Светодиодный принтер

Светодиодный принтер (англ. Light emitting diode printer, LED printer) — один из видов принтеров, являющий собой ветвь развития технологии лазерной печати. Как и лазерный, светодиодный принтер предназначен для переноса текстового или графического изображения с цифрового носителя на бумагу. Скорость светодиодных аппаратов примерно равна скорости лазерных, но у этих двух технологий есть и принципиальные различия.

Принцип работы

Принципиальное отличие светодиодного принтера от лазерного заключается в механизме освещения светочувствительного вала. В случае лазерной технологии это делается одним источником света (лазером), который с помощью сканирующей системы призм и зеркал пробегает по всей поверхности вала. В светодиодных же принтерах вместо лазера используется светодиодная линейка, расположенная вдоль всей поверхности вала. Количество светодиодов в линейке составляет от 2,5 до 10 тыс. штук, в зависимости от разрешения принтера.

Принцип работы светодиодных принтеров во многом схож с принципом работы лазерных. Работа принтера основана на принципе сухого электростатического переноса — источник света освещает поверхность светочувствительного вала (фотобарабана), воздействие света вызывает изменение заряда в освещённых частях фотобарабана, за счёт чего к ним притягивается порошкообразный тонер в количестве, зависящим от остаточного заряда на поверхности фотобарабана. Методы переноса тонера на барабан, на бумагу, и закрепления его в печке идентичны аналогичным методам, применяющимся в лазерной печати — вал прокатывается по бумаге, перенося на неё тонер, после чего бумага передаётся в устройство термического закрепления (печку), где за счёт высокой температуры и давления тонер закрепляется на бумаге.

История. Распространённые заблуждения

Светодиодная технология печати была изобретена фирмой Casio. Первый светодиодный принтер был выпущен в продажу компанией OKI в 1987 году, а в 1998 году той же компанией был выпущен первый цветной светодиодный принтер.

В Россию светодиодные принтеры пришли в 1996 году, когда OKI открыло представительство в Москве. В том же году OKI начинает продажи в России своего самого ходового принтера, OkiPage 4W, и представители OKI в России совершают свою крупнейшую ошибку, последствия которой до сих пор ощущаются на рынке светодиодной печати — принтер, разработанный японскими специалистами OKI для домашнего использования, в России, переживающей трудные времена, позиционируется как самый дешёвый принтер для офиса.

И, поскольку OkiPage 4W стоил значительно дешевле своих лазерных аналогов, его массово начинают раскупать в офисы малого, среднего, а порой и крупного бизнеса, где недорогой принтер, рассчитанный на домашние объёмы печати, быстро выходит из строя, не справляясь с офисными потребностями — максимально допустимый объём печати на OkiPage 4W - 2500 листов в месяц.

В принтере предполагалось использовать новую по тем временам разработку OKI — тонер с шаровидными частицами, однако в России из-за дороговизны «штатных» расходных материалов картриджи перезаправляли, существенно снижая качество печати.

Все эти ошибки в позиционировании и эксплуатации привели к тому, что в России отношение к светодиодным принтерам в большей степени негативное. Часто можно услышать, что эти принтеры^[1]:

ненадёжны (так считают люди, в офисе которых в своё время побывал OkiPage 4W), в то время как современные светодиодные принтеры дают максимальную в своём классе нагрузку;
дают гораздо худшее качество печати, чем лазерные, хотя на самом деле, при использовании оригинальных расходных материалов светодиодные принтеры даже превосходят лазерные по чёткости печати (см. раздел преимущества светодиодной технологии). В то же время использование оригинальных расходных материалов значительно увеличивает стоимость отпечатка;
дороги в эксплуатации.

В 1999 году свои светодиодные принтеры в Россию начинают продавать Panasonic и Kyocera, однако OKI продолжает оставаться крупнейшим производителем LED-принтеров, и именно их принтеры вспоминаются в первую очередь при упоминании светодиодной технологии. С конца 2012 года среди недорогих моделей актуальной была серия цветных принтеров OKI C300 и МФУ MC300.

Преимущества светодиодной технологии

Светодиодная технология имеет следующие преимущества^[2] в сравнении с лазерной:

светодиодная линейка значительно компактнее сканирующей системы лазерных принтеров, что сказывается и на размерах самих принтеров. Цветные светодиодные принтеры почти в два раза меньше своих лазерных аналогов, для монохромных же моделей разница в размере заметна, но не столь ярко выражена;
в силу отсутствия в механизме формирования изображения подвижных частей, механическая часть теоретически проще и надёжнее. Однако стоит учитывать, что ресурс современных лазерных принтеров среднего и старшего классов составляет от одного до десяти и более миллионов страниц, при том, что блок лазера с блоком развёртки выходит из строя реже всего;
каждый светодиод в линейке даёт световое пятно одинаковой формы — в лазерных принтерах используются дополнительные линзы, корректирующие изменение геометрии светового пятна на краях фотобарабана. На практике разница незаметна;
данные на светодиодную линейку могут подаваться параллельно — электромагнитное излучение от включения большого количества элементов будет близко к шумовому и значительно сложнее осуществлять перехват данных с помощью радиосканера. Однако на практике к светодиодной линейке подходит шина с небольшим количеством проводников — данные к линейке подаются последовательно, что упрощает задачу перехвата.

Типичной иллюстрацией преимуществ светодиодной технологии можно считать решение компании Xerox, которая в течение нескольких лет под своей торговой маркой продавала OEM-версии светодиодных принтеров OKI, перейти к разработке и внедрению собственной светодиодной технологии. Это привело к выпуску на рынок в 2009 году цветного светодиодного принтера формата A3 модели Xerox Phaser 7500, полностью разработанному фирмой Fuji-Xerox и использующему светодиодную технологию HiQ LED, реализованной совместно с компанией Nippon Electric Glass. С тех пор все цветные офисные принтеры формата A3 компании Xerox являются светодиодными, включая модели Versalink C7000/C8000/C9000, объявленные в начале 2019г.

Недостатки светодиодной технологии

Для современной микроэлектроники характерен существенный разброс параметров — производители заявляют ±12—15 %, реальный же разброс в партии достигает ±30 %^[3]^[4]. При разрешении 600 dpi и ширине зоны печати до 216 мм (производители принтеров учитывают не только формат А4, но и американский Letter — 8,5 дюймов) светодиодная линейка должна состоять из примерно 5000 светодиодов — и для каждого из них невозможно предусмотреть систему компенсации отклонения яркости свечения — в результате неравномерность свечения отдельных светодиодов приводит к полосам вдоль хода движения бумаги с повышенной и пониженной насыщенностью печати. В отличие от светодиодных, для лазерных принтеров необходимо корректировать параметры только одного источника — лазерного светодиода; при этом можно проводить прямое измерение яркости луча непосредственно во время печати путём установки фотодатчика на пути сканирования луча вне рабочей зоны. Кроме того, в лазерном принтере можно ввести компенсацию отклонения яркости луча изменением электрических параметров — например, напряжением заряда фотобарабана.
Для повышения качества изображения (сглаживания контуров) в ксерографической печати используют изменение размера (или насыщенности) элементарных точек и сдвиг на половину диаметра точки. Изменение размера или насыщенности доступно и для светодиодной, и для лазерной технологии. Сдвиг для светодиодных моделей невозможен (светодиоды жёстко фиксированы), в то время как для лазерной технологии это легко реализуется сдвигом времени включения лазера.
Из-за миниатюрных размеров ограничены возможности фокусировки света от отдельных диодов линейки. Применение лазерной технологии позволяет использовать длиннофокусную схему — луч на достаточно большой длине имеет малую площадь сечения, при этом гораздо ниже требования по точности установки и юстировки оптики.
Максимальная производительность представленных на рынке устройств со светодиодной технологией составляет до 50 страниц в минуту; лазерные устройства демонстрируют скорость 110—135 страниц в минуту и больше.

Типичной иллюстрацией недостатков светодиодной технологии может служить решение компании Киосера-Мита (Kyocera-Mita): в моделях цветных принтеров FS-C5015/FS-C5025/FS-C5030 использовались светодиодные линейки; в последующих поколениях производитель отказался от них в пользу лазерных блоков (модели FS-C5100/FS-C5200/FS-C5300/FS-C5400, и затем FS-C5150/FS-C5250/FS-C5350). При этом габариты принтеров практически не изменились.

Сферический тонер с двойной структурой

Сферический тонер с двойной структурой применяется и в лазерной печати, однако разработан он был компанией OKI для своих светодиодных принтеров. В настоящий момент сферический тонер производит большинство компаний, поставляющих лазерные принтеры.

Сферический тонер, как явствует из названия, представляет собой микроскопические шарики примерно равного размера, в результате чего при переносе изображения на бумагу сферический тонер позволяет получить более чёткую точку, нежели молотый тонер.

Тонер с двойной структурой состоит из твёрдой оболочки и более мягкого легкоплавкого ядра. В печке сначала плавится ядро, и к моменту, когда расплавится более плотная оболочка, ядро тонера уже представляет собой жидкость, которая, попадая на бумагу, глубоко проникает в её структуру.

Из-за такой сложной структуры сферический тонер значительно дороже обычного молотого, который применяется в лазерных принтерах.

Начиная с 2010 года, вместе с запуском компанией OKI принтеров моделей B411/B431, было прекращено использование сферического капсулированного тонера и вместо него стал использоваться обычный молотый однокомпонентный тонер, обладающий такими же свойствами, как и тонеры, используемые в лазерных и светодиодных принтерах других производителей. При этом необходимо уточнить, что сферический капсулированный тонер использовался лишь в самой первой модели цветного светодиодного принтера OKI, выпущенной в 1998г - принтере OKIPAGE 8c. Все последующие модели цветных принтеров и МФУ компании OKI не использовали сферический тонер. Вместо этого применялся и продолжает применяться молотый полимерный тонер с повышенным содержанием воска, что даёт возможность получать изображения с глянцевым блеском на обычной бумаге, а также не использовать в цветных принтерах масляный ролик в печке.

Сферический тонер не является необходимым элементом светодиодной технологии, а лишь использовался в некоторых моделей распространённых монохромных принтеров, производимых компаниями OKI и Brother.

Цветные светодиодные принтеры

Файл цветного изображения (в формате jpg, bmp, pdf и т. д.) передаётся на принтер, где растровый процессор принтера раскладывает изображения на 4 базовых цвета: cyan, yellow, magenta и black, либо данный процесс обеспечивается драйвером принтера.

Дальнейший процесс сходен с процессом печати монохромного изображения, с той лишь разницей, что каждый из четырёх фотобарабанов наносит на бумагу свой цвет. Большинство светодиодных принтеров делает это за один проход бумаги. В результате, после смешения цветов на бумаге и термического закрепления тонера в печке, мы имеем цветное изображение.

Все недостатки и преимущества светодиодной печати перед лазерной актуальны и для цветных принтеров. Сравнимая надёжность, качество, и себестоимость при сопоставимых размерах принтеров.^[5]

Скорость печати и допустимая нагрузка

Скорость печати от применения светодиодной линейки или лазера не зависит, а определяется скоростью работы механизма. Самый производительный из имеющихся на рынке на октябрь 2019 года светодиодных принтеров, OKI Pro9431, способен выдавать в минуту 50 цветных или монохромных страниц формата А4. Предельно допустимая нагрузка на него составляет 300 000 страниц в месяц^[6], что сравнимо с лазерными принтерами аналогичного уровня.