Come funzionano le stampanti laser

Non bisogna essere esperti di tecnologia per immaginare come funzionano le stampanti a getto d’inchiostro. Il nome parla da sé: l’inchiostro viene trasferito sulla carta per ottenere la stampa di testi, disegni o fotografie. La tecnologia di questi modelli è certamente impressionante: per ottenere un risultato preciso e dettagliato, le stampanti inkjet utilizzano centinaia, addirittura migliaia di piccoli puntini d’inchiostro che vanno a comporre l’immagine. E per quanto riguarda le stampanti laser? Il loro funzionamento è più difficile da immaginare: come si può stampare attraverso un sottile raggio di luce?

Questa fantastica tecnologia è stata inventata nel 1960 da Gary Starkweather, che lavorava per la Xerox Corporation, un’azienda nota per le fotocopiatrici. Gary ebbe un’intuizione: anziché esporre un’immagine ad un raggio di luce che ne realizzasse una copia, perché non utilizzare lo stesso laser per “disegnarla” da zero? La prima stampante laser è stata lanciata con successo nel 1973, ma ci sono voluti un paio di decenni prima che questi dispositivi diventassero abbastanza affidabili e compatti da entrare negli uffici e nelle case. Ad ogni modo, le prime stampanti laser funzionavano esattamente come quelle moderne, sfruttando l’elettricità statica.

Gli opposti si attraggono

Tra laser, fotocopiatrici ed elettricità statica non vi biasimiamo se non ci avete ancora capito nulla. Le stampanti laser sfruttano la stessa forza che provoca i fulmini o che permette ad un palloncino di restare attaccato al vostro maglione. Per usare una metafora romantica, l’elettricità statica è simile a quando ci si innamora: gli opposti si attraggono.

Per dirla in modo più scientifico, l’elettricità statica nasce da uno squilibrio delle cariche elettriche, ovvero quando all’interno di un materiale ci sono più cariche positive (protoni), che cariche negative (elettroni), o viceversa. Diversi fattori possono causare tale squilibrio, ma in questo articolo esamineremo solamente un aspetto dell’elettricità statica.

Per ripristinare l’equilibrio, le cariche opposte si attraggono. Ad esempio, dopo aver sfregato un palloncino contro un maglione di lana, il primo “ruberà” alcuni elettroni dal secondo e si aggrapperà al tessuto come per magia. In realtà non c’è nessun trucco: semplicemente, il palloncino si è caricato negativamente e il maglione positivamente.

Stampa laser: atto primo

Di certo non ci sono palloncini e maglioni all’interno di una stampante laser, ma vi sono molti elementi ai quali la stampante fornisce una carica positiva o negativa per preparare il processo di stampa. Se paragoniamo il processo di stampa ad uno spettacolo teatrale, il ruolo del protagonista non spetta al laser stesso, quanto piuttosto ad un tamburo a cilindro rotante rivestito di un materiale fotoconduttore verde. La superficie totale del tamburo è uguale a quella di un foglio di carta.

All’inizio del processo di stampa, il tamburo riceve una carica attraverso un filo Corona che lo attraversa oppure tramite un rullo di carica. A seconda del modello di stampante, la carica può essere positiva o negativa: il procedimento funziona in entrambi i modi. Per farla breve, supporremo che nella nostra stampante il tamburo riceva una carica positiva.

Scrivere con la luce

Vediamo ora il processo di stampa vero e proprio. Il laser “disegna” qualsiasi immagine da stampare sul tamburo, esponendo alcune parti di questo alla luce. Quando c’è un disegno, un carattere o una linea da stampare, il laser posiziona un piccolo punto nell’area corrispondente. Laddove ci sono spazi vuoti, il laser procede oltre. Dal momento che questa tecnologia è fotoconduttiva, le aree colpite dal laser perdono la loro carica: questa è quella che si chiama un’immagine elettrostatica.

Al contrario di ciò che potreste pensare, il laser non si muove, ma mira verso un sistema di specchi e lenti rotanti che deviano la luce sul tamburo. Immaginate una piccola, ma altamente sofisticata palla da discoteca che si accende ogni volta che avete bisogno di stampare qualcosa. Incredibile, vero? Se la vostra stampante laser ha una risoluzione di 600×600 dpi (punti per pollice), questi significa che un singolo foglio A4 potrà contenere 33 milioni di punti di colore, e ciascuno viene disegnato da questa palla da discoteca. Una bella festa, no?

Vi state chiedendo come fa la stampante a sapere cosa disegnare e dove? questo passaggio avviene grazie al controller, ovvero l’autore dello spettacolo, per restare nella metafora teatrale. Il controller è un vero e proprio computer e svolge diverse funzioni: comunica con la stampante a cui invia il lavoro, organizza i dati ricevuti, suddivide l’immagine in milioni di punti e memorizza tutte queste informazioni per procedere alla stampa. Potremmo scrivere pagine e pagine sui dettagli tecnici di quello che è il vero e proprio “cervello” della stampante, ma il ritmo dell’articolo ne risentirebbe. Lasciamo dunque un’aura di mistero e soggezione intorno al controller e torniamo al tamburo che viene colpito dal laser.

Nero su bianco

Per quanto incredibile sia il processo che porta all’immagine elettrostatica, questa da sola non basta, e dunque viene in nostro soccorso il toner. In una stampante laser il toner ha lo stesso ruolo dell’inchiostro in un modello inkjet. Ma al contrario dell’inchiostro, il toner è una polvere sottile, non un liquido. Ogni particella di toner ha due ingredienti principali: il pigmento di colore e la plastica. All’interno della cartuccia, le particelle vengono caricate positivamente. Quando la stampante stende sul tamburo un sottile ed uniforme strato di toner, le particelle si attaccano solo alle aree che sono state caricate precedentemente, ignorando il resto degli spazi. Questi ultimi, infatti, hanno una carica positiva, proprio come le particelle stesse. Nella stampa laser, proprio come in amore, solo gli opposti si attraggono.

Detto questo, le particelle del toner non sono molto fedeli. Nel passaggio successivo, la stampante prende un foglio di carta e lo carica negativamente, facendolo passare lungo il tamburo. A questo punto, le particelle del toner si fissano su foglio, che ha una carica elettrostatica più forte dell’immagine sul tamburo. Grazie al tradimento del toner, l’obiettivo è raggiunto e il vostro contenuto arriva finalmente sulla carta. Il foglio si muove con precisione mentre il tamburo ruota, di modo che la stampa venga riprodotta fedelmente e senza distorsioni.

…E vissero per sempre felici e contenti

Per evitare che il tradimento del toner si ripeta, è presente un fusore. All’interno della compagnia, il fusore è l’antagonista ruvido e un po’ scostante. È dotato di un’unità composta da due rulli riscaldati e ricoperti con un rivestimento antiaderente, simile a quello delle padelle in teflon. Per questo motivo non attrae le particelle del toner, che rimangono dove sono. Quando il foglio passa attraverso i rulli riscaldati, il toner si scioglie e si attacca in modo permanente alla carta. Le stampanti laser più veloci utilizzano temperature estremamente elevate, ma poiché ogni foglio attraversa il fusore rapidamente, le pagine non si bruciano. Forse avrete notato che, raccogliendo immediatamente i fogli, questi sono ancora caldi.

Dato che le particelle di toner sono realizzate principalmente in plastica, i documenti stampati grazie al laser sono molto resistenti. Non si rovinano nemmeno se le pagine si bagnano e hanno minori probabilità di sbiadirsi. Pertanto, la stampa laser è la scelta migliore per archiviare le informazioni più importanti e tramandarle alle generazioni future. E così, la nostra storia termina con un lieto fine!

Ma prima dei saluti, resta da capire cosa succede al tamburo. Quest’ultimo viene rapidamente pulito dai residui di toner e cancella l’immagine elettrostatica esponendo l’intera superficie alla luce – un processo che si chiama scarica. A questo punto, il filo Corona carica di nuovo il tamburo positivamente e può iniziare un nuovo processo di stampa. Non potrebbe essere altrimenti, visto che le moderne stampante laser producono decine di pagine al minuto.

E per quanto riguarda i colori?

Il procedimento che abbiamo appena visto era quello della stampa in bianco e nero. E per quanto riguarda i colori? In questo caso, sono coinvolti quattro diversi toner: ciano, magenta, giallo e nero. Nel processo di stampa, questi si combinano per creare infinite sfumature di colore. Questa operazione va fatta con la massima precisione, dato che i nostri occhi possono cogliere anche il più piccolo errore di allineamento, sia pure un infinitesimo di millimetro. Per riprodurre fedelmente i colori, il controller della stampante studia come dividere il lavoro in quattro immagini elettrostatiche: una per ogni pigmento. A questo punto, ci sono svariate soluzioni possibili.

In alcune stampanti, il laser riproduce le quattro immagini elettrostatiche una ad una sullo stesso tamburo. Dopo averle disegnate, il rispettivo toner viene applicato e trasferito. Questa operazione può avvenire direttamente sul foglio di carta e il processo verrà ripetuto quattro volte. In alternativa, ciascun pigmento può inizialmente essere trasferito su un altro tamburo “intermedio”. Questo tamburo intermedio raccoglie dunque tutte e quattro le particelle di toner e le imprime direttamente sulla carta.

Alcune stampanti laser di ultima generazione contengono addirittura quattro tamburi – uno per ciascun colore – che operano simultaneamente. La carta si muove tra ciascuno di questi, raccogliendo le particelle di colore lungo il percorso. Questo sistema richiede un design più complicato e costoso, ma permette di ottenere una stampa molto più rapida.

Conclusioni

Giunti a questo punto sapete come funziona il complesso procedimento di stampa laser! Per questo, vi incoraggiamo a trattare la vostra stampante con delicatezza: anche quando si inceppa o non si comporta come dovrebbe. Ricordatevi che dietro le quinte c’è una preparazione laboriosa, anche quando si tratta di stampare solo una o due pagine.

Ma se la vostra stampante fa i capricci troppo spesso e avete bisogno di acquistarne una nuova, vi invitiamo a leggere questo articolo.

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