FUNZIONAMENTO STAMPANTI
Approfondimenti sul funzionamento di una stampante laser

Come funziona una stampante laser?

Il processo di stampa di una stampante laser è alquanto complesso e coinvolge numerosi sottoprocessi che lavorano in perfetta sincronia tra di loro, come in un'orchestra.
Ciò che avviene veramente all'interno di una stampante laser sembra una attività misteriosa per la maggior parte degli utenti (e talvolta, purtroppo, anche per alcuni tecnici del settore): la carta bianca entra dentro la stampante e ne esce stampata, ma cosa realmente succede?
Possiamo aiutarci a capire meglio facendo un confronto con le vecchie macchine per la stampa in ciclostile. In queste macchine la pagina da ciclostilare veniva stampata su un "master" il quale veniva a sua volta fissato su un cilindro rotante: azionando la manovella si trasmetteva la rotazione al cilindro che, a sua volta, girando trasferiva l'immagine sul documento.
Le stampanti laser funzionano nello stesso modo: la differenza principale è che l'immagine sul cilindro di una stampante laser viene impressa mediante l'uso di un sistema laser e di elettricità statica.
In figura 1 è possibile osservare uno spaccato di una stampante laser monocromatica con le sue componenti principali.


Figura 1


  1. Porte di comunicazione e circuiti di controllo (ricevono e traducono i dati dal PC in informazioni grafiche pronte per la stampa)
  2. Unità fotoconduttore (cilindro dotato di un rivestimento speciale riceve una carica positiva o negativa dal rullo di carica)
  3. Rullo di carica (in alcune stampanti è presente un filo corona o "corotron")
  4. Fascio laser pulsante che viene riflesso e deviato dallo specchio rotante
  5. Specchio rotante (scansiona il rullo fotoconduttore orizzontalmente per linee)
  6. Developer roller
  7. Serbatoio del toner
  8. Rullo trascinamento carta
  9. Vassoio carta
  10. Transfer roller
  11. Lama di pulizia
  12. Unità di fusione



FASE 1: Arrivano i dati dal PC

Per prima cosa il computer invia, mediante la porta USB o la rete (1), i dati che devono essere stampati.
Questa fase, apparentemente semplice, comporta in realtà un vero e proprio colloquio tra il PC e la stampante dove il primo chiede se la stampante è disponibile per ricevere i dati, se dispone di tutte le font necessarie per effettuare la stampa (se non gli invia quelle mancanti) e gestisce infine le fasi di paginazione e spooling se la stampa è di dimensioni tali da superare quelle della memoria della stampante stessa.


FASE 2: Preparazione del Drum

Il singolo componente di maggiori dimensioni di una stampante laser è il rullo fotoconduttore (2) o drum, un cilindro di alluminio rivestito di materiale fotosensibile. Il drum deve ogni volta essere preparato per la stampa della successiva pagina. Per prima cosa una lama in gomma (wiper blade) rimuove l'eccesso di toner dal drum e poi viene neutralizzata la sua carica elettrostatica residua mediante un altro rullo carico, nei modelli più recenti, o una lampada (discharge lamp) nei modelli più vecchi.
Dopo questa fase di pulizia il drum viene preparato a ricevere la successiva immagine applicando sulla sua superficie una carica negativa uniforme pari a circa -600Volt mediante un componente denominato rullo di carica o, in alcune stampanti, filo corona o corotron (3).


FASE 3: Scrittura sul drum

Questa è la fase più importante: i dati presenti nella memoria RAM della stampante vengono scritti sul drum utilizzando un laser. Tale scrittura viene effettuata focalizzando in determinati punti un fascio laser (4) molto preciso e sottile sul rullo fotosensibile mediante un sistema di prismi e lenti (5), variando il potenziale elettrico di tali punti.
Mentre il drum ruota il fascio laser scansiona la superficie del foglio, accendendosi e spegnendosi per neutralizzare (circa -100V) le aree che devono poi essere stampate e sulle quali viene attirata e aderisce la polvere toner che viene poi successivamente trasferita al foglio.
Nelle prime stampanti laser il ciclo di on/off del fascio laser poteva essere effettuato circa 300 volte nello spazio di un pollice determinando la risoluzone massima di quelle stampanti in 300 punti per pollice o dpi (dots per inch). Le stampanti attuali possono arrivare invece a risoluzioni di 500dpi, 1200dpi o anche superiori.

In Figura 2 è riportato uno schema semplificato del processo di scrittura.


Figura 2


FASE 4: Alimentazione carta

A questo punto i rulli di alimentazione carta (8) spingono il foglio nella stampante dal cassetto portacarta (9).
Altri rulli mantengono in posizione la carta e la spingono in avanti solo quando il drum, con l'immagine da stampare impressa su di esso, è pronto a ruotare.


FASE 5: Prelievo del toner dalla cartuccia

Questa fase e la precedente avvengono più o meo simultaneamente: al momento che la carta entra nella stampante il toner viene applicato al drum. La cartuccia toner contiene un cilindro metallico rotante (6) con caratteristiche magnetiche (Mag Roller in stampanti che fanno uso di toner con componenti ferromagnetici tipo HP) o elettrostatiche (Developer Roller in stampanti tipo Lexmark), una riserva di toner (serbatoio del toner) e un meccanismo di controllo dello spessore del toner che fuoriesce da serbatoio (7) e che ne limita la quantità massima (Doctor Bar).
Il toner (es. quello magnetico tipo HP) è composto da microparticelle di resine plastiche (sono quelle che si fondono e producono l'immagine sulla carta) e ossidi di ferro (le particelle che sono influenzate da campi magnetici e cariche elettriche).
Le particelle metalliche del toner si attaccano al cilindro magnetico (mag roller) e il cilindro presenta il toner al drum quando questo ruota di fronte.
Il rullo magnetico è caricato a -600V, come le zone bianche del rullo fotosensibile e il toner che aderisce al cilindro ha la stessa carica.
Quando il drum passa di fronte al mag roller il toner ignora le aree caricate a -600V poiché anche lui ha la stessa carica mentre salta via e aderisce alle zone a carica inferiore (-100V) ed è cosí che avviene il trasferimento selettivo del toner al drum.


FASE 6: Trasferimento del toner alla carta

A questo punto l'immagine che si è formata sul drum esiste sotto forma di polvere di toner Nel momento in cui la carta viene alimentata nella stampante una tensione di +600V viene applicata al foglio mediante il rullo di trasferimento di carica (10) o transfer roller.
Quando il foglio passa sul drum il toner presente su quest'ultimo, caricato a -100V, viene attirato tutto sul foglio che si trova ad un potenziale molto maggiore. Subito dopo questa fase viene eliminata quasi del tutto neutralizzata la carica positiva dal foglio mediante un eliminatore di carica.
Gli eventuali residui di toner presenti sul drum vengono poi eliminati quando questo passa davanti ad una lama di pulizia (11) detta anche wiper blade che convoglia tali residui in un piccolo serbatoio di raccolta (waste bin) degli scarti di toner.


FASE 7: Fusione del toner sul foglio di carta

L'immagine, a questo punto, si trova sul foglio di carta ma questo non è ancora al sicuro perché è trattenuta solamente dalla forza di gravità e da una piccola carica residua. Al fine di renderla permanente il toner deve essere fuso. La fusione fondamentalmente consiste nello sciogliere le microparticelle di plastica presenti nel toner in modo tale che esse si fondano insieme e intorno alle fibre della carta stessa diventando un tutt'uno stabile e di grande durata. Questa operazione avviene all'interno della unità di fusione (12) dove sono presenti due rulli, un rullo di fusione e un rullo di pressione (fuser e pressure roller). All'interno del rullo di fusione sono di solito presenti delle lampade ad alta potenza che lo scaldano fino ad una temperatura ottimale di circa 165 -180 C°. A questa temperatura il toner fonde e si fissa sulla carta senza che questa venga danneggiata. Il rullo di pressione o pressure roller è un rullo in gomma morbida che preme contro il rullo fusore e costringe il foglio di carta a passare a stretto contatto di quest'ultimo schiacciando su di esso le particelle di plastica fuse.

Abbiamo spiegato in linea di massima come funziona una stampante laser. Ogni stampante poi è dotata di una serie di sensori posizionati in punti critici che verificano se il foglio di carta si trova nel punto giusto in funzione della relativa fase di stampa. La stampante sa quale è il tempo necessario al foglio per passare da un sensore al successivo e se il foglio ritarda la stampante invia un messaggio di inceppamento carta.