โครงสร้างภายในของเครื่องพิมพ์เลเซอร์เป็นอย่างไร? จงอธิบายระบบและหลักการทำงานของเครื่องพิมพ์เลเซอร์โดยละเอียด

1. โครงสร้างภายในของเครื่องพิมพ์เลเซอร์

โครงสร้างภายในของเครื่องพิมพ์เลเซอร์ประกอบด้วยส่วนหลักสี่ส่วน ดังแสดงในรูปที่ 2-13

รูปที่ 2-13 โครงสร้างภายในของเครื่องพิมพ์เลเซอร์

(1) หน่วยเลเซอร์: ปล่อยลำแสงเลเซอร์ที่มีข้อมูลข้อความเพื่อเปิดเผยดรัมไวแสง

(2) หน่วยป้อนกระดาษ: ควบคุมกระดาษให้เข้าเครื่องพิมพ์ในเวลาที่เหมาะสมและออกจากเครื่องพิมพ์

(3) หน่วยพัฒนา: คลุมส่วนที่เปิดของดรัมไวแสงด้วยโทนเนอร์เพื่อสร้างภาพที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า และถ่ายโอนไปยังพื้นผิวของกระดาษ

(4) หน่วยตรึง: ผงหมึกที่ปกคลุมพื้นผิวกระดาษจะถูกหลอมละลายและตรึงแน่นบนกระดาษโดยใช้แรงดันและความร้อน

2. หลักการทำงานของเครื่องพิมพ์เลเซอร์

เครื่องพิมพ์เลเซอร์เป็นอุปกรณ์แสดงผลที่ผสมผสานเทคโนโลยีการสแกนด้วยเลเซอร์และเทคโนโลยีการสร้างภาพอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องพิมพ์เลเซอร์แต่ละรุ่นมีฟังก์ชันการทำงานที่แตกต่างกัน แต่ลำดับการทำงานและหลักการทำงานนั้นเหมือนกัน

ยกตัวอย่างเช่น เครื่องพิมพ์เลเซอร์ HP รุ่นมาตรฐาน ลำดับขั้นตอนการทำงานมีดังนี้

(1) เมื่อผู้ใช้ส่งคำสั่งพิมพ์ไปยังเครื่องพิมพ์ผ่านระบบปฏิบัติการคอมพิวเตอร์ ข้อมูลกราฟิกที่จะพิมพ์จะถูกแปลงเป็นข้อมูลไบนารีผ่านไดรเวอร์เครื่องพิมพ์ก่อน จากนั้นจึงส่งไปยังแผงควบคุมหลัก

(2) แผงควบคุมหลักรับและตีความข้อมูลไบนารีที่ส่งมาจากไดรเวอร์ ปรับให้เข้ากับลำแสงเลเซอร์ และควบคุมส่วนเลเซอร์ให้ปล่อยแสงตามข้อมูลนี้ ในขณะเดียวกัน พื้นผิวของดรัมไวแสงจะถูกชาร์จโดยอุปกรณ์ชาร์จ จากนั้นลำแสงเลเซอร์ที่มีข้อมูลกราฟิกจะถูกสร้างขึ้นโดยส่วนสแกนเลเซอร์เพื่อฉายแสงไปยังดรัมไวแสง ภาพแฝงไฟฟ้าสถิตจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของดรัมโทนเนอร์หลังจากการฉายแสง

(3) หลังจากที่ตลับหมึกสัมผัสกับระบบการพัฒนาแล้ว ภาพแฝงจะกลายเป็นภาพกราฟิกที่มองเห็นได้ เมื่อผ่านระบบการถ่ายโอน ผงหมึกจะถูกถ่ายโอนไปยังกระดาษภายใต้การทำงานของสนามไฟฟ้าของอุปกรณ์ถ่ายโอน

(4) หลังจากการถ่ายโอนเสร็จสมบูรณ์ กระดาษจะสัมผัสกับฟันเลื่อยที่กระจายไฟฟ้า และปล่อยประจุบนกระดาษลงสู่พื้นดิน ในที่สุด กระดาษจะเข้าสู่ระบบการตรึงด้วยอุณหภูมิสูง และกราฟิกและข้อความที่สร้างขึ้นโดยผงหมึกจะถูกรวมเข้ากับกระดาษ

(5) หลังจากพิมพ์ข้อมูลกราฟิกเสร็จแล้ว อุปกรณ์ทำความสะอาดจะกำจัดผงหมึกที่ยังไม่ได้ถ่ายโอน และเข้าสู่รอบการทำงานถัดไป

กระบวนการทำงานทั้งหมดข้างต้นต้องผ่านเจ็ดขั้นตอน ได้แก่ การชาร์จ การเปิดรับแสง การล้างฟิล์ม การถ่ายโอน การตัดไฟ การแก้ไข และการทำความสะอาด

1>. ชาร์จ

เพื่อให้ดรัมไวแสงดูดซับผงหมึกตามข้อมูลกราฟิก ดรัมไวแสงจะต้องได้รับการชาร์จก่อน

ปัจจุบันมีวิธีการชาร์จสำหรับเครื่องพิมพ์สองวิธีในท้องตลาด ได้แก่ การชาร์จแบบโคโรนา และการชาร์จแบบลูกกลิ้ง ซึ่งทั้งสองวิธีมีคุณลักษณะเฉพาะของตนเอง

การชาร์จแบบโคโรนาเป็นวิธีการชาร์จทางอ้อมที่ใช้พื้นผิวตัวนำของดรัมไวแสงเป็นขั้วไฟฟ้า และวางลวดโลหะบางมากไว้ใกล้กับดรัมไวแสงเป็นขั้วไฟฟ้าอีกขั้วหนึ่ง เมื่อทำการคัดลอกหรือพิมพ์ จะมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าสูงมากไปยังลวด และบริเวณรอบๆ ลวดจะเกิดสนามไฟฟ้าแรงสูง ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ไอออนที่มีขั้วเดียวกันกับลวดโคโรนาจะไหลไปยังพื้นผิวของดรัมไวแสง เนื่องจากตัวรับแสงบนพื้นผิวของดรัมไวแสงมีความต้านทานสูงในที่มืด ประจุจึงไม่ไหลออกไป ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าบนพื้นผิวของดรัมไวแสงจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้นถึงศักย์ไฟฟ้าสูงสุดที่ยอมรับได้ กระบวนการชาร์จก็จะสิ้นสุดลง ข้อเสียของวิธีการชาร์จนี้คือ ก่อให้เกิดรังสีและโอโซนได้ง่าย

การชาร์จด้วยลูกกลิ้งเป็นวิธีการชาร์จแบบสัมผัส ซึ่งไม่ต้องการแรงดันไฟฟ้าสูงและค่อนข้างเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นเครื่องพิมพ์เลเซอร์ส่วนใหญ่จึงใช้ลูกกลิ้งชาร์จในการชาร์จ

เราจะยกตัวอย่างการชาร์จลูกกลิ้งเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทำงานทั้งหมดของเครื่องพิมพ์เลเซอร์

ขั้นแรก ส่วนวงจรแรงดันสูงจะสร้างแรงดันสูง ซึ่งจะชาร์จพื้นผิวของดรัมไวแสงด้วยประจุลบที่สม่ำเสมอผ่านส่วนประกอบการชาร์จ หลังจากที่ดรัมไวแสงและลูกกลิ้งชาร์จหมุนพร้อมกันครบหนึ่งรอบ พื้นผิวทั้งหมดของดรัมไวแสงจะถูกชาร์จด้วยประจุลบที่สม่ำเสมอ ดังแสดงในรูปที่ 2-14

รูปที่ 2-14 แผนภาพแสดงวงจรการชาร์จ

2>. การสัมผัส

กระบวนการฉายแสงจะดำเนินการรอบๆ ดรัมไวแสง ซึ่งจะถูกฉายด้วยลำแสงเลเซอร์ พื้นผิวของดรัมไวแสงเป็นชั้นไวแสง ชั้นไวแสงนี้ปกคลุมพื้นผิวของตัวนำโลหะผสมอะลูมิเนียม และตัวนำโลหะผสมอะลูมิเนียมนั้นต่อลงดิน

ชั้นไวแสงเป็นวัสดุไวแสงที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำเมื่อได้รับแสง และเป็นฉนวนก่อนได้รับแสง ก่อนการฉายแสง จะมีการชาร์จประจุอย่างสม่ำเสมอโดยอุปกรณ์ชาร์จ และบริเวณที่ได้รับแสงเลเซอร์จะกลายเป็นตัวนำอย่างรวดเร็วและนำไฟฟ้ากับตัวนำโลหะผสมอะลูมิเนียม ทำให้ประจุถูกปล่อยลงสู่พื้นดินเพื่อสร้างพื้นที่ตัวอักษรบนกระดาษพิมพ์ บริเวณที่ไม่ได้รับแสงเลเซอร์จะยังคงมีประจุเดิม ทำให้เกิดพื้นที่ว่างบนกระดาษพิมพ์ เนื่องจากภาพตัวอักษรนี้มองไม่เห็น จึงเรียกว่าภาพแฝงไฟฟ้าสถิต

นอกจากนี้ ยังมีการติดตั้งเซ็นเซอร์สัญญาณซิงโครนัสไว้ในเครื่องสแกนด้วย หน้าที่ของเซ็นเซอร์นี้คือการทำให้มั่นใจว่าระยะการสแกนมีความสม่ำเสมอ เพื่อให้ลำแสงเลเซอร์ที่ฉายลงบนพื้นผิวของดรัมไวแสงสามารถสร้างภาพได้ดีที่สุด

หลอดเลเซอร์ปล่อยลำแสงเลเซอร์ที่มีข้อมูลตัวอักษร ส่องไปยังปริซึมสะท้อนแสงหลายเหลี่ยมที่หมุนอยู่ และปริซึมสะท้อนแสงจะสะท้อนลำแสงเลเซอร์ไปยังพื้นผิวของดรัมไวแสงผ่านกลุ่มเลนส์ ทำให้สามารถสแกนดรัมไวแสงในแนวนอนได้ มอเตอร์หลักจะขับเคลื่อนดรัมไวแสงให้หมุนอย่างต่อเนื่องเพื่อทำการสแกนดรัมไวแสงในแนวตั้งโดยใช้หลอดเลเซอร์ หลักการทำงานแสดงในรูปที่ 2-15

รูปที่ 2-15 แผนภาพแสดงการได้รับแสง

3>. การพัฒนา

การล้างฟิล์มเป็นกระบวนการใช้หลักการผลักกันของประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันและการดึงดูดกันของประจุไฟฟ้าต่างชนิดกัน เพื่อเปลี่ยนภาพแฝงทางไฟฟ้าสถิตที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าให้กลายเป็นภาพที่มองเห็นได้ โดยมีอุปกรณ์แม่เหล็กอยู่ตรงกลางลูกกลิ้งแม่เหล็ก (เรียกอีกอย่างว่าลูกกลิ้งแม่เหล็กสำหรับล้างฟิล์ม หรือเรียกสั้นๆ ว่าลูกกลิ้งแม่เหล็ก) และผงหมึกในช่องใส่ผงหมึกมีสารแม่เหล็กที่สามารถถูกดูดกลืนโดยแม่เหล็กได้ ดังนั้นผงหมึกจึงต้องถูกดูดกลืนโดยแม่เหล็กที่อยู่ตรงกลางลูกกลิ้งแม่เหล็กสำหรับล้างฟิล์ม

เมื่อดรัมไวแสงหมุนไปยังตำแหน่งที่สัมผัสกับลูกกลิ้งแม่เหล็กสำหรับพัฒนาภาพ ส่วนของพื้นผิวดรัมไวแสงที่ไม่ได้รับแสงเลเซอร์จะมีขั้วเดียวกันกับผงหมึก และจะไม่ดูดซับผงหมึก ในขณะที่ส่วนที่ได้รับแสงเลเซอร์จะมีขั้วเดียวกันกับผงหมึกเช่นกัน แต่ตามหลักการผลักกันของขั้วเดียวกันและดึงดูดกันของขั้วตรงข้าม ผงหมึกจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของดรัมไวแสงด้านที่ได้รับแสงเลเซอร์ และจะปรากฏเป็นภาพกราฟิกของผงหมึกบนพื้นผิวนั้น ดังแสดงในรูปที่ 2-16

รูปที่ 2-16 แผนภาพหลักการพัฒนา

4>. การพิมพ์แบบถ่ายโอน

เมื่อผงหมึกถูกถ่ายโอนไปยังบริเวณใกล้เคียงกระดาษพิมพ์ด้วยดรัมไวแสง จะมีอุปกรณ์ถ่ายโอนอยู่ด้านหลังกระดาษเพื่อใช้แรงดันสูงในการถ่ายโอนไปยังด้านหลังของกระดาษ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของอุปกรณ์ถ่ายโอนสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าในบริเวณที่ดรัมไวแสงสัมผัส ภาพและข้อความที่เกิดจากผงหมึกจึงถูกถ่ายโอนไปยังกระดาษพิมพ์ภายใต้การทำงานของสนามไฟฟ้าของอุปกรณ์ถ่ายโอน ดังแสดงในรูปที่ 2-17 ภาพและข้อความจะปรากฏบนพื้นผิวของกระดาษพิมพ์ ดังแสดงในรูปที่ 2-18

รูปที่ 2-17 แผนภาพแสดงกระบวนการพิมพ์แบบถ่ายโอน (1)

รูปที่ 2-18 แผนภาพโครงร่างของการพิมพ์แบบถ่ายโอน (2)

5>. ระบายกระแสไฟฟ้า

เมื่อภาพผงหมึกถูกถ่ายโอนไปยังกระดาษพิมพ์ ผงหมึกจะครอบคลุมเฉพาะพื้นผิวของกระดาษเท่านั้น และโครงสร้างภาพที่เกิดจากผงหมึกจะถูกทำลายได้ง่ายในระหว่างกระบวนการลำเลียงกระดาษพิมพ์ เพื่อให้แน่ใจว่าภาพผงหมึกยังคงสภาพสมบูรณ์ก่อนการตรึง หลังจากถ่ายโอนแล้ว กระดาษจะผ่านอุปกรณ์กำจัดไฟฟ้าสถิต หน้าที่ของอุปกรณ์นี้คือการกำจัดขั้ว ทำให้ประจุทั้งหมดเป็นกลาง และทำให้กระดาษเป็นกลาง เพื่อให้กระดาษสามารถเข้าสู่หน่วยตรึงได้อย่างราบรื่นและรับประกันคุณภาพของงานพิมพ์ที่ได้ ดังแสดงในรูปที่ 2-19

รูปที่ 2-19 แผนภาพแสดงการตัดกระแสไฟฟ้า

6>. การแก้ไข

การให้ความร้อนและการตรึง คือกระบวนการใช้แรงดันและความร้อนกับภาพผงหมึกที่ดูดซับอยู่บนกระดาษพิมพ์ เพื่อละลายผงหมึกและแทรกซึมเข้าไปในกระดาษพิมพ์ ทำให้เกิดภาพกราฟิกที่แข็งแรงบนพื้นผิวของกระดาษ

ส่วนประกอบหลักของผงหมึกคือเรซิน จุดหลอมเหลวของผงหมึกอยู่ที่ประมาณ 100 องศาเซลเซียส°และอุณหภูมิของลูกกลิ้งทำความร้อนของชุดยึดอยู่ที่ประมาณ 180 องศาเซลเซียส°C.

ในระหว่างกระบวนการพิมพ์ เมื่ออุณหภูมิของตัวทำความร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้าประมาณ 180 องศาเซลเซียส°เมื่อกระดาษที่ดูดซับผงหมึกผ่านช่องว่างระหว่างลูกกลิ้งความร้อน (หรือที่เรียกว่าลูกกลิ้งบน) และลูกกลิ้งยางกด (หรือที่เรียกว่าลูกกลิ้งล่าง) กระบวนการหลอมรวมก็จะเสร็จสมบูรณ์ อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นจะทำให้ผงหมึกร้อนขึ้น ทำให้ผงหมึกละลายบนกระดาษ ส่งผลให้เกิดภาพและข้อความที่เป็นเนื้อเดียวกัน ดังแสดงในรูปที่ 2-20

รูปที่ 2-20 แผนภาพหลักการยึดตรึง

เนื่องจากพื้นผิวของลูกกลิ้งทำความร้อนเคลือบด้วยสารเคลือบที่ไม่เกาะติดกับผงหมึกได้ง่าย ผงหมึกจึงไม่เกาะติดกับพื้นผิวของลูกกลิ้งทำความร้อนเนื่องจากอุณหภูมิสูง หลังจากติดตั้งแล้ว กระดาษพิมพ์จะถูกแยกออกจากลูกกลิ้งทำความร้อนโดยตัวแยกกระดาษและถูกส่งออกจากเครื่องพิมพ์ผ่านลูกกลิ้งป้อนกระดาษ

กระบวนการทำความสะอาดคือการขูดผงหมึกบนดรัมไวแสงที่ไม่ถูกถ่ายโอนจากพื้นผิวกระดาษไปยังถังเก็บผงหมึกเสีย

ในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนภาพ ผงหมึกบนดรัมไวแสงจะไม่สามารถถ่ายโอนไปยังกระดาษได้อย่างสมบูรณ์ หากไม่ทำความสะอาด ผงหมึกที่เหลืออยู่บนพื้นผิวของดรัมไวแสงจะถูกนำเข้าสู่รอบการพิมพ์ถัดไป ทำให้ภาพที่สร้างขึ้นใหม่เสียหาย ส่งผลต่อคุณภาพการพิมพ์

กระบวนการทำความสะอาดทำโดยใช้ใบมีดยาง ซึ่งมีหน้าที่ทำความสะอาดดรัมไวแสงก่อนเริ่มรอบการพิมพ์ดรัมไวแสงครั้งต่อไป เนื่องจากใบมีดยางมีความทนทานต่อการสึกหรอและมีความยืดหยุ่น จึงทำมุมตัดกับพื้นผิวของดรัมไวแสง เมื่อดรัมไวแสงหมุน ผงหมึกบนพื้นผิวจะถูกขูดลงไปในถังเก็บผงหมึกเสียโดยใบมีด ดังแสดงในรูปที่ 2-21

รูปที่ 2-21 แผนภาพแสดงกระบวนการทำความสะอาด