מדפסת לייזר

מדפסת לייזר היא מדפסת בה אחד השלבים המרכזיים בפעולת ההדפסה מבוסס על שימוש בקרן לייזר. הומצאה בידי גרי סטארקוות'ר במרכז המחקר זירוקס פארק. אופן פעולת מדפסת הלייזר דומה מאוד לאופן פעולתה של מכונת צילום, היות ששתיהן מבוססות על טכנולוגיית הזירוגרפיה.

היסטוריה

מדפסת הלייזר הומצאה על ידי החוקר גרי סטארקוות'ר בזירוקס פארק בשנת 1969. אב הטיפוס נעשה על ידי התאמה של מכונת צילום קיימת. סטארקוות'ר החליף את מערכת ההדמיה במתומן מסתובב שצלעותיו עשויות מראות, ולייזר שאלומתו כוונה אל המתומן. עקב סיבוב המתומן, הקרן המוחזרת סורקת את התוף של מכונת הצילום, וכשהקרן מגיעה לקצה הסריקה סיבוב המתומן מביא את הצלע הבאה לתוך האלומה והקרן המוחזרת "קופצת" חזרה לקצה השני. תכנון בסיסי זה עומד בבסיס מדפסות הלייזר עד ימינו. בניית מערכת החומרה נגמרה תוך כשבוע, אך בניית ממשק המחשב וכתיבת התכנה כדי להפעיל את החמרה ארכה כשלושה חדשים נוספים.

היישום הראשון המסחרי של מדפסת הלייזר, היה מדפסת י.ב.מ. מודל 3800 בשנת 1976. דגם משרדי זה היה בשימוש בעיקר להדפסת חשבוניות ותויות דיוור, ונחשב לפרמיטיבי ומגושם. 
בשנת 1981 הוציאה חברת זירוקס מדפסת אישית "זרוקס סטאר 8010", אף שדגם זה היה חדשני, מחירו הגבוה (17,000 דולר) מנע ממנו תפוצה רחבה, והוא נרכש על ידי מספר קטן של עסקים ומוסדות בלבד. עם הגידול בתפוצת המחשב האישי, נוצר בשוק מקום למדפסת לייזר זולה יותר. הדגם הראשון שזכה לתפוצה רחבה היה HP LaserJet בשנת 1984 של חברת היולט פקארד. מדפסת זו הייתה מבוססת על מנוע של חברת קנון ותוכנה של היולט פקארד. בעקבותיה הופיעו במהירות דגמים של חברות ברדר וי.ב.מ.

מחירה של מדפסת הלייזר יורד באופן ניכר משנה לשנה. בשנת 1984 מדפסת HP LaserJet נמכרה בסכום של 3,500 דולר, פעולתה לא הייתה חלקה, ושקלה כ-35 ק"ג. ב-2008 נמכרו בארצות הברית מדפסות לייזר בסיסיות במחיר של 75 דולר, ובסוף 2009 נמכרו בישראל מדפסות לייזר ביתיות במחיר של כ-400 שקלים. מדפסת לייזר צבעונית ניתן לקנות בפחות מ-1000 שקלים.

אופן פעולה

הדמות המיועדת להדפסה מועברת לזיכרון המדפסת, מעובדת ומותמרת לרצף של נקודות (פיקסלים) ברזולוציה שבין כמה מאות לכמה אלפי נקודות לכל אינץ', כאשר לכל נקודה נקבע בנפרד האם היא מיועדת להשחרה על גבי הנייר או שעליה להישאר לבנה, בהתאם לדמות המקור. שלב זה נקרא Raster Image Processing) RIP).
המדפסת כוללת מקור לייזר ומראה מסתובבת (ממש כמו בדגם האבטיפוס). בעזרת סיבוב המראה סורקת קרן הלייזר תוף (גליל) מסתובב המצופה חומר פוטו-מוליך. קרן הלייזר ממותגת עבור כל נקודה ונקודה נסרקת, כך שהיא מוארת או מוחשכת עבור כל נקודה על גבי התוף בהתאם לנקודת דמות המקור שהיא מייצגת. פעולה זו גורמת לכך שכל נקודה על פני התוף נשארת טעונה במטען המקורי (שחור) או שהמטען נפרק ממנה על ידי ההארה (נקודה כזו תישאר לבנה, או נכון יותר, בצבע הנייר).
כתוצאה מפעולת הלייזר על הציפוי הפוטו-מוליך נוצרת על גבי התוף תמונה של המידע שנשלח להדפסה - נקודות על התוף המייצגות פיקסלים כתובים ("שחור") נשארות טעונות, ובשאר הנקודות המטען נפרק.
התוף משיק למערכת טונר. טונר הוא אבקת חומר פלסטי הנמשך משיכה אלקטרוסטטית אל עצמים הטעונים חשמלית. תוך כדי סיבוב התוף נצמדים חלקיקי אבקת טונר אל הנקודות הטעונות שעליו, וכך נוצרת על התוף העתק אבקתי של דמות המקור.
נייר מוזן למערכת, ועובר בצמוד לתוף תוך כדי סיבובו. מהירותו הקווית של הדף המוזן שווה למהירות המשיקית של התוף הסובב. מתחת לתוף מתוח תיל מוליך המחובר למקור מתח גבוה של כמה מאות או אלפי וולטים. תיל זה נקרא "קורונה" (Corona). המתח הגבוה מפעיל משיכה אלקטרוסטטית חזקה על חלקיקי אבקת הטונר הצמודים לתוף, ואלה מתנתקים מן התוף ונצמדים בחזקה אל דף הנייר החוצץ בינם לבין ה"קורונה". על ידי כך מועבר ההעתק האבקתי של דמות המקור מן התוף אל הנייר.
בהמשך מסעו עובר הנייר ב"תנור", העשוי בדרך כלל משני גלילים ביניהם עובר הנייר. הגלילים צמודים זה לזה בלחץ, ואחד מהם מכיל גוף חימום או נורת הלוגן המביא אותו לחום של כמה מאות מעלות. החום והלחץ מתיכים את אבקת הטונר העשויה חומר פלסטי, ומקבעים את הדמות על הנייר. הדף יוצא מבין גלילי התנור אל מגש איסוף בו נערמים הדפים שהדפסתם נסתיימה. התנור הוא הגורם לכך שדפי המדפסת היוצאים חמים למגע.
קורונה נוספת הממוקמת בהמשך המסלול הסיבובי של התוף מטעינה אותו מחדש בצורה אחידה להמשך התהליך. 
כדי לפרוק מטעני חשמל סטטי לא רצויים שנשארו על הדף, מוצבות לאורך פתח היציאה של הדפים שורה של שערות מתכת דקות ברווח גדול יחסית. שערות אלו מחוברות לשלדת המתכת של המדפסת, שמחוברת בעצמה להארקה, ופורקות את המטען שנותר על הנייר. 
התהליך הוא בדרך כלל רציף וסימולטני, כלומר בה בעת שאזור אחד של הצילינדר נסרק באמצעות מערכת הלייזר, אזור אחר שנסרק קודם לכן צובר את אבקת הטונר בהתאם לדמות, ומאזור נוסף מועברת הדמות אל הנייר באמצעות הקורונה. במדפסות מודרניות מהירות בעוד מסתיים "קילוף" הדמות מן התוף עבור דף אחד, כבר מקובעת תחילתה של הדמות אל הנייר באמצעות התנור, וכבר סורקת קרן הלייזר אזור אחר של התוף עבור הדפסת הדף הבא.

לא בכל מדפסת לייזר קיים תוף צילינדרי קשיח. ישנן מדפסות בהן התוף עשוי רצועה סגורה של חומר גמיש המתוחה בין גלילי הסעה בצורה המזכירה מסוע.

הדפסת צבע מתבצעת על ידי חזרה על התהליך ארבע פעמים, תוך שימוש בארבעה טונרים שונים - אחד עבור כל צבע יסוד ואחד שחור. מדפסת לייזר צבעונית היא מסובכת יותר, בין השאר בגלל הדרישה שארבע הדמויות (הפרדות) יחפפו במדויק זו לזו. בכמה מן המדפסות משתמשים ברצועה או "שמיכה" (בלנקט), כלומר הטונר מההפרדות השונות נאסף על רצועה שהיא חלק מן המדפסת, ובסיום התהליך מועבר לנייר בפעולה אחת, בניגוד להעברה מן התוף ישירות לנייר (במקרה זה יש לחזור על ההעברה בנפרד עבור כל צבע, דבר המקשה על הדיוק וגם מגדיל את הסיכוי לתקיעת הנייר בשל העובדה שהוא עובר 4 פעמים דרך מנוע ההדפסה במקום פעם בודדת). דרך אחרת להגדלת הדיוק, היא שימוש בארבעה מנועי לייזר נפרדים עבור כל צבע (כלומר לייזר, מראה מסתובבת, תוף וטונר נפרדים לכל צבע), ובכך כל תהליך הדפסת הצבע מתרחש פעם בודדת, דבר שמגביר את מהירות ההדפסה בצבע.

בחלק מהמדפסות, את מקום קרן הלייזר והמראה המסתובבת, מחליף מערך של דיודות פולטות אור בתפקיד סריקת התוף ושינוי המטען החשמלי שלו. מדפסות אלו נקראות מדפסות LED .

במדפסות גדולות המשמשות בדפוס הדיגיטלי (במיוחד בדפוס הדיגיטלי בצבע), שלב 1 (שלב ה-Raster Image Processing) מתבצע בנפרד משאר שלבי ההדפסה, מחוץ למדפסת, בשרת ייעודי המתווך בין המחשבים ברשת המקומית לבין המדפסת. הסיבה לכך, היא הצורך בתחום זה לראות, לערוך ולהתאים כל אחת מרצועות הצבע באופן ידני באמצעות השרת, כמו גם להתאים, לערוך או לשנות את מרחב הצבע, על ידי שימוש בקבצים מיוחדים הנקראים פרופילי ICC (בניגוד למדפסת לייזר צבעונית משרדית או ביתית שבה התהליך הוא אוטומטי). הדבר נדרש, כדי להבטיח, שהצבע הסופי בהדפסה, ייראה בדיוק כפי שהלקוח הזמין.

יתרונות וחסרונות

יתרונותיה של מדפסת הלייזר
 מהירות הדפסה גבוהה יחסית למדפסות אחרות.
 רזולוציית הדפסה גבוהה, המתבטאת באיכות הדפסה גבוהה ביחס למדפסת סיכות.
 תחזוקה זולה (עלות טונר למספר דפים זול).
 אמינות גבוהה יחסית למדפסת הזרקת דיו.
 יכולת לעבוד עם מידע משתנה.
 יכולת לעבוד עם פרופילי צבע.

חסרונותיה של מדפסת הלייזר
 עלות ראשונית יקרה יחסית למדפסות הזרקת דיו.
 בחלק מהמדפסות המתנה שמגיעה לעיתים עד כמה עשרות שניות עד התחלת הדפסת דף ראשון (נובעת בעיקר מהצורך להביא את התנור לטמפרטורת עבודה).
 אין אחידות צבעים בהדפסה ממושכת.
איכות הדפסה נמוכה יותר ממדפסת הזרקת דיו (בולט במיוחד בהדפסת תמונות).

שיקולי עלות-תועלת

אף שמחירי מדפסות הלייזר יורד משנה לשנה, תפוצתן נמוכה יותר אצל המשתמש הביתי, בשל מחירן הגבוה יחסית למדפסת הזרקת דיו, ובגלל גודלן ומשקלן הרב יותר. ובמיוחד בפער שיש בין מדפסת לייזר צבעונית למדפסת הזרקת דיו צבעונית. זאת למרות שעלות הטונר לכל דף מודפס נמוכה יחסית לעלות הדיו לכל דף המודפס במדפסת הזרקת דיו. עלות התחזוקה הנמוכה של מדפסות הלייזר משתלמת למי שמבצע הדפסות רבות. רוב מדפסות הלייזר אינן בעלות יכולת הדפסה צבעונית, ואלו שכן מדפיסות בצבעים יקרות יחסית למדפסת הזרקת דיו צבעונית (פי שלושה וארבעה בשנת 2007).
בנוסף, במדפסת הזרקת דיו איכות ההדפסה תלויה באופן מכריע בסוג (ואיכות) הנייר, וכדי להגיע לאיכות הגבוהה ביותר יש צורך בשימוש בנייר מיוחד, בעוד שאיכות ההדפסה במדפסת הלייזר כמעט ואינה תלויה באיכות הנייר, ואפילו הנייר באיכות הגבוהה ביותר זול בהרבה מהנייר המיוחד שדורשת מדפסת הזרקת הצבע. יחד עם זאת יש לציין שאיכות הדפסת הצבע המרבית אליה ניתן להגיע במדפסת הזרקת דיו (תוך שימוש בנייר מיוחד, ובמקרים רבים הדפסה בשישה או שבעה צבעים במקום ארבעה) עולה על האיכות המרבית שמדפסת הלייזר מסוגלת לייצר.

דגמים
ישנם דגמים שונים של מדפסות לייזר, מהדגמים המשרדיים שמיועדים להדפסה של אלפי דפים בחודש ועד למדפסות ענק לשימוש במרכזי מחשבים או בתי דפוס, שמגיעות לתפוקה של אלפי דפי צבע בשעה. רבות מהמדפסות כיום מאפשרות הדפסה על שני צידי הדף בריצה אחת.

בשוק מדפסות הלייזר המשרדיות נפוצות מדפסות מתוצרת חברות HP, ברדר, לקסמרק, סמסונג, קנון, זירוקס ו-Oki.

בחלק מהמדפסות (למשל ב-HP) התוף והטונר מחוברים, כך שהחלפת טונר שמתכלה אחת ל-1,000-2,000 הדפסות, מצריכה גם החלפת התוף. בדגמים בהם ישנה הפרדה (למשל בברדר) החלפת טונר אינה מצריכה החלפת תוף והוא יוחלף בערך כל 10000 הדפסות. יש לציין כי עלות התוף יקרה יותר מטונר.

ראו גם
 מונחים בחומרה
 מדפסת תלת-ממד

קישורים חיצוניים

הערות שוליים

ערכים שבהם תבנית בריטניקה אינה מתאימה
לייזר
ארצות הברית: המצאות
מכשירים שהושקו ב-1976
יישומי לייזר