Bęben światłoczuły
Bęben światłoczuły, często nazywany również fotoreceptorem lub bębnem OPC (od materiału Organic Photoconductor, z którego często jest wykonany), jest jednym z najbardziej kluczowych i centralnych komponentów w technologii druku i kopiowania laserowego oraz LEDowego. Jest to element, na którym tworzony jest utajony obraz elektrostatyczny dokumentu, który następnie przyciąga toner – drobny proszek barwiący używany w tych technologiach. Działanie bębna światłoczułego opiera się na jego właściwościach półprzewodnikowych, a konkretnie na jego światłoczułości – zdolności do zmiany przewodności pod wpływem światła.
Typowy bęben światłoczuły ma kształt cylindra lub rzadziej paska (w niektórych kserokopiarkach wielkoformatowych). Składa się z metalowego rdzenia (zazwyczaj aluminium), który działa jako podłoże i element uziemiający, oraz powłoki wykonanej z materiału fotoprzewodzącego. Najczęściej stosowanymi materiałami fotoprzewodzącymi są amorficzny krzem (a-Si), tlenek cynku, siarka selenu (historycznie) lub związki organiczne (OPC – Organic Photoconductor). Materiał ten ma unikalną właściwość: w ciemności jest izolatorem elektrycznym, co oznacza, że może utrzymywać ładunek elektrostatyczny na swojej powierzchni, ale staje się przewodzący pod wpływem światła, umożliwiając rozproszenie ładunku w naświetlonych obszarach.
Proces tworzenia obrazu na bębnie światłoczułym jest serią precyzyjnie zsynchronizowanych etapów, zwanych cyklem obrazowania (imaging cycle):
- Elektryzowanie (Ładowanie): powierzchnia bębna jest jednorodnie naładowana ujemnym lub dodatnim ładunkiem elektrostatycznym przez elektrodę elektryzującą (główny ładownik lub wałek ładujący). Ładunek ten jest rozprowadzany równomiernie po całej powierzchni bębna.
- Naświetlanie (Ekspozycja): naładowana powierzchnia bębna jest następnie selektywnie naświetlana światłem przez jednostkę lasera (w drukarkach laserowych) lub listwę LED (w drukarkach LEDowych). Światło to jest precyzyjnie sterowane przez procesor drukarki i odwzorowuje obraz dokumentu, który ma zostać wydrukowany. Obszary na bębnie, które są naświetlone światłem (odpowiadające tekstowi, grafikom, obrazom na drukowanej stronie), stają się przewodzące, a zgromadzony na nich ładunek elektrostatyczny rozprasza się do rdzenia bębna. Obszary, które nie są naświetlone (odpowiadające tłu na drukowanej stronie), pozostają naładowane, ponieważ materiał fotoprzewodzący w tych miejscach pozostaje izolatorem. W ten sposób na powierzchni bębna powstaje utajony obraz elektrostatyczny – wzór naładowanych i rozładowanych obszarów, który dokładnie odpowiada treści dokumentu.
- Wywoływanie (Naniesienie tonera): bęben z utajonym obrazem przesuwa się w pobliże zespołu wywoływania (developer unit), w którym znajduje się toner – drobny proszek barwiący, który jest również naładowany elektrostatycznie (zazwyczaj przeciwnym ładunkiem niż ładunek nałożony na bęben). Toner jest przyciągany przez naładowane obszary na powierzchni bębna (lub rozładowane obszary, w zależności od technologii ładowania bębna i tonera). Nie przylega natomiast do obszarów o przeciwnym ładunku lub neutralnych. W ten sposób utajony obraz elektrostatyczny staje się obrazem widzialnym, zbudowanym z cząstek tonera.
- Transfer (Przenoszenie obrazu): bęben z obrazem tonera obraca się i styka się z papierem. Papier, przechodzący przez zespół transferu, jest naładowany elektrostatycznie (ładunkiem przeciwnym do ładunku tonera) przez elektrodę transferową lub wałek transferowy. Ten ładunek elektrostatyczny na papierze jest silniejszy niż siła przyciągania między tonerem a bębnem, powodując przeniesienie większości cząstek tonera z bębna na papier.
- Czyszczenie: po przeniesieniu tonera na papier, na powierzchni bębna pozostają resztki tonera i ładunku. Zespół czyszczący bęben (np. gumowa listwa zbierająca lub pędzel) usuwa pozostały toner, a lampa gasząca ładunek (lub inne metody) rozładowuje resztkowy ładunek na bębnie, przygotowując go do kolejnego cyklu elektryzowania i naświetlania.
Stan i czystość powierzchni bębna światłoczułego mają ogromny wpływ na jakość wydruku. Uszkodzenia mechaniczne (zadrapania), zanieczyszczenia, zużycie warstwy fotoprzewodzącej (które następuje naturalnie w wyniku działania światła, ładunków elektrostatycznych i mechanicznego kontaktu z papierem, tonerem i zespołem czyszczącym) prowadzą do powstawania defektów na wydrukach, takich jak linie, plamy, blade obszary, szarzenie tła czy powtarzające się obrazy. Bęben światłoczuły jest elementem eksploatacyjnym i wymaga regularnej wymiany po wydrukowaniu określonej liczby stron, ponieważ jego właściwości fotoprzewodzące ulegają degradacji, a powierzchnia zużyciu. W niektórych kartridżach All-in-One (zintegrowanych z tonerem), bęben jest częścią kartridża i jest wymieniany razem z nim. W większych urządzeniach, bęben jest zazwyczaj osobnym modułem (zespołem bębna), wymienianym rzadziej niż toner, ale stanowiącym znaczący koszt eksploatacyjny.
