包装印刷打印机工作原理讲义

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彩色激光打印机目前比较流行的打印语言是PCL和PostScript，近年来，随着彩色激光打印机在普通商务办公领域的应用，这些用户对于图形和色彩的精度要求相对没有一些专业用户那样严格，因此GDI方式也开始在一些低端彩色激光打印机中得到了应用。随着PC性能的提高，GDI方式对于打印机性能的影响越来越小，却可以大幅度降低彩色激光打印机的成本，也使彩色激光打印机的价格开始下降，为彩色激光打印机的普及奠定了基础。 彩色激光打印机与黑白激光打印机最大的区别是在引擎结构上，彩色激光打印机采用了C（Cyan，蓝色）M（Magenta，品红）Y（Yellow，黄色）K（Black，黑色）4色碳粉来实现全彩色打印，因此对于一页彩色内容中的彩色要经过CMYK调和实现，一页内容的打印要经过CMYK的4色碳粉各1次打印过程。从理论上讲，彩色激光打印机要有4套与黑白激光打印机完全相同的机构来实现彩色打印过程。 为了精简机构和节省成本，目前彩色激光打印机在结构上大都采用了4色碳粉盒的分离，其他的如走纸机构、感光鼓、定影单元等4色共用1套系统。因此在打印过程中，打印纸要在引擎中走4个完全相同的流程，只是在4个流程中分别实现一种颜色碳粉的转印，这也是目前大多数彩色激光打印机的彩色打印速度一般是黑白打印速度的四分之一的一个重要原因。彩色激光打印机使用的感光单元有2种形式，一种是在黑白激光打印机中使用的感光鼓方式，另一种是感光带方式。 由于除了CMYK这4种基本颜色外，其他的所有颜色都是由这4种颜色的碳粉调和生成，因此彩色激光打印机的工作流程中，在定影以前要有一个4色调和过程。为了更好地实现颜色调和，彩色激光打印机中使用了调和油（也称定影油，一般使用的是硅油），在调和油的使用上，不同厂商的产品有所不同，大多数彩色激光打印机中都有一个单独的调和油盒，在定影的同时向介质上加入调和油，这也是大多数彩色激光打印机打印出的内容有油感的一个重要原因。而以HP公司的ColorLaserJet 4550和ColorLaserJet 8550为代表的一些彩色激光打印机产品则采用了另外一种调和技术，在机器中取消了单独的调和油盒，而是将调和油与碳粉盒结合在了一起，在每一个细小碳粉颗粒中间都包裹了一个调和油颗粒，不仅简化了机器内部结构，也使打印出的内容中的油感大大降低。二、激光打印机以其打印速度快，打印品质高的优点，在人们的日常工作中越来越受到青睐。但了解其工作原理的人并不多。本文根据激光打印机的工作特点，浅淡激光打印机工作原理。 激光打印机一般分成6大系统： 1、Power System(供电系统) 2、DC controller System(直流控制系统) 3、Formatter System(接口系统) 4、Laser/Scanner System(激光扫描系统) 5、Image Formation System (成像系统) 6、Pick-up/Feed System(搓纸系统)。下面将对这6大系统分别进行阐述。 一 、Power System（供电系统） 供电系统作用于其它5个系统，根据需要，输入的交流电被调控为高压、低压、直流电。高压电一般作用于成像系统，许多型号的打印机都单独的高压板，像HP4、HP4V、方正文杰作280、XeroxP8E、Canon BX/BX2等。但随着集成化的增、高，很多打印机的高压板、电源板以及DC控制板被集成在一起。像HP5L/6L，HP4L/4P、HP5P/6P、HP4000、HP5000等。低压电主要用来驱动各个引擎马达，其电压根据需要而定，像HP5L/6L主要有5V、12V电压，而HP5000主要有3.4/、5V、24V电压。直流电主要用来驱动DC板上的各种型号的传感器、控制芯片以及CPU等。 二、DC Controller System（直流控制系统） 直流控制系统主要用来协调和控制打印机的各系统之间的工作：从接口系统接收数据，驱动控制激光扫描单元、测试传感器、控制交直流电的分布，过压/欠流保护、节能模式、控制高压电的分布等。其电路构成比其它5 个系统都复杂，涉及到电路的一些专业知识，像放大电路、反馈电路、整流电路等，是维修的一个难关。 三、Formatter System（接口系统） 接口系统是打印机和计算机连接的桥梁，它负责把计算机传递过来的一定格式的数据翻译成DC板能处理的格式，并传递给DC板。接口系统的构成一般有三个部分：接口电路、CPU 、BIOS电路。在接口电路里主要有一些负责产生稳压电流的芯片（为保护和驱动其它芯片）。CPU主要任务是翻译接口电路传递过来的数据，控制信号灯以及传递给DC板翻译过的数据。有些型号的打印机，其接口电路也做进CPU，像HP4L/4P。BIOS电路这部分主要有打印机自身的一些配置，以及生产厂家的一些相关信息。但有的打印机接口系统并没有BIOS电路的打印机一般不能打印自检测试员，像文杰280、Epson 5700/5800等，而我们平时的接口维修也只是局限于接口电路。 四、Laser/Scanner System（激光扫描系统） 激光扫描系统的主要作用是产生激光束，在OPC（感光鼓）表面曝光，形成映象。激光扫描系统主要有三个部分：多边形旋转马达、发光控制电路、透镜组。旋转马达主要通过高速旋转的多棱角镜面，把激光束通过透镜折射到OPC表面。发光控制电路主要是产生调控过的激光束，主要有激光控制电路和发光二极管组成。透镜组主要通过发散，聚合功能把光线折射OPC表面。 五、Image Formation System（成像系统） 成像系统的工作过程大至上分为两个过程：前期的准备工作，后期的定影成形工作。其整个工作过程大至分为7个步骤： 1、充电 通过充电辊给OPC表面充上高压电 2、曝光 利用OPC 表面的光导特性，使OPC 表面曝光，形成一定形状不等位的电荷区 3、显影碳粉颗粒在电场作用下吸附在OPC 表面被曝光的区域 4、转印 当打印纸通过转印辊时，被带上与碳粉相反的电荷，使碳粉颗粒按一定的形状转印到纸上 5、分离 纸张从OPC 和转印辊上分离出来 6、定影 已经印上字的打印纸上的碳粉颗粒，需要熔化才能渗透到纸里 7、OPC清洁 OPC表面的碳粉并未完全被转印纸上，通过刮刀清理后，并可完成下一轮转印成像过程。 在其后的定影成形过程中，加热组件是个很重要的部件，它通过一定范围的高温，将碳粉熔化。目前加热部件主要有两种形式：陶瓷加热，灯管加热。陶瓷加热的特点是加热速度快，预热时间短，缺点是易爆、易折，而灯管加热则相对稳定些，缺点是预热时间较长。现在有很多打印机都采用双灯管加热，像HP5SI、HP8100、HP4500等。但不论哪能种形式的加热，其温控都是通过热敏元件感应温度变化时，自动闭合完成的。 六、Pick-up/Feed System（搓纸系统） 操作系统主要由进纸系统和出纸系统构成。现有的大部分机型都可扩充多个进纸单元，而出纸系统也是应打印介质的需要，设置成两个出纸口。打印纸在整个输纸路中的走动都是有严格的时间范围，超出了这个时间范围，打印机就会报卡纸。而对具体位置的监控则是通过一系列的传感器监测完成的。目前激光打印机中的传感器大部分是光敏二极管元件构成的。 各种型号的激光打印机在机型和具体到某个系统的设计上，可能不同，但是它们的工作原理大至却是一样的，只不过某个局部的功能根据设计的需要得到了增强。基本知识：静电激光打印机的主要工作原理是利用静电。静电还能使烘干机中的衣物缠绕成一团，或者形成从云端直扑地面的闪电。实际上静电就是在某种绝缘材料（例如气球或你的身体）上积聚的电荷。由于带相反电荷的原子会相互吸引，因此具有异性静电场的材料会紧贴在一起。 一张纸在激光打印机中的历程激光打印机将这种现象用作一种“临时性的粘合剂”。该系统的核心部件是感光器，通常是一个旋转的鼓形或圆柱形部件。这个鼓形部件由可以通过可见光子进行放电的高光导材料制成。 激光打印机的基本组件基本知识：硒鼓开始时，硒鼓的所有部分都带有通过充电电晕线施加的正电荷，该电晕线是一段有电流通过的电线。（一些打印机使用充电辊而不是电晕线，但是它们的原理是相同的。）在硒鼓旋转时，打印机会放出微弱的激光束通过硒鼓的表面，将某些点处的电荷释放掉。这样，激光就以电荷图案的形式“绘制”出了要打印的字母和图像一幅静电图像。此外，系统还可以以相反的形式工作即在负电荷背景上绘制一幅正电荷图像。 激光在旋转的光导硒鼓上“书写”内容在图案完成后，打印机在硒鼓上涂抹带有正电荷的墨粉一种极其微细的黑色粉末。由于它带有正电荷，所以墨粉会粘附在硒鼓上带有负电荷的区域，而不会粘在带有正电荷的“背景”上。这有点像在一个苏打水罐上用胶水写字，然后再把该罐子在面粉中滚一下：面粉只会粘在罐子上涂有胶水的部分，因此最终会看到用面粉书写的一条信息。 在粘上粉末图案之后，硒鼓会在纸上滚过，纸沿着下方的一条皮带进行运动。在纸运动到硒鼓的下方之前，会通过转印电晕线（充电辊）带上负电荷。此电荷的强度大于静电图像的负电荷，所以墨粉会被印到纸上。由于纸的运动速度与硒鼓相同，所以纸上会印有完全相同的图像图案。为了将纸与硒鼓分离开，在墨粉转移到纸上后，会通过分离电晕线对纸立即进行放电。基本知识：定影器最后，打印机让纸张通过定影器（一对加热辊）。在纸张通过这些辊时，原先松散的墨粉会融化，并与纸中的纤维融合在一起。然后定影器将纸张输送到输出托盘，于是你就得到了最终的打印页面。此外，定影器还会将纸张本身加热，这就是从激光打印机或影印机中出来的纸张总是比较热的原因。 那么纸张为何没有发生燃烧呢？主要的原因是速度纸张通过这些辊时速度很快，因此温度不会变得非常高。 在墨粉印到纸上后，硒鼓的表面会经过放电灯。这盏很亮的灯使整个感光器表面暴露在光线之下，从而擦去上面的静电图像。然后，硒鼓的表面经过充电电晕线，并再次带上正电荷。 从概念上说，激光打印机的所有工作就是这样的。当然，将这些不同的组件实际捏合在一起则是一项比较复杂的工作。在后面的部分中，我们将更详细地介绍各个组件，看看它们如何快速、精准地产生文字和图像。打印机控制器：通信在激光打印机能够工作之前，它需要获得页面数据并计算出如何将这些数据印到纸上。这个工作由打印机控制器完成。 打印机控制器是激光打印机的主要板载计算机。它通过某个通信端口（例如并口或USB端口）与主机（例如您的PC）进行交谈。在打印作业开始时，激光打印机会与主机一起确定数据的交换方式。控制器可能必须定期启动和停止主机，以便处理它已经接收到的信息。 通常，激光打印机具有多个不同类型的通信端口。在办公室中，激光打印机可能要连接到多台不同主机，因此多位用户都可以从他们自己的计算机上打印文档。控制器分别处理每位用户的打印作业，但是可能会同时开展许多场“对话”。而同时处理多个作业的能力是激光打印机受到广泛欢迎的原因之一。 打印机语言若要让打印机控制器和主机之间能够通信，它们需要使用相同的页面描述语言。在较早的打印机中，计算机发送一种特殊的文本文件和能够向打印机提供简单格式信息的简单代码。由于这些早期打印机只有几种字体，因此上述过程是一个非常简单明了的过程。 而现在，您可以选择数百种不同的字体，并且会不假思索地打印复杂的图像。为了处理所有这些变化多样的信息，打印机就需要说一种更高级的语言。 目前，主要的打印机语言有惠普的打印机命令语言（PCL）和Adobe的Postscript。这两种语言都以矢量形式描述页面即，将页面描述为几何形状的数学值，而不是描述为一系列的点（位图图像）。而打印机在收到矢量图像后，会将它们转换成位图页面。利用这种机制，打印机可以接收精细、复杂的页面，并打印出任何类型的字体或图像。此外，由于位图图像是由打印机创建的，所以它可以使用打印机的最大分辨率。一些打印机使用图形设备接口（GDI）格式而不是标准的PCL。在这种系统由主机创建点阵，因此控制器不承担任何处理工作它只是将点指令发送给激光器。 但是在大部分激光打印机中，控制器必须组织它从主机接收到的所有数据。这包括向打印机告知应执行的工作的所有命令使用什么纸张、如何设置页面的格式、如何处理字体等等。控制器为了使用这些数据，必须以正确的顺序接收数据。光栅图像处理器在构造出数据之后，控制器就开始生成整个页面。它会设置文本边距，排列单词并放置所有图像。在页面排列完毕之后，光栅图像处理器（RIP）会获取页面数据，既可以一次获取整个页面，也可以一部分一部分地获取，然后将页面分割成由微小点组成的阵列。正如我们将在下一节中看到的，打印机要求页面必须采用此格式，以便激光器能够将其写到感光鼓上。 在大多数激光打印机中，控制器会将所有打印作业保存到它自己的内存中。这使得控制器能够将不同打印作业放到一个队列中，以便一次处理一个打印作业。此外，如果要打印文档的多份副本，这种方法还可以节省打印时间，因为主机只需要发送一次数据即可。 激光器组件由于打印机的激光系统负责页面的绘制工作，因此它或激光扫描组件必须做到非常的精确。传统的激光扫描组件包括： 激光器 一面可移动的镜子 一组透镜 激光器接收页面数据组成文本和图像的小点一次接收一个水平行。当光束在硒鼓上横向移动时，激光器会为要打印的每个点发出一个光脉冲，对于空白区域的点则不发出任何脉冲。 激光器本身实际上并没有移动激光束。相反，激光束是通过一面可移动的镜子反射到硒鼓上的。当镜子移动时，它会反射激光束并使其通过一系列的透镜。该系统可弥补由于镜子和硒鼓上的点之间的距离不断发生变化而引起的图像变形。激光打印机如何“写入”页面激光器组件只在一个平面上沿水平方向移动。在每次进行水平扫描之后，打印机会将感光鼓移动一个刻度，以便激光器组件可以绘制下一行。由一个小型打印引擎计算机以飞快的速度完美地执行所有这些同步操作。 一些激光打印机使用一排发光二极管（LED）来写入页面图像，而不是使用单个激光器。每个点的位置都有自己专用的光线，也就是说该打印机的打印分辨率是固定的。与真正的激光器组件相比，这些系统的制造成本较低，但是打印结果也较差。通常，您只会在一些廉价打印机中找到这种系统。 影印机激光打印机的工作方式有些类似于影印机，但在某些方面存在显著差异。最显而易见的差异是图像的来源：影印机通过图像反射的光线来扫描图像，而激光打印机则以数字格式接收图像数据。 另一个主要差异是创建静电图像的方式。在影印机中，当纸张对光线进行反射时，照射到白色区域的光线会反射到感光器上，而照射到黑色区域的光线则会被吸收。在此过程中，“背景”被放电，而静电图像保留正电荷。这种方法被称为“写白”。 在大部分激光打印机中，此过程是相反的：激光器会对静电图像所在的行进行放电，并将背景保留为带有正电荷。在打印机中，这种“写黑”机制比“写白”机制较易于实现，而且一般具有更好的效果。墨粉基本知识对于激光打印机（或影印机）来说，最与众不同的地方之一在于它使用的墨粉。让纸张抓住“墨水”而不是让打印机喷出墨水，这是一个很奇怪的概念。而更奇怪的地方是，“墨水”实际上根本就不是墨水。 那么墨粉是什么东西？简而言之：它是一种由以下两种主要成份组成的带有电荷的粉末。颜料和塑料。 颜料的作用很明显负责对文本和图像进行着色（在单色打印机中为黑色）。颜料与塑料微粒混合在一起，因此墨粉在经过定影器加热后会融化。这种性质使得墨粉在很多方面都优于液体墨水。首先，它可以牢固地附着在几乎任何类型纸张中的纤维上，也就是说文字不会轻易出现模糊或渗色现象。 涂覆了小墨粉微粒的显影器磁珠上墨 那么打印机如何为硒鼓上的静电图像涂抹墨粉呢？墨粉存储在墨斗中，墨斗是内置了一个可拆卸盒子的小容器。打印机使用显影器单元收集来自墨斗的墨粉。“显影器”实际上包括许多带有负电荷的小磁珠。这些磁珠附着在一个旋转的