranja uključuje taljenje praha koji se koristi za razvijanje elektrostatičke slike i njegovo čvrsto lijepljenje na površinu, stvarajući trajnu, dugotrajnu sliku. Površina fotopoluvodiča, s koje se elektrostatička slika prenosi na drugu površinu, može se ponovno koristiti mnogo puta, čisteći je za kasniju upotrebu.
Dakle, temelj tehnologije kserografske metode s prijenosom slike je sljedećih šest operacija:
Elektrifikacija fotopoluvodičkog sloja;
Izložite sloj za stvaranje latentne elektrostatičke slike;
Razvijanje latentne slike sa spojem za razvijanje;
Prijenos razvijene slike na papir ili drugi medij;
Pričvrstite sliku;
Čišćenje fotopoluvodičkog sloja za ponovnu upotrebu.
Prijenos slike može se dogoditi i s ravne površine fotopoluvodiča i s cilindrične (bubanj).
Kserografija
Chester F. Carlson
Elektrografija izumio Chester Carlson. On i njegov pomoćnik Otto Korney primili su prvi otisak u svom matičnom laboratoriju u New Yorku 22. listopada godine. Patent za ovu tehnologiju primljen je 6. listopada od strane SAD-a. Patent 2,297,691 (engleski). Carlson je dugo vremena neuspješno pokušavao predstaviti svoj izum, dokazujući da je apsolutno neophodan za posao, ali posvuda su ga odbijali, navodeći činjenicu da je njegov izum bio preglomazan i da je jako zaprljao plahte, štoviše, osoba se mogla nositi s mnogo bolje sa zadatkom kopiranja. Sreća mu se osmjehnula 1944. godine u Institutu Battelle, smještenom u Ohiju. Tamo mu je ponuđeno da poboljša tehnologiju i čak je pronašao točnu riječ za naziv ovog procesa - "elektrofotografija". Nakon toga licencu za daljnji razvoj i proizvodnju kopirnih strojeva dobiva tvrtka Haloid. Tada je odlučeno da je riječ "elektrofotografija" previše znanstvena i da bi mogla uplašiti potencijalnog kupca. U pronalaženju boljeg imena pomogao je lokalni profesor filolog. Izmislio je pojam "kserografija" od grčkih riječi "xeros" - "suh" i "graphos" - "pisanje", a onda se sam izumitelj Carlson dosjetio skratiti tu riječ na jednostavan "kopirni stroj". Kao rezultat toga, 1948. godine na tržištu su se pojavili prvi fotokopirni uređaji, a prvi model nazvan je jednostavno Model A. Nakon izlaska prvog potpuno automatskog modela Xerox 914 1959. godine, Haloid je promijenio ime u
Neovisno o Chesteru Carlsonu, godine u Njemačkoj je izumitelj dr. Eisben osnovao tvrtku za proizvodnju kopirnog stroja vlastitog dizajna. Njegova tvrtka se zove Develop Corp. Danas nastavlja proizvoditi opremu za kopiranje, ne priznajući Carlsonov primat, budući da je za izum dr. Eisbena dobio 16 patenata.
Pojednostavljeni princip kserografije
Prije ispisa OPC se puni pomoću koronatora (odnosno dobiva pozitivan ili negativan potencijal), nakon čega se eksponira pomoću lampe i sustava zrcala. Premaz fotobubnja na mjestima obasjanim svjetlom gubi svoja dielektrična svojstva, što dovodi do protoka električnog naboja na tlo na tim mjestima (fotobubanj je s njim povezan, u pravilu, preko svoje metalne baze). Sljedeća faza naziva se manifestacija. Toner s valjka za razvijanje prenosi se na ispražnjena područja fotobubnja zbog svog suprotnog naboja. Zatim se list papira (karton, prozirna folija itd.) prebaci preko fotobubnja, na koji se ispisuje. Nakon toga list ulazi u jedinicu za topljenje (fuser), koja se topi i utiskuje toner u strukturu lista.
Sličan princip se koristi u laserskim pisačima, samo kod njih se bubanj ispušta laserom u skladu s informacijama primljenim za ispis.
U modernim digitalnim laserskim fotokopirnim uređajima i printerima tamni dijelovi slike nanose se laserskom zrakom, a toner se, zbog svojstava bubnja koji se koriste u laserskom ispisu, “lijepi” na svoja nenaelektrizirana područja, a od nabijenih se odbija pomoću isti električni naboj. Ovo načelo omogućuje vam povećanje radnog vijeka lasera, jer u većini slučajeva, tamna područja zauzimaju mnogo manje površine kada se ispisuju.
Realna raspodjela napona kod elektrografske metode stvaranja slike na papiru u laserskom pisaču.(Ova stranica je stvorena na zahtjev članova trade-print foruma.)
Često se u tiskarskoj industriji postavljaju pitanja o poboljšanju kvalitete ispisa pri korištenju nestandardnih načina pisača. Na primjer, pri ispisu na medijima koji su mnogo gušći nego u tim radnim uvjetima ili korištenju nestandardnih vrsta medija (gumirani i drugi tipovi papira).
Najbolja tvrtka u ovom pitanju bila je Xante Ilumina. Zaposlenici tvrtke uzimaju standardni printer i modificiraju njegov hardver i softver: visokonaponske jedinice, brzine ispisa, vrijednosti napona za kserografsku metodu prijenosa slike. Kao rezultat toga, pisač savršeno ispisuje na papiru gustoće od 500 grama, umjesto putovnice 300, a cijena pisača Xante povećava se 2 - 3 puta. ZNANJE JE MOĆ!
Znanje naprednih korisnika završava na razini teorije prijenosa slike, naime nabijena čestica tonera prelazi u bubanj sa suprotnim potencijalom koji stvara laserska zraka. Međutim, u praksi je sve mnogo kompliciranije.
Kako nastaje slika na bubnju?
Proces stvaranja slike na papiru kserografskom metodom može se podijeliti u tri dijela.
1.
Priprema slikovnog bubnja za stvaranje slike.
Fotobubanj (sustav za stvaranje slike) temelji se na fotoosjetljivom sloju, koji je dielektrik i može se puniti naponom koji se na njega primjenjuje. Međutim, čim svjetlo udari u fotoosjetljivi sloj, on postaje vodič i potencijal pada na nulu na mjestu gdje svjetlo pada. Fotosloj se može smatrati kondenzatorom na čijoj jednoj ploči postoji potencijal koji nanosi valjak naboja, druga ploča je uzemljena.
- mehaničko čišćenje fotobubnja od ostataka tonera posebnom oštricom - squeegee.
- osvjetljavanje fotobubnja kako bi se uklonili ostaci prethodno nanesene elektrostatičke slike (nije svugdje dostupno).
- napuniti fotobubanj posebnim visokim naponom pomoću valjka za punjenje. Ovaj napon se koristi kao osnova za kasniju primjenu nevidljive slike.
2. Primjena slike na fotobubanj.
- Nanošenje nevidljive ili potencijalne slike na bubanj osvjetljavanjem laserskom zrakom ili LED linijom. Nevidljiva slika je slika različitih potencijala. Nulti potencijal na mjestu gdje je laser osvijetljen (toner i potencijal koji primjenjuje valjak za punjenje će pasti na ovo mjesto.
- Nanošenje tonera s magnetskog valjka na kojem se nalazi nabijeni toner na mjesta fotobubnja s nultim potencijalom. Tako se slika pojavljuje, postaje vidljiva.
3. Prijenos slike na papiru.
- Papir prolazi između slikovnog bubnja i prijenosnog valjka Slika 2. Na prijenosni valjak se stavlja potencijal koji privlači sliku tonera s bubnja na sebe. Međutim, slika završi na papiru koji u ovom trenutku prolazi između transfer valjka i fotobubnja.
Na Sl. 1. prikazane su stvarne vrste i veličine naprezanja u kserografskoj metodi baziranoj na pisaču HP LaserJet 5N. Na drugim pisačima, uključujući laserske pisače u boji, vrijednosti napona i vrijeme mogu se razlikovati, ali ideja će ostati ista.
Kopirni stroj je uređaj dizajniran za izradu kopija različitih izvornika.
Rad kopirnog stroja temelji se na principu suhe kserografije (xeros-dry, graphein-write). Kserografija je fotografski proces koji se temelji na fizikalnim fenomenima koji koriste fotovodljivost poluvodiča. Pod utjecajem svjetlosti takvi poluvodiči mijenjaju svoj otpor.
Chester F. Carlson (1906.-1968.) smatra se izumiteljem kserografskog procesa. Godine 1947. tvrtka Haloid otkupila je prava na korištenje Carlsonovih patenata. U isto vrijeme, ime je dano kserografiji, procesu suhog elektrostatskog prijenosa slike, koji je izumio Carlson. Nakon toga, tvrtka je transformirana nekoliko puta, a sada se zove The Document Company Xerox.
Glavni element fotokopirnog stroja je fotoosjetljivi bubanj. U pravilu, šuplji metalni cilindar s visokootpornim poluvodičem nanesenim na njegovu površinu. Poluvodiči su slojevi na bazi Se s dodacima Te, Cd itd., slojevi na bazi CdS ili organske poluvodičke prevlake.
Fotoreceptor selena sastoji se od nekoliko slojeva: "sloj zamke", koji je oksidni film, služi za sprječavanje tamne injekcije nositelja naboja. Zatim slijedi fotovodljivi sloj, zatim film od aluminijevog oksida i supstrat.
Organski fotoreceptor dvoslojni. Prvi sloj je sloj prijenosa nositelja (CTL) električnog naboja, drugi sloj je sloj generiranja nositelja (CGN) električnog naboja. Slijedi tanki sloj oksidnog filma, koji sprječava curenje naboja u podlogu, zatim podloga - zadnji aluminijski sloj.
Fotoreceptori su uglavnom dvije vrste: vrpčasti i cilindrični. Vrpcasti fotoreceptori su zatvorena široka vrpca na čiju je površinu nanesen fotovodljivi sloj. Koriste se u uređajima visokih performansi jer vam omogućuju projiciranje cijele slike originala odjednom. Cilindrični fotoreceptor je šuplji metalni cilindar (obično aluminijski) s fotovodljivim slojem nanesenim na njegovu površinu. Koristi se u fotokopirnim strojevima niske i srednje produktivnosti.
Rad fotokopirnog stroja sastoji se od nekoliko glavnih faza koje su međusobno povezane. Dobra kvaliteta kopije ovisi o ispravnom izvođenju svih faza rada fotokopirnog stroja.
1. Punjenje
U ovoj fazi se na površini fotokonduktora bubnja stvaraju ravnomjerno raspoređeni naboji određene veličine. Punjenje se događa pomoću glavnog korotrona (korotron za punjenje). Korotron se napaja naponom iz visokonaponske jedinice. Između fotoreceptora i korotrona nastaje razlika potencijala od nekoliko kilovolti, što dovodi do udarne ionizacije zraka (koronsko pražnjenje). Nabijeni ioni nakupljaju se na površini fotoreceptora. Kada se fotoreceptor okreće, njegova je površina prekrivena jednoličnim slojem naboja, zbog čega se priprema za izlaganje.
2. Izloženost
U ovoj fazi nastaje latentna elektrostatička slika na bubnju. Svjetlo kopirne lampe usmjerava se na dokument, reflektira se od dokumenta i kroz sustav zrcala i leće projicira optičku sliku na bubanj. Svjetlo reflektirano od svijetlih područja dokumenta ima visok intenzitet, a svjetlo reflektirano od tamnih područja ima nizak intenzitet. Kada svjetlost udari u bubanj, pozitivni i negativni naboji se formiraju u sloju za generiranje nosača. Pozitivni naboji formirani u SGN sloju kreću se u smjeru negativnih naboja na površini fotokonduktora, negativni naboji kreću se u smjeru pozitivnih naboja aluminijskog sloja. Tako se pozitivni i negativni naboji u aluminijskom sloju i na površini fotokonduktora međusobno neutraliziraju, te sukladno tome opada potencijal površine bubnja. Sposobnost SGN sloja da generira električne naboje povećava se proporcionalno intenzitetu svjetlosti koja pada na bubanj. Posljedično, visoki intenzitet svjetlosti reflektiran od svjetlosnog područja dokumenta dovodi do većeg broja električnih naboja koje stvara SGN sloj. U tom slučaju dolazi do neutralizacije velikog broja negativnih naboja na površini fotovodiča, što dovodi do smanjenja potencijala površine fotovodiča. Nizak intenzitet svjetla iz tamnih područja dokumenta dovodi do manjeg stvaranja električnih naboja u SGN sloju, dok se manji broj negativnih naboja na površini fotokonduktora neutralizira. Sukladno tome, površinski potencijal bubnja opada za manji iznos. Potencijal površine bubnja koji odgovara svjetlijem području dokumenta manji je od potencijala koji odgovara tamnijem području dokumenta. Tako nastaje latentna elektrostatička slika.
3. Očitovanje
U ovoj fazi, čestice tonera koje padaju na bubanj pokazuju skrivenu elektrostatičku sliku, čineći je vidljivom. Višekomponentne mješavine obojenih čestica sintetičkih i prirodnih smola koriste se kao toneri.
Postoje dva sustava manifestacije: jednokomponentni i dvokomponentni.
U jednokomponentnom sustavu, toner je napravljen od mješavine čestica magnetskog materijala, polimera i boje. Jedinica za razvijanje sastoji se od magnetske osovine (stalnog magneta okruženog rotirajućim rukavcem) i noža izrađenog od magnetskog materijala. Nož regulira količinu tonera nanesenog na bubanj i puni čestice tonera do željene vrijednosti (predznak naboja je suprotan naboju fotoreceptora). Prijenos tonera s magnetskog valjka na bubanj provodi se pomoću prednapona koji se primjenjuje na magnetski valjak. Prednapon je izmjenični napon s konstantnom komponentom, koja u predznaku odgovara predznaku naboja fotoreceptora. Tijekom razdoblja s predznakom suprotnim predznaku naboja bubnja, toner se prenosi na fotoreceptor; tijekom drugog razdoblja toner iz pozadinskih područja vraća se na magnetsku osovinu. Veličina DC prednapona utječe na gustoću kopije i formiranje vela: što je potencijal prednapona manje negativan (što se približava 0 V), veća je gustoća i stvaranje vela.
U dvokomponentnom sustavu toner se u malim obrocima dovodi u lijevak s nosačem (razvijačem). Nosač je magnetski prah, promjera čestica od oko 20-150 mikrona, koji služi za prijenos tonera na bubanj. Prianjanje tonera na nosač nastaje zbog triboelektričnog efekta (čestice tonera i nosača, u međusobnom kontaktu, nabijene su suprotnim nabojem). Toner ravnomjerno pokriva medij. Zauzvrat, nosač je ravnomjerno raspoređen duž magnetske osovine - šuplji metalni cilindar s trajnim magnetima koji se nalaze unutra. Magnetski valjak nalazi se u neposrednoj blizini fotoreceptora, tako da se čestice tonera nabijene suprotnim predznakom od fotoreceptora privlače njegovim nabijenim područjima. Površinski potencijal fotokonduktora u područjima koja odgovaraju tamnijoj slici je visok (veliki broj negativnih naboja) i privlači više čestica tonera. Površinski potencijal u područjima koja odgovaraju svjetlijoj slici je nizak (manje negativnih naboja) i privlači manje čestica tonera. Tako se na fotoreceptoru stvara vidljiva slika koja se sastoji od čestica tonera. Tijekom procesa razvijanja medij se ne troši, ali ga je nakon nekog vremena potrebno zamijeniti jer gubi svoja magnetska svojstva i počinje otpadati s magnetske osovine. Tijekom procesa razvijanja, prednapon reda veličine 100 - 500 volti primjenjuje se na magnetski valjak kako bi se spriječilo prenošenje tonera preostalim nabojem (približno 80 - 100 volti) karakterističnim za područja koja odgovaraju svijetlim područjima slike.
4. Prijenos slike
Proces prijenosa slike uključuje prijenos čestica tonera, koje tvore vidljivu sliku, smještenih na površini fotoreceptora na papir. Papir na koji se prenosi slika naelektrizira se prijenosnim korotronom do razine veće od potencijala površine fotoreceptora. U ovom slučaju, privlačna sila između površine lista i čestica tonera veća je od privlačne sile između površine bubnja i tonera, što uzrokuje privlačenje tonera na papir. Nakon prijenosa, mala količina tonera ostaje na fotoreceptoru, koji se naknadno uklanja tijekom faze čišćenja bubnja.
5. Odvajanje papira
U ovoj fazi se list papira s otisnutom originalnom slikom odvaja od bubnja. Tijekom procesa prijenosa, papir je nabijen jače od fotoreceptora, pa se u skladu s tim između njih javlja privlačna sila. Kako bi smanjio tu silu, mrtvozornik za skidanje generira naboj izmjenične struje na površini lista (kako bi se smanjio potencijal papira na potencijal bubnja). Zbog toga sila privlačenja između bubnja i papira slabi, a papir se vlastitom težinom odvaja od bubnja. Ako se to ne dogodi, tada se papir odvaja od bubnja mehanički, prstima (zubima) za odvajanje.
Nakon faze odvajanja papira, kopija je gotovo gotova, ali je još treba učvrstiti, inače se može oštetiti bilo kakvom mehaničkom silom (na primjer, izbrisati prstom). Za učvršćivanje kopije koristi se posebna naprava - fuser (štednjak). Peć se sastoji od teflonske osovine i gumene osovine. Unutar teflonske osovine nalazi se grijaća lampa koja zagrijava ovu osovinu na temperaturu od oko 200 °C. List se uvlači između teflonske i gumene osovine i kotrlja između njih. Tako se toner koji se nalazi na listu papira sinterira i nastaje kopija originala koja je otporna na vanjske utjecaje. Postoji nekoliko vrsta peći. Na primjer, umjesto teflonskog valjka koristi se keramički grijaći element, odvojen od papira toplinskim filmom. Takav sustav ima kraće vrijeme zagrijavanja i manju potrošnju energije, ali ima svoje nedostatke: film se vrlo lako trga (oštećuje) i ako se pažljivo ne izvadi zaglavljeni papir iz stroja.
6. Čišćenje bubnja
Preostali toner na površini fotoreceptora, nakon procesa prijenosa slike, uklanja se u ovoj fazi pomoću oštrice za čišćenje (squeegee). Otpadni toner skuplja se u posebnom spremniku. Kako se otpadni toner nakuplja, ovaj spremnik treba očistiti.
7. Ispuštanje
U ovoj fazi uklanja se preostali potencijal s površine bubnja. Kada se bubanj osvijetli svjetlom žarulje s izbojem, stvaraju se pozitivni i negativni naboji u sloju za generiranje nosača, što dovodi do neutralizacije i nestanka zaostalog naboja na površini sloja aluminija i površini bubnja. Kao rezultat toga, potencijal površine bubnja nakon ove faze približava se nuli.
Mogu postojati male razlike u implementaciji procesa kserografije u kopirnim strojevima različitih proizvođača.
