Фотобарабан

Фотобарабан — это цилиндрическая деталь лазерного принтера или копировального аппарата, на поверхности которой формируется скрытое электростатическое изображение, впоследствии проявляемое тонером и переносимое на бумагу. Является ключевым расходным элементом и основным компонентом картриджа, определяющим качество печати и ресурс устройства.

Устройство и принцип действия

Фотобарабан представляет собой полый алюминиевый цилиндр, покрытый тонким слоем светочувствительного полупроводникового материала. В зависимости от типа устройства и технологии, в качестве такого материала могут использоваться органические соединения (например, полимеры с добавлением органических фоторецепторов), селен, сплавы селена с теллуром или мышьяком, а также керамические материалы (например, оксид цинка). В современных принтерах наиболее распространены органические фотобарабаны (OPC — Organic Photo Conductor).

Принцип работы основан на явлении фотопроводимости: в темноте материал покрытия обладает высоким электрическим сопротивлением и удерживает электростатический заряд, а под воздействием света его сопротивление резко падает, и заряд стекает.

Процесс формирования изображения включает несколько этапов:

1. Зарядка. Поверхность фотобарабана равномерно заряжается отрицательным (реже положительным) электрическим потенциалом с помощью коротрона (коронирующего провода) или ролика заряда.
2. Экспонирование. Лазерный луч (или светодиодная линейка) сканирует поверхность барабана, «засвечивая» те участки, которые должны остаться белыми на бумаге. В местах попадания света заряд стекает, и потенциал падает до нуля. На незасвеченных участках (будущих областях с тонером) заряд сохраняется. Таким образом, на барабане формируется скрытое электростатическое изображение.
3. Проявление. Тонер (мелкодисперсный порошок), заряженный тем же знаком, что и барабан, подаётся на его поверхность. Частицы тонера притягиваются к участкам с более низким потенциалом (засвеченным). В некоторых системах используется «обратное проявление», где тонер притягивается к заряженным участкам.
4. Перенос. Лист бумаги прижимается к барабану, и на него переносится тонерное изображение с помощью более высокого электрического потенциала.
5. Закрепление. Изображение фиксируется на бумаге в печи (фьюзере) под воздействием температуры и давления.
6. Очистка. После переноса остатки тонера удаляются с поверхности барабана ракелем (чистящим лезвием) в отсек отработки.

Классификация

Фотобарабаны классифицируются по нескольким признакам.

По типу материала покрытия

• Селеновые (Se). Исторически первые, отличались высокой чувствительностью и долговечностью, но токсичны в производстве и утилизации. Использовались в старых копировальных аппаратах.
• Органические (OPC). Наиболее распространённый тип в современных принтерах. Дешёвы, обеспечивают высокое качество печати, но чувствительны к механическим повреждениям и ультрафиолету. Ресурс обычно составляет 10–20 тысяч страниц.
• Керамические. Используются в профессиональных и промышленных устройствах. Отличаются высокой износостойкостью и ресурсом (до 100–200 тысяч страниц).

По конструктивному исполнению

• В составе картриджа. Фотобарабан является частью сменного картриджа и заменяется вместе с ним. Наиболее распространённая схема для бытовых и офисных принтеров (например, HP, Canon, Samsung).
• Отдельный узел (Drum Unit). В некоторых моделях (например, Brother, Kyocera, Xerox) фотобарабан устанавливается отдельно от картриджа с тонером и заменяется реже, чем тонер. Это снижает стоимость расходных материалов.
• Встроенный в устройство. В высокопроизводительных копировальных аппаратах и принтерах фотобарабан может быть рассчитан на весь срок службы устройства или на очень большой ресурс.

Основные характеристики

• Светочувствительность. Способность материала изменять проводимость под действием света. Влияет на скорость печати и качество передачи полутонов.
• Зарядовый потенциал. Максимальное значение электростатического заряда, которое может удерживать поверхность. Определяет контрастность изображения.
• Спектральная чувствительность. Диапазон длин волн, к которому чувствителен материал. Для лазерных принтеров обычно оптимизирован под длину волны лазера (780–800 нм).
• Ресурс. Количество страниц, которое может быть напечатано до замены барабана. Измеряется в тысячах страниц (например, 10 000 страниц для OPC-барабана).
• Диаметр. Влияет на скорость печати и компактность устройства. Стандартные диаметры — от 20 мм (в портативных принтерах) до 60 мм (в профессиональных).

Применение

Фотобарабаны используются в:

• Лазерных принтерах. Основная область применения. От бытовых моделей до промышленных печатных машин.
• Копировальных аппаратах (ксероксах). Принцип действия аналогичен, но вместо лазера используется проекция оригинала на барабан.
• Многофункциональных устройствах (МФУ). Сочетают функции принтера, сканера и копира.
• Цифровых печатных машинах. В высокоскоростных системах для коммерческой печати.

Износ и неисправности

Фотобарабан является расходным материалом с ограниченным сроком службы. Основные причины выхода из строя:

• Механический износ. Истирание светочувствительного слоя в результате трения о ракель, бумагу и ролики. Приводит к появлению полос и дефектов на отпечатках.
• Повреждение лазером. При длительной печати сплошных чёрных полей лазер может «прожечь» слой, что приведёт к появлению белых точек.
• Загрязнение. Попадание пыли, тонера или влаги на поверхность снижает качество печати.
• Фоточувствительность. Длительное воздействие прямого солнечного света или ультрафиолета может привести к деградации светочувствительного слоя.
• Электрический пробой. Возникает при неисправностях в цепи заряда или при скачках напряжения.

Признаки износа фотобарабана: появление на отпечатках повторяющихся полос, точек, пятен, фонового тонера, а также снижение контрастности и чёткости изображения. В большинстве случаев замена фотобарабана решает проблему.

Утилизация

Фотобарабаны, особенно содержащие селен, относятся к категории опасных отходов. В России и других странах действуют правила по сбору и переработке отработанных картриджей и фотобарабанов. Организации, занимающиеся обслуживанием оргтехники, обязаны заключать договоры с лицензированными компаниями на утилизацию. В бытовых условиях использованные картриджи с фотобарабанами рекомендуется сдавать в специализированные пункты приёма.

Источники

1. ГОСТ Р 50940-96 «Средства копирования и оперативного размножения документов. Термины и определения».
2. «Лазерные принтеры. Устройство и ремонт». — М.: ДМК Пресс, 2005.
3. «Основы цифровой печати». — СПб.: БХВ-Петербург, 2010.
4. Техническая документация производителей принтеров (HP, Canon, Brother, Kyocera).