Så fungerar en laserprinter
De flesta människor kan lätt föreställa sig principen för en bläckstråleskrivare. Namnet talar faktiskt för sig själv – den använder bläck för att överföra text, teckningar eller foton till ett papper. Visst är tekniken imponerande – för att göra slutresultatet exakt och detaljerat så placerar skrivaren hundratals eller t.o.m. tusentals pyttesmå bläckdroppar bredvid varandra på varje centimeter av pappret. Men en laserprinter? Det är onekligen ännu svårare att föreställa sig. Hur kan en smal ljusstråle skriva något?
Denna fantastiska teknik utvecklades på 1960-talet av Gary Starkweather som jobbade för Xerox Corporation, ett företag känt för sina kopiatorer. Gary hade en idé; istället för att exponera en bild för ljus för att skapa en kopia av den, så kunde man använda en ljusstråle för att ”rita” bilden från grunden. Den första laserprintern lanserades framgångsrikt år 1973, men det tog ett par årtionden innan maskinerna blev tillräckligt små och prisvärda för att de skulle bli vanliga både på våra kontor och i våra hem. Ändå fungerade de allra första laserprintrarna enligt samma princip som de moderna gör – de använder statisk elektricitet.
Motsatser attraherar varandra
Ja, det blir bara konstigare och konstigare. Laser, kopiatorer och nu – statisk elektricitet. Men samma kraft som orsakar blixtnedslag och som kan ”limma fast” en ballong på din tröja kan också smidigt överföra saker till papper. För att förklara detta på ett enkelt sätt så fungerar statisk elektricitet ungefär på samma sätt som förälskelse – motsatser tenderar att attrahera varandra.
För att förklara detta på ett mera vetenskapligt sätt – statisk elektricitet är en obalans i elektriska laddningar. Den uppstår när det i ett föremål eller material finns fler positiva laddningar (protoner) än negativa laddningar (elektroner) – eller vice versa. Många olika faktorer kan orsaka denna obalans men i denna artikel ska vi endast titta på en aspekt av statisk elektricitet. För att återställa balansen attraheras ett laddat objekt till ett annat objekt med motsatt laddning. När du till exempel har gnuggat en ballong mot en ylletröja, kommer ballongen att stjäla några elektroner av tröjan. Därför kommer de två objekten ivrigt att hålla fast vid varandra, vilket verkar som någon form av magi. Faktum är att detta händer endast för att ballongen har blivit negativt laddad och tröjan positivt laddad.
Printerns föreställning: Första akten
Visst, det finns inga tröjor eller ballonger inuti en laserprinter. Men det finns dock en hel hop komponenter till vilka printern på ett smart sätt ger positiva eller negativa laddningar för att sätta igång utskrivningsprocessen. Förvånande nog är den främsta stjärnan i processen inte själva lasern – det är den roterade cylindertrumman som är täckt med grönt, fotokonduktivt material. Trummans totala yta är lika stor som ett pappersark.
I början av utskrivningsprocessen så får denna trumma en laddning. Detta görs antingen med en coronaladdad metalltråd som går genom den eller via en laddad matarrulle. Beroende på printermodell kan laddningen vara antingen positiv eller negativ – processen fungerar båda vägarna. I den här artikeln kommer vi att anta att trumman i printern får en positiv laddning.
Dags för ljuset
Nu kommer vi till lasern – enkelt uttryckt så ”ritar” lasern det du vill printa på trumman genom att exponera vissa delar av den för ljus. Där ett tecken eller en linje ska skrivas ut placerar lasern en minimal prick i rätt område. Där det ska vara ett mellanrum slocknar lasern. Eftersom trumman är fotokonduktiv blir de områden som träffas av lasern urladdade – detta kallas en elektrostatisk bild.
Dock är det inte laserstrålen själv som flyttar sig. Den är istället fokuserad på ett system av roterande speglar och linser, som sedan leder ljuset till trumman. Föreställ dig helt enkelt en liten, mycket sofistikerad discoboll som startar partyt varje gång du vill skriva ut en sida. Hur sofistikerat är inte det? Tja, om din laserprinter har en upplösning på 600×600 dpi (dots per inch eller punkter per tum) så betyder det att en enda A4-sida kan innehålla 33 miljoner punkter. Och varenda en av dem sätts på rätt plats tack vare den där discobollen. Nu kan vi tala om ett häftigt party, eller hur?
Du kanske också undrar hur en printer vet vad den ska rita och var. Detta bestäms av skrivarens styrenhet – författaren till hela skådespelet. Styrenheten är en dator inuti printern. Den har flera väsentliga uppgifter som att kommunicera med enheten från vilken man skickar utskriften, organisera den data som mottagits, bryta ner den i miljontals punkter och lagra denna information i printerns minne. Även om vi kunde skriva massor om de tekniska detaljerna i printer-hjärnan, så skulle det förstöra tempot i vår historia om laserprintern. Så nu bugar vi oss i vördnad inför denna och återgår till trumman och lasern istället.
Nu blir det smutsigt
Även om det är fantastiskt, är det ingen som behöver en elektrostatisk bild för vi kan inte se den eller använda den i PowerPoint-presentationer. Därför introducerar vi tonern. I en laserprinter fungerar toner ungefär på samma sätt som bläcket i en bläckstråleskrivare. Toner är dock inte flytande, det är ett mycket fint pulver. Varje tonerpartikel består av två huvudsakliga ingredienser – färgpigment och plast. Inuti färgkassetten har partiklarna en positiv laddning. När printern täcker trumman med ett jämnt lager av toner så fastnar partiklarna enbart på de områden som tidigare blev urladdade. De är inte intresserade av resten av trumman eftersom den fortfarande är positivt laddad, precis som partiklarna själva. Och när det kommer till kärlek och laserprintrar, så är det enbart motsatserna som attraherar varandra.
Med det sagt så är tonerpartiklar inte speciellt trogna. Härnäst så tar din printer ett pappersark, ger det en negativ laddning och för det via trumman. Och vad händer? Tonern hoppar ivrigt över, eftersom pappersarket har en starkare laddning än den elektrostatiska bilden på trumman. Även om det låter som totalt förräderi av tonern, så får du äntligen ut ditt innehåll på papper. Pappret rör sig i exakt samma hastighet som trumman roterar, på så vis bibehålls bilden och blir inte förvrängd.
Ett lyckligt slut
För att förhindra att tonerns förräderi upprepar sig, så finns en fixeringsenhet. I vårt skådespel om laserprintern så är fixeringsenheten den hårdföra, tjockhudade typen. Den här enheten består av två upphettade rullar som har en non-stickbeläggning – liknande den i teflonstekpannor. Den här ytan har noll dragningskraft på tonerpartiklarna, så de stannar där de är. Ännu bättre – när pappersarket passerar mellan de två upphettade rullarna så smälter tonern och blir permanent fäst vid pappret. De snabbaste laserprintrarna använder sig av extremt höga temperaturer, men eftersom varje pappersark går så snabbt genom fixeringsenheten så bränns inte sidorna. Om du plockar upp dem omedelbart kommer du antagligen att märka att pappret fortfarande är varmt.
Eftersom tonerpartiklarna huvudsakligen är gjorda av plast är laserprintade dokument mycket hållbara. De kommer inte att smetas ut om pappret blir vått och de bleknar inte så enkelt. Därför kan laserutskrifter användas för att på ett bra sätt arkivera viktig information för kommande generationer. Vår printerhistoria har ett verkligen lyckligt slut!
Men vänta, vad händer med trumman? Nåja, den har ingen tid att sörja. Printern ser raskt till att rengöra den från all kvarvarande toner och raderar den elektrostatiska bilden genom att exponera hela dess yta för ljus – en process som kallas urladdning. Sen ger den coronaladdade metalltråden igen en ny positiv laddning åt trumman och hela printerhistorien kan starta på nytt. Trots allt levererar moderna laserskrivare tiotals sidor per minut.
Men färgerna då?
Printerskådespelet som vi nyss följde med i var bara svartvitt. Men vad händer inuti en färglaser? Först och främst har vi fyra olika toner involverade – cyan, magenta, gult och svart. Under utskriftsprocessen mixas partiklarna samman för att skapa oräkneliga variationer av nyanser. Detta måste dock göras med den yttersta precision. Våra ögon kan upptäcka till och med den minsta avvikelse – som några få tusendelar av en centimeter. För att kunna representera färgerna korrekt, är det printerns styrenhet som räknar ut hur partiklarna ska fördelas på fyra olika elektrostatiska bilder – en för varje pigment. Härifrån finns det flera möjliga tekniska lösningar.
I en del skrivare så skapar lasern fyra elektrostatiska bilder en efter en på samma trumma. Efter att varje bild ritats, appliceras och överförs respektive toner. Det kan göras direkt på pappersarket – då behöver processen upprepas fyra gånger. Alternativt kan varje pigment överföras till en annan ”mellanliggande” trumma först. Den mellanliggande trumman samlar då in alla fyra tonerpartiklarna och överför slutligen alla på en gång till ett papper.
En del dyrare skrivare har faktiskt fyra separata trummor – en för varje pigment – som alla kan fungera samtidigt. Pappret förs helt enkelt via alla trummorna och fångar upp partiklarna för varje pigment på vägen. Ett sådant system är mycket mera komplext och dyrt att bygga, men resulterar också i högre utskriftshastighet.
Slutsatser
Nu känner du till den extremt komplicerade processen för laserprintrar! Därför uppmuntrar vi dig att behandla din hemmaprinter eller printern på kontoret vänligt – också när den inte uppför sig väl. Kom ihåg att den stackars apparaten går igenom mycket bara för att du vill printa en sida eller två.
Men om den stackaren uppför sig illa allt för ofta är du helt i din rätt att överväga att köpa en ny. Och om så är fallet, kanske du också vill läsa denna historia.