Laserprinter

Ülevaade

Laserprinteri tööpõhimõte on järgmine: laserkiir moodustab elektriliselt laetud pöörlevale trumlile prinditava materjali kujutise. Seejärel eemaldatakse fotojuhtivuse mõjul laeng kohtadelt, mis jäävad valguse kätte. Trumli laetud osad korjavad seejärel endale elektrostaatikaga kuiva tindi ehk tooneri osakesed, mille trummel põletab seejärel lehele kuumuse ja otsese kontakti abil (millega on seletatav väljatulevate lehtede kõrgem temperatuur).
Laserprinterite printimiskiirus sõltub vägagi mudelist ja ka tehtava töö intensiivsusest. Kiiremaid kodukasutajatele mõeldud printereid suudavad printida 200 mustvalget lehekülge minutis (12 000 lehekülge tunnis), värviliste laserprinterite kiirused ulatuvad natuke üle 100 lehekülje minutis (6000 lehekülge tunnis). Suured tööstuslikud printerid on aga mitu korda kiiremad. Kõige kiirem printer on Infoprint 4100 – tööstuslik printer, mis mõeldud raamatute, trükiste ja muude väljaannete jaoks. Infoprint 4100 suudab printida kiirusega 1440 lehekülge minutis.
Printimise kvaliteeti ja täpsust mõõdetakse punktide järgi, mida printer suudab printida ühe tolli (2,54 cm) pikkusele joonele. Mõõtühikuks on DPI (dots per inch). Kui nõelprinterid suudavad printida teravusega 72–320 DPI ja tindiprinterid enamasti 300–600 DPI, siis laserprinterite teravus võib olla 300–2400 DPI.
Laserprinterid prindivad enamasti A4-paberile, kuid on ka printereid, mis mõeldud A3- ja suurema formaadi jaoks.
Järjest tavalisemaks on muutunud ka printerid, mis suudavad printida mõlemale lehepoolele korraga, vähendades sellega paberikulu. Kuigi kahepoolne printimine on aeglasem, tekib ajavõit tänu sellele, et aega ei kulu lehe väljavõtmiseks, ümberpööramiseks ja uuesti printimiseks, mida peaks tegema ühepoolse printeriga. Ühepoolse printimisega lehe mõlemale poolele printides võib paber kergemini laserprinterisse kinni jääda.
Laserprinterid on teise tööpõhimõttega kui tindi- ja nõelprinterid, mis lihtsalt võtavad kõik sissetulevad andmed ja prindivad need kohe. Protsess on aeglane ja võib tekkida pause, kui printer ootab andmete laekumist. Laserprinterid ei tööta sellel põhimõttel, sest printer ei suudaks protsessi peatada sellise kiirusega, mis ei tekitaks väljasprinditavatel lehtedel suuri vahesid või vigu tekstis.

Kserograafia

Laserprinteri tööpõhimõtet on mõttekas kirjeldada enamasti seitsmeosalise protsessina.

Rasterkujutise andmete kättesaamine

Esimese sammuna saadab arvuti printerile andmed, aga mitte täiesti ülepeakaela; kõigepealt uurib arvuti, kas printer on ikka ühendatud ja valmis tööks. Prinditava kujutise loomiseks läheb vaja rasterkujutise protsessorit (RIP – Raster Image Processor), mis enamasti on ehitatud laserprintertisse. Kui prinditav tekst on sellise fondiga, mida printeri endal olemas pole (nt TrueType fondid), siis saadetakse need printerisse ja salvestatakse mällu.
Korralik laserprinter vajab mälu vähemalt 1 MB. Selline mälumaht suudab salvestada mustvalge A4-lehe täpsusega 300 dpi. Punktitiheduse suurenemisega kasvab mälumaht ruutfunktsiooni järgi, seega 600 dpi nõuab umbes 4 MB mälu. Värviprinterites salvestatakse iga eri värvi tooneri kujutised eraldi ja töödeldakse korraga, seega vajab 300 dpi laserprinter umbkaudu 4 MB mälu ja 600 dpi 16 MB.

Laadimine

Kõigepealt on vaja trummel puhastada eelmistest töödest ülejäänud jääkidest. Kõigepealt pühib kummist tera ülejäänud tooneri trumlilt ja seejärel kas kustutuslampide (vanemate mudelite) või trumli laengu abil (uuematel mudelitel) puhastavad selle elektrostaatiliselt, neutraliseerides kõik varem sinna jäänud elektrilaengud.
Pärast puhastamist valmistab printer trumli ette järgmise pildi saamiseks, andes trumli pinnale negatiivse laengu (−600 V). Vanemates mudelites tegi seda koroonajuhe, uuemates aga laetud trummel.

Paljastamine

Printeri mälus olevad andmed kirjutatakse trumli pinnale laseriga, milleks aga ei kasutata ei toonerit ega tinti. Trumli peale suunatakse erksa valgusega laser, mis muudab trumli teatud kohtades elektrilaengut. Mälus olev rasterkujus lülitab laserit sisse-välja, kuni see liigub mööda trumlit. Kohtades, kuhu hiljem läheb tooner, neutraliseeritakse laeng umbes −100 V peale.

Ilmutamine

Tooneri osakestele antakse negatiivne laeng ja elektrostaatiliselt tõmbuvad nad fotoretseptorit laseriga puutuvate osade juurde. Kuna samalaengulised ioonid üksteist tõrjuvad, siis negatiivse laenguga tooner ei puuduta trumlit kohas, kus eelnevast oli jäänud negatiivne laeng.

Ülekandmine

Paber söödetakse printerisse kummist sööterullikute abil. Hoiderullikud hoiavad paberit kinni just õige lahtilaske hetkeni, olles kindlad, et paberi ülemine ots söödetakse sisse just sel hetkel, mil trumlil oleva pilt neist möödub. Fotoretseptor surutakse või rullitakse üle paberi, mis kannabki pildi või teksti paberile. Kõrgema hinnaklassi printerid kasutavad positiivselt laetud kandetrumlit paberi tagaküljel, mis tõmbab tooneri fotoretseptorilt paberile.

Sulatamine

Tooner on praeguse seisuga paberi peal (aga ta pole seal sugugi kindlalt), seal on ainult lahtine tooner, mida hoiab paigal gravitatsioon ja nõrk elektrostaatiline väli. Paber liigub trumlite vahelt läbi, kus kuni 200-kraadise temperatuuri ja surve all sulatatakse pulber paberile.
Üks trummel on enamasti seest tühi (kuumustrummel), teine aga on kummist survetrummel.
Kuumustrumli keskel on kiirgav soojuslamp, mis oma infrapunaenergiaga soojendab ühtlaselt trumlit. Ühtlane soojus on vajalik, et tooner õigesti paberile kantaks.
Mõned printerid kasutavad väga õhukesest paindlikust metallist trumlit, millel on vähem soojendatavat massi. Trummel jõuab seega kiiremini töötamistemperatuurini. Kui paber liigub trumlite vahel aeglasemalt, on tooneri sulatamiseks kauem aega ja printer võib töötada madalamal temperatuuril. Väiksed odavad laseprinterid kasutavad enamasti sellist energiasäästlikku tehnoloogiat.

Puhastamine

Kui printimine on lõpetatud, siis neutraalse laenguga pehme plastmassist tera puhastab fotoretseptori kõigest ülejäänud toonerist, mis viiakse jääktooneri mahutisse. Elektrilahenduslamp eemaldab lõpuks fotoretseptorist ülejäänud laengud.
Teatud juhtudel, näiteks paberi kinnijäämise tõttu, võib fotoretseptorile jääda toonerit. Toonerit oldi valmis paberile kandma, aga protsess katkestati enne selle tegemist. Et järgmistele lehtedele ei tekiks plekke, tuleks tooner ära pühkida.

Ajalugu

Laserprinteri leiutas Xeroxis 1969. aastal ameerika insener ja leiutaja Gary Starkweather. Esimene prototüüp, mis valmis samal aastal, ehitati modifitseerides Xeroxi enda kserograafilist koopiamasinat. Riistvara valmistamiseks kulus ainult nädal või kaks, aga arvuti kasutajaliidese ja tarkvara valmistamiseks kulus umbes 3 kuud. Starkweather leidis, et kuigi laserid olid tollal kallid, siis nende hinnad peaksid langema aja möödudes ja laserprinteritel on turustamisvõimalus; idee, millele Xeroxi juhatuse liikmeid ägedalt vastu vaidlesid. Ajalugu jäi Starkweatheri poolele ja muutis Xeroxi väiksest koopiafirmast üheks maailma suurimaks.
Alles 1970. aastal, kui Starkweather liitus Xeroxi uue Palo Alto Teaduskeskusega Californias, sai ta oma projektiga töötamiseks vabad käed. 1971. aastal valmiski esimene töötav laserprinter, mille ta nimetas SLOT-iks (Scanned Laser Output Terminal).
Esimene müügiks mõeldud laserprinter oli IBM 3800, mis tuli välja 1975. aastal. Kasutusalaks oli mahukate dokumentide, näiteks aadressikleebiste ja arvete printimine. See peaaegu toasuurune masin oli üsnagi primitiivne versioon tänapäeval kasutuses olevatest printeritest. Vaatamata oma suurusele, on praegugi paljud 3800 kasutusel. 9700, Xeroxi esimene laserprinter lasti välja 1977. aastal. 1981. aastal lasi Xerox välja ka koos Xerox Star 8010 tööjaamaga esimese laserprinteri, mis oli mõeldud kontorite jaoks. Stari puuduseks oli suur hind (17 000 USD). 
Masstootmisse läksid laserprinterid alles koos personaalarvutite populaarsuse kasvuga. Esimene selline oli 1984. aasta HP Laserjet 8ppm, millele konkurendid vastasid õige pea oma toodetega.
Värvilaserprinteritest oli koduarvutile esimene QMS-i ColorScript Laser 1000, mis tuli välja 1993. aastal hinnaga 12 499 USD. Laserprinterid tõid kodukasutajatele ja äridele kätte esmakordselt võimaluse printida teksti sobiva fondiga, kiiresti ja kvaliteetselt.
Nagu on tavaline kõikide elektrooniseadmete puhul, on ka laserprinterite hinnad kukkunud aja jooksul märgatavalt. 1984. aastal maksis USA-s HP LaserJet 2995 dollarit, praegu saab odavaima printeri vähem kui 1000 krooni eest. Sellistel printeritel tihti puuduvad enda pilditöötlusvahendid ja nad vajavad arvutit tootmaks neile rasterkujutust; sellegipoolest on need LaserJetist peaaegu igas olukorras efektiivsemad.

Värvilaserprinterid

Värvilaserprinterites kasutatakse nelja värvi toonerit: tsüaan (cyan), magenta, kollane (yellow) ja must. Nende värvide esitähtede järgi, kus must on võtmevärv (K – key black), nimetatakse seda CMYK-värvimudeliks.
Värvilaserprinterite tööpõhimõte ei erine oluliselt monokroomsete laserprinterite omast. Laserkiirega moodustatakse valgustundliku kihiga kaetud trumli pinnale igale osavärvile vastav kujutis (CMYK-mudel). Trumli pinnale kujunenud elektrilaeng kogub pulbrilise värvaine (tooneri) kujutise reljeefile vastavatesse kohtadesse ja moodustunud kujutis siirdatakse edasi erilise rihma või trumli pinnale. Kui kõik osavärvid on üle kantud, toimub prinditava kujutise ülekanne paberile ja selle fikseerimine kuumutamise teel samal viisil, kui monokroomprinterites. Kõikides värvilaserprinterites saab kasutada tavalist paberit, kuigi eelistatum on värvipaljundusmasinate jaoks valmistatud spetsiaalne läikpaber. Enamik neist võimaldab printida ka paberi mõlemale poolele.

Laserprinteri hooldus

Enamik laserprintereid kasutab toonerikassette, mis ühendavad fotoretseptori, jääktooneri mahutit, trumlipuhastusribasid ja tooneri salve. Kui tooneri varu saab otsa, siis toonerikassetti väljavahetamisega asendatakse ka kõik ülalnimetatud.
Mitmetel laserprinteritel on olemas ekraan, kus näidatakse lehtede arvu, mis on prinditud pärast viimast tooneritäitmist. Teistel neid pole ja kasutaja peab ise aru saama, kui tooner vajab täitmist, ohumärkideks on probleemid paberi printerile sissesöötmisel või tekstikvaliteedi halvenemine (väljaprinditav materjal on heledama tooniga). Enamus tootjaid annavad juppidele eeldatavaid eluaegu. Eluaja all ei mõelda mitte aega, vaid prinditavate lehekülgede arvu.
Paberi vastuvõtu ja söötmisega seotud hoolduses on kõige tavalisem imeda tolmuimejaga ära kõik tolm ja kas puhastada, taastada või välja vahetada kummist rullikuid, mis on seotud paberi liikumisega. Enamus neist kulub pikaaegse kasutamise käigus ja kattub paberitolmuga. Soovitatav oleks tolm ära pühkida niiske puuvillavaba riidega. Teatud kemikaalid samuti taastavad rulliku haardumise.
Äriklassi laserprinteritel on enamasti juppidele, eriti toonerikassettidele, garanteeritud pikem eluaeg kui kodukasutajatele mõeldud printeritel. Tihti peab arvestama faktiga, et odavaimad laserprinterid vajavad tihedamat hooldust, mis loomulikult viib nende jooksvad kulud suuremaks kui mõnel kallima hinnaklassi mudelil. Värvilaserprinterid samas vajavad rohkem hooldust kui mustvalged laserprinterid, kuna neil on rohkem pilditehnikaks mõeldud osi.
Mõned firmad pakuvad ennetavaid hoolduskomplekte, mis on spetsiifilised mingile kindlale printerimudelile. Sellised komplektid sisaldavad enamasti kuumutit ja erinevaid trumleid.

Võltsimisvastased märgid

Paljud värvilaserprinterid prindivad märgistamise eesmärgil lehele imetillukesi (umbes 0,1 mm läbimõõduga) kollaseid rastertäppe. Punktidesse on peidetud andmed printimise kuupäeva ja kellaaja kohta, samuti ka printeri seerianumber. See aitab iga printeripaberi jälitada tagasi toojani, et leida seejärel müügikoht ja loodetavasti ka ostja. Paljud digitaalõiguste kaitse organisatsioonid peavad seda jämedaks privaatsuse ja anonüümsuse rikkumiseks.

Elektrilöök

Kuigi tänapäeva printerid on täis turvablokeeringuid ja kaitseskeeme, siis ikkagi võib printeri juhtemetele, trumlile või metallist kontaktidele tekkida kõrgepinge või jääkpinge. Vältida tuleks üleliigset kontakti nende osadega, et vältida valusa elektrilöögi võimalust.

Tooneri puhastamine

Tooneriosakesed on elektrostaatiliste omadustega ja neil võivad tekkida staatilise elektri laengud, kui neid hõõrutakse vastu teisi osakesi, esemeid või tolmuimeja vooliku sisemust. Seega ei tohiks toonerit imeda tavalise tolmuimega. Staatilise laengu vabastamine laetud tooneriosakeselt võib süüdata tolmu tolmuimejas. Kui õhus on piisavalt tooneri osakesi, võib tekkida ka väike plahvatus. See võib alustada tulekahju ja/või tõsiselt kahjustada tolmuimejat. Isegi seda ohtu mitte arvestades pole mõttekas kasutada tavalist tolmuimejat, sest tooneriosakesed on nii väiksed, et tolmuimeja ei filtreeri neid korralikult ära. Seega lendavad osakesed lihtsalt läbi mootori või otse tuppa tagasi. Tooner võib hakata kuumutamisel ka sulama.
Kui toonerileke on väike, võib selle ära pühkida külma ja märja lapiga. Suurema lekke puhul või juhul, kui tooner lekib otse laserprinterisse, on mõttekas kasutada erilisi tolmuimejaid, mille voolik juhib hästi elektrit ja kasutab kõrgetasemelist e HEPA (high efficiency particulate air) filtrit. Neid nimetataksegi ESD-standarditele (Electrostatic Discharge-safe) vastavateks tolmuimejateks.
Toonerit ei tasuks katsuda palja käega, vaid kasutada tuleks kaitsekindaid. Kindlasti ei tohi tooneril lasta sattuda suhu, sest sellega võivad keelele tekkida väiksed muhud. Võib esineda ka silmade tundlikkust, peavalu ja nahaärritust.
Toonerit on lihtne eemaldada pestava riide pealt. Meeles peab pidama, et kuna tooner on vaha või plastpulber, millel on madal sulamistemperatuur, siis peab kasutama pesemiseks külma vett. Isegi leige vesi võib kaasa tuua tooneri sulamise, mis omakorda võib riide pöördumatult rikkuda. Soovitatav on riiet enne pesumasinasse panekut leotada. Kasutada tohiks ainult õrnatoimelisi puhastusvahendeid. Pärast pesu ei tohiks riiet triikida ega kuivatada päikese käes, vaid lasta sel kuivada kusagil varjus.

Hingamisteede tervis

Tooneritolm võib sattuda õhku mitmel moel ja üldjuhul ei oma mitte mingisugust tõsisemat terviseriski. Loomulikult nagu iga tolmuga, peab meeles pidama, et piisavas koguses tooneritolmu sissehingamist võib kaasa tuua aevastamis- ja köhimishoogusid. Samas inimesed, kelle hingamisteed on nõrgema vastupanuvõimega (näiteks astma, bronhiidi või muude haiguste tõttu), ei tohiks ise toonerikassette vahetada.

Osoon

Printimisprotsessis võib printeris tekkida kõrgepingelaengute mõjul koroonalahendused, millest omakorda tekivad väiksed ioniseeritud hapniku ja lämmastiku osakesed. Omavahel reageerides tekitavad need osooni või lämmastikoksiide. Suuremates printerites ja paljundusmasinates on olemas erilised süsinikufiltrid, mis lagundavad neid oksiide, vältimaks õhusaastet kontorites. Väiksematel laserprinteritel aga see filter puudub. Ainult juhtudel, kus selliseid printereid kasutatakse pikema aja jooksul pidevalt kehva ventilatsiooniga ruumis, on terviseriskivõimalus. Osooniga kokkupuutel võib tekkida ärritus ja halvimal juhul otsene kahju hingamisteedele ja silmadele.