Центр Компетенции — Принципы работы блоков лазера печатающих устройств

В данной статье речь пойдет о таком основополагающем компоненте лазерных печатающих устройств как блок лазера (LSU — англ., сокр. от laser scanner unit, блок лазерного сканирования; реже встречается аббревиатура ROS, сокр. от raster output scanner, сканер вывода растра).

Следует заметить, что типичные блоки лазера печатающих устройств относятся к классу 1 (CLASS 1 LASER): Лазеры и лазерные системы малой мощности, не создающие опасный для человеческого глаза уровень облучения. Несмотря на это наблюдать свечение лазера небезопасно по следующим соображениям. Во-первых, во многих странах к классу 1 относятся также лазерные устройства с лазером большей мощности, имеющие надежную защиту от выхода луча за пределы корпуса.
И, во-вторых, лазерные светодиоды принтеров обычно работают в ближнем инфракрасном (невидимом или частично видимом) диапазоне, так что человеческий глаз неспособен определить местоположение луча и не позволяет заметить длительное воздействие на сетчатку. Бытует мнение, что на большем расстоянии лазер неопасен. Это заблуждение. Лазерные приборы имеют малую ширину пучка (порядка 0,1 мм), что обеспечивает высокую поверхностную плотность энергии в поперечном сечении луча, которая сохраняется на значительном расстоянии. Именно высокая плотность энергии и может вызвать ожоги и другие повреждения.

Типичный блок лазера состоит из нескольких компонентов. Рассмотрим их работу.

Луч лазерного полупроводникового светодиода, расположенного на плате управления лазерным диодом (1), сначала проходит через коллиматорную линзу (2), где рассеянный свет формируется в цилиндрический пучок. Следом на пути луча находится цилиндрическая линза (3), задающая форму пятна луча соответственно разрешающей способности принтера (как правило, 600 или 1200 dpi).

Далее луч попадает на многогранное зеркало (5), которое приводится в движение собственным двигателем (4) и вращается со скоростью несколько тысяч или десятков тысяч оборотов в минуту. От боковых рабочих граней зеркала свет лазерного диода отражается в сторону фоторецептора («барабана»). На пути луча располагается одна или несколько Fθ (эф-тета) линз (6,7). Их назначение довольно специфично.

При развертке луча лазера на плоскую поверхность барабана изменяется длина хода луча, что приводит к его расфокусировке. Кроме того, при постоянной скорости вращения многогранного зеркала (угловой скорости луча) за один и тот же интервал времени (угол поворота) луч «пробегает» разное расстояние по краю барабана и в его центре. Как следствие, изображение будет «растянуто» на краях.

Таким образом, Fθ-линзы корректируют нелинейность движения луча по поверхности фотобарабана и сохраняют постоянной форму пятна лазера.
Ко всему прочему, во время вращения многогранное зеркало подвержено вертикальным флюктуациям (дребезгу из-за недостаточной балансировки), что может привести к искривлению строк развертки. Эта проблема так же решается использованием FΘ-линз.

В начале каждой строки луч лазера через небольшое зеркало (8) и фокусирующую линзу (9) попадает на датчик обнаружения луча (10) (BDS – англ., beam detect sensor). Датчик отслеживает работоспособность лазерного светодиода и вырабатывает сигнал горизонтальной синхронизации изображения для главной платы. Сигнал синхронизации нужен для того, чтобы все строки изображения начинались на строго заданном расстоянии от боковой границы листа. На практике, у многих печатающих устройств есть возможность регулировки горизонтальной синхронизации: увеличение времени между вспышкой на датчике обнаружения луча и началом выдачи первого символа строки приводит к смещению всего изображения на листе вправо, уменьшение — влево.
Все элементы блока лазера находятся внутри, как правило, герметичного корпуса для защиты от пыли и исключения отражения луча лазера в «ненужных» направлениях. Однако встречаются неприятные исключения.
Лазерное сканирование (засвечивание, нанесение скрытого изображения) — это процесс прохождения лазерного луча по заряженной поверхности фоторецептора. При этом происходит кратковременное включение/отключение лазерного светодиода. Области, куда попал свет лазера, становятся разряженными. «Незасвеченные» участки остаются заряженными. В результате на поверхности фоторецептора формируется скрытое изображение, готовое к проявке. Сканирование в основном направлении (по ширине) выполняется вращением многогранного зеркала, в то время как сканирование во вспомогательном направлении (по длине) – вращением барабана. Скорость движения этих элементов определяет масштаб изображения. Так увеличение скорости вращения фоторецептора (скорости вращения главного двигателя) приводит к растягиванию изображения по длине. Увеличение же скорости вращения многогранного зеркала растягивает изображение и по ширине, и по длине. Данную аномалию легко увидеть по следующему рисунку.

Эту особенность необходимо помнить при настройке геометрии изображения: сначала настраивают скорость вращения многогранного зеркала, а потом – фоторецептора.
С практической точки зрения, важно знать проблемы, возникающие в процессе эксплуатации блоков лазеров, и пути их решения.
Спасибо дочитавшим до этого места :).

Наиболее популярная неисправность – подклинивание или блокировка подшипника многогранного зеркала. Возникает из-за попадания пыли внутрь блока, недостаточной балансировки зеркала, повышенной нагрузкой на печатающий узел. Да-да, среднемесячная нагрузка на принтер в месяц – важный параметр!
Своевременно обратить внимание на повышенный шум (свист, подвывание) блока лазера может позволить избежать его дальнейшего заклинивания. Первое, что необходимо сделать в такой ситуации – тщательно очистить все оптические элементы от возможной пыли. Для очистки не рекомендуется использовать агрессивные жидкости, чтобы не смыть возможные напыления рабочих граней зеркал и линз. И конечно важно не сместить компоненты блока, т.к. это система высокоточной оптики.

Если это возможно, то рекомендуется снять многогранное зеркало и очистить его подшипник от загрязнений. Следующим этапом будет смазка. Для многогранного зеркала обычно используется магнитный воздушный подшипник. Это означает, что нельзя применять густые (силиконовые) смазки – они забьют воздушные каналы подшипника. Мы рекомендуем использовать жидкие смазки, например, автомобильную WD-40 или индустриальное веретенное масло. Небольшое количество смазки наносится на ось подшипника, после чего остатки удаляются безворсовой салфеткой. При этом достигается цель создать тончайшую масляную пленку на трущихся поверхностях. Данный метод не будет эффективным, если  втулка подшипника приобрела эллиптическую форму или началось ее разрушение.
Работоспособность лазерного светодиода, в случае возникновения соответствующей ошибки, можно проверить. Не забываем, что лазер может сжечь сетчатку глаза! Датчики большинства цифровых фото- и видеокамер (в т.ч. сотовых телефонов) способны «видеть» ближнее инфракрасное излучение. Дальше дело техники – начать печать «черного» листа и снимать изображение, например, на BDS-датчике.

Если же лазерный диод не работает – не спешите выбрасывать «старую кровать». Ведь в процессе самодиагностики сначала проверяется работоспособность двигателя многогранного зеркала, а уже потом – лазерного диода. Т.е. «полигон» в данном блоке исправен и может послужить запасным.
И напоследок напомним, что у цифровых печатающих устройств тонер прилипает к засвеченным областям фоторецептора – к тем местам, куда попал луч лазера (у аналоговых копиров наоборот). Сделано это с целью снижения нагрузки на лазерный светодиод, ведь большинство отпечатков делается с 5-6% заполнением листа тонером (время «засветки» лазером минимально). На практике, загрязнение оптических элементов блока лазера часто приводит к осветлению изображения из-за рассеивания лазерного луча от частиц пыли. Также встречается градиентное осветление, когда изображение с одного края листа насыщенное, а к другому теряет контраст. Причина —  в неравномерном накоплении пыли на рабочих гранях «полигона» из-за его вращения только в одну сторону.

ccfiles.ru

Лазер из принтера. Устройство и возможные неисправности

Одним из основополагающих элементов любого лазерного принтера является блок лазера или по-английски LSU. При этом следует отметить, что типичные блоки подобного типа, входящие в состав принтеров относятся к категории устройств, которые обладают малыми параметрами мощности. Это говорит о том, что они не могут создать опасную для глаза степень облучения. Но всё же, свечение лазера является не совсем безопасным для людей. Дело в том, что во многих странах мира к данной категории лазеров относятся также те модели, которые обладают системой большой мощности с надежной защитой, способной препятствовать выходу луча за границы корпуса. Кроме того, лазер из принтера обычно функционирует в таком диапазоне, как ближний инфракрасный, который обычно является невидимым. Таким образом, человеческому глазу невозможно определить, где находится данный луч и насколько долго он воздействует на сетчатку.

Также бытует мнение о том, что на большой дистанции пучок, который выплескивает лазер от принтера, является неопасным. Но это очень сильное заблуждение, т.к. ввиду малой ширины пучка лазера, исходящего из устройства, обеспечивается довольно высокая степень плотности энергии, которая может сохраняться даже на больших расстояниях. Выходит, что даже пучок лазера любого устройства для печати способен нанести человеческому здоровью сильный урон, к примеру, ожог на сетчатке глаза. Поэтому обязательно нужно соблюдать элементарные правила безопасности при разборке и использовании любого устройства для печати, оснащенного лазерной системой.

Вообще, под лазерным сканированием или засвечиванием подразумевается процесс прохождения пучка лазера по поверхности фотовала. При этом производится кратковременное включение и отключение светодиода. Те зоны, на которые попал пучок, становятся разряженными. В результате описанного процесса на поверхности барабана образуется своего рода скрытая картинка, которая готова к дальнейшей проявке. Следует отметить, что если сканирование во вспомогательном направлении, т.е. по длине осуществляется за счет вращения барабана, то в основном (по ширине) – при помощи вращения многогранного зеркала. От скорости этих перечисленных деталей во многом зависит конечный масштаб распечатываемого изображения.

Устройство и принцип работы

Итак, лазерный блок принтера в стандартном исполнении обычно состоит из платы управления лазерным диодом, коллиматорной и цилиндрической линз, собственного двигателя, многогранного стекла, одной или нескольких эф-тета линз, небольшого зеркала, фокусирующей линзы и датчика, отвечающего за обнаружение луча. Таким образом, блок лазерного принтера обладает довольно сложным устройством.

Что касается принципа работы лазерного принтера, то сначала пучок лазерного луча, который расположен на плате, предназначенной для управления диодом, проходит через линзу коллиматорной разновидности. Там свет начинает преобразовываться в пучок цилиндрической формы. Далее этому пучку с помощью цилиндрической линзы задаётся форма пятна луча, которая соответствуют разрешающей способности устройства, составляющей обычно 600 или 1200 dpi.

На следующем шаге уже сформированный луч встречает на своем пути многогранное зеркало, приводимое в движение двигателем. Скорость вращения данного зеркала может составлять до нескольких десятков тысяч об/мин. Что касается лазерного луча, то он отражает от боковых граней данного зеркала в сторону барабана, т.е. фоторецептора. На своем пути он также проходит т.н. эф-тета (F) линзы, количество которых в зависимости от модели принтера может составлять от одного и более. Их назначение заключается в том, чтобы корректировать нелинейность движения пучка света по поверхности фотовала. В противном случае луч лазера при развёртке на плоскую поверхность фоторецептора мог бы расфокусироваться. Кроме того, из-за постоянного вращения, зеркало многогранного типа подвергается вертикальной флюктуации. В свою очередь, это приводит к искривлению строк развертки. Таким образом, эф-тета линзы выполняют довольно большой объём работы.

Далее в начале строки лазерный луч проходя через небольшое зеркальце и линзу фокусирующей разновидности, попадает на датчик, который служит для обнаружения подобных пучков света. Данный датчик осуществляет контроль за работоспособностью светодиода и в дальнейшем вырабатывает специальный сигнал горизонтальной синхронизации, предназначенный для главной платы. Данный сигнал является необходимым, т.е. именно благодаря нему все строки картинки будут начинаться на конкретно расположенном от боковой границы листа бумаги расстоянии. Многие современные модели принтеров лазерных моделей предоставляют пользователям возможность осуществления регулировку данной синхронизации.
Все перечисленные выше элементы блока находятся внутри него. Сам блок представляет собой герметичный корпус, который защищает внутренние детали от попадания пыли и при этом предотвращает возможность отражения лазерного пучка в неправильных направлениях. Но, безусловно, порой встречаются различного рода исключения.

Возможные проблемы и способы их устранения

Если мотор лазера засвистел или заклинил — смажьте его ось

Одна из самых часто встречающихся неисправностей с блоком лазера заключается в блокировании или подклинивании такого элемента, как подшипник многогранного зеркала. Появляется подобная проблема вследствие пыли, которая попадает внутрь корпуса блока, повышения нагрузки, оказываемой на печатающий узел, а также недостаточной балансировки зеркала. Чтобы избежать дальнейшего заклинивания вышеназванного элемента и полного выхода всего блока из строя, важно вовремя обратить внимание на появившийся повышенный шум в виде свиста. Чтобы своевременно решить проблему необходимо тщательным образом очистить все оптические детали от скопившейся на них пыли. Но учтите, что для этого не следует прибегать к помощи агрессивных жидкостей, иначе можно смыть напыления, которыми обычно покрывают рабочие грани линз и зеркал. Действовать следует предельно аккуратно – ни в коем случае не смесители ни один из компонентов блока лазера.

На следующем этапе следует заняться смазкой. Но использовать в данной ситуации густые вещества нельзя, т.к. они непременно забьют все воздушные каналы подшипника многогранного зеркала. Поэтому лучше воспользоваться жидкими смазками типа автомобильной WD-40 (также можно использовать тормозную жидкость от автомобиля). Остатки смазки после нанесения на ось детали следует удалить с помощью безворсовой салфетки.

Если же вдруг вы заметили, что перестал работать лазерный диод, то не спешите его выбрасывать. В процессе диагностики для начала нужно проверить двигатель многогранного стекла, а только потом сам диод. Следовательно, проблема может заключаться в первом элементе. К тому же некоторые умельцы научились приспосабливать лазерные диоды от печатающих устройств для резки, к примеру, пенопласта. Обычно для этой цели нужно хорошо настроить линзу и подыскать подходящий блок питания. Кроме того, лазерные диоды могут быть использованы для нанесения надписей, местного нагрева и выжигания. На основе данной детали и остатков оптики от принтера лазерной модели можно получить фотоплоттер для печатных плат или т.н. химического травления картин на стекле или металлах.

printeros.ru

Блок лазера полноцветного лазерного принтера Epson AcuLaser C9000

Блок лазера полноцветного лазерного принтера Epson AcuLaser C9000

 

Цветные лазерные принтеры сейчас являются устройствами, на разработку которых нацелены все интеллектуальные силы инженеров-разработчиков всех основных производителей принтеров. Мы видим, что в цветных устройствах регулярно появляются такие технические решения, которые ранее не использовались при построении принтеров. На наших глазах конструкция и схемотехника цветных лазерных принтеров постоянно совершенствуется. И мы становимся свидетелями рождения новых, технически совершенных изделий. Из общего ряда цветных принтеров, Epson AcuLaser C9000 выделяется применением очень  интересного конструктивного решения в блоке лазера. И, как нам кажется, по-настоящему грамотный специалист должен быть знаком с таким конструктивом блока лазера (хотя бы ради расширения своего кругозора).

 

Мы уже рассказывали об основных вариантах конструкции цветных лазерных принтеров, отмечая, что, в принципе, существуют устройства печати однопроходные и четырехпроходные, а также мы давали и более широкую классификацию технологий полноцветной лазерной печати (см. журнал №2’2005). На сегодняшний день все большее распространение получают, так называемые однопроходные принтеры, в которых цветное изображение, состоящее из четырех базовых цветов, создается без потери скорости печати. Однако за это приходится расплачиваться более дорогой конструкцией лазерного принтера и «избыточностью» его функциональных узлов. В однопроходных принтерах  мы увидим четыре фотобарабана, четыре блока проявки, четыре коротрона переноса, четыре блока лазера (рис.1). Естественно, что такой «четырехкратный» принтер имеет достаточно высокую стоимость. Кроме высокой стоимости, эти принтеры имеют и очень сложную систему синхронизации всех четырех модулей, так как лишь при условии их четкого взаимодействия и синхронной работы, можно добиться качественного цветного изображения и полного совмещения цветов. Это приводит к тому, что производители принтеров, используя самые различные технические  решения,  стремятся упростить конструкцию своих аппаратов с целью снижения их стоимости, но самое главное, с целью упрощения процедуры синхронизации.

                Так как уменьшить количество фотобарабанов и блоков проявки не представляется возможным, т.к. именно это решение и привело к появлению однопроходной печати, то разработчики принялись за блок лазера. Именно здесь имеется возможности уменьшить количество модулей. А, значит, и упростить их синхронную работу.

                На сегодняшний день можно выделить три основных решения по конструкции блока лазера в однопроходных цветных принтерах.

                Во-первых, в принтере может использоваться четыре отдельных блока лазера, каждый из которых формирует один лазерный луч, создающий изображение какого-то одного цвета. Каждый из этих блоков лазера устанавливается напротив своего фотобарабана. Каждый из блоков лазера имеет очень простую конструкцию, ничем не отличающуюся от конструкции блока лазера в монохромных принтерах. Это решение является наиболее простым и наиболее распространенным, несмотря на свою высокую стоимость. При такой конструкции, принтер должен регулярно осуществлять довольно сложные процедуры автокалибровки, о чем, мы, кстати, тоже уже рассказывали.

                Во-вторых, в принтере может использоваться два блока лазера. Но в этом случае каждый блок формирует уже два луча и засвечивает два фотобарабана. Оба луча, сформированные одним лазерным блоком, отклоняются одной вращающейся призмой. В результате, синхронизация между двумя лучами (и двумя цветами), формируемыми одним блоком лазера, не требуется. При таком конструктиве требуется синхронизировать между собой только два блока лазера, что, естественно, упрощает процедуру калибровки принтера. Подобное решение используется фирмой Hewlett Packard в некоторых моделях семейства 3xxx.

                В-третьих, в принтере может использоваться только один блок лазера, который формирует сразу четыре луча, каждый из  которых засвечивает свой фотобарабан. Данный метод позволяет обеспечить наиболее точное совмещение лазерных лучей между собой (но полностью процедуру автокалибровки этот метод тоже не исключает, т.к. к рассинхронизации цвета может привести и множество других факторов). Именно такая конструкция с одним блоком лазера используется в принтере  Epson AcuLaser C9000 (рис.2).

 

 

Блок лазера в AcuLaser C9000 имеет достаточно сложное построение и его внутренне устройство представлено на рис.3. Рассмотрим его подробнее.

В блоке лазера имеется одно вращающееся зеркало (призма) и четыре полупроводниковых лазера, каждый из которых расположен на отдельной печатной плате. Такая конструкция позволяет обеспечить очень хорошую синхронизацию, т.к. перемещение всех четырех лучей осуществляется одновременно – одним вращающимся зеркалом, а, значит, взаимное расхождение лучей невозможно. 

Для того чтобы четыре луча могли отклоняться одним вращающимся зеркалом, все они должны быть объединены в один световой «пучок», т.е. лучи должны быть параллельными. Собрать в один пучок четыре лазерных луча, генерируемых лазерными пушками, стоящими под разными углами друг к другу, позволяет система объединяющих призм. Эти призмы являются полупрозрачными призмами-зеркалами и всего их три. Этими тремя призмами изменяется направление лазерных лучей, соответствующих голубому, пурпурному и черному цвету. Лазерный луч, соответствующий желтому цвету, проходит прямо и не изменяет своего направления. После того, как будет получен единый пучок лучей, он отклоняется общим отклоняющим зеркалом и перенаправляется на вращающееся зеркало, проходя попутно через цилиндрическую призму. Общий принцип формирования лазерного «пучка» демонстрируется на рис.4. Положение лазерных пушек таково, чтобы расстояние от лазерного излучателя до вращающегося зеркала было одинаковым для каждого из четырех лучей.

Коллиматорные линзы необходимы для того, чтобы превратить расходящийся световой поток, генерируемый полупроводниковым лазером, в параллельный световой поток (рис.5). Без применения коллиматоров не обходится ни один блок лазера (даже в монохромных принтерах), а уж в рассматриваемом модуле без коллиматора, в принципе, невозможно будет собрать четыре луча в единый пучок.

Цилиндрическая линза обеспечивает фокусировку лазерных лучей на поверхности граней вращающегося  зеркала. Цилиндрическая линза, наоборот, делает из параллельного луча сходящийся луч (рис.6).

Далее, лазерные лучи, отражаясь от граней вращающегося зеркала, проходят через две фокусирующие линзы (№1 и №2) и попадают на разделительные зеркала. В рассматриваемом блоке лазера имеется три разделительных зеркала (для лазеров, соответствующих синему, черному и пурпурному цвету). На разделительные зеркала лучи приходят уже разделенными, т.е. на каждое из зеркал попадает только один лазерный луч, а не весь пучок. Таким образом, с помощью разделительных зеркал, из общего светового пучка выделяются отдельные лучи и перенаправляются на фотобарабаны (каждый луч  на свой фотобарабан). Отражаясь от разделительных зеркал, лучи попадают еще и на отражающее зеркало, и только после этого, пройдя через фокусирующую линзу№3, достигают поверхности фотобарабана (рис.7). Из рисунка 7 видно, что для «желтого» луча нет разделительного зеркала, а имеется только лишь отражающее зеркало.

Механизм разделения лучей является в этом блоке лазера очень интересным. Дело в том, что лазерные пушки установлены в пространстве таким образом, чтобы генерируемые ими лучи падали на поверхность вращающегося зеркала под углом. При этом у каждого лазерного луча свой уникальный угол падения. Так как угол падения у каждого луча уникальный, то и угол отражения также будет у всех лучей разным.

Последнее, что осталось  выяснить, так это то, каким образом обеспечивается синхронизация драйверов лазера с положением вращающегося зеркала. Как известно, для такой синхронизации используются оптические датчики, регистрирующие излучение лазера в определенной точке блока лазера. Считается, что эта точка соответствует началу строки. Так  как все четыре луча перемещаются одним вращающимся зеркалом, то достаточно будет синхронизироваться по одному лучу, а все остальные, естественно, будут занимать точно такое же положение. Наличие четырех датчиков синхронизации в этом случае является совершенно излишним и избыточным. Датчики синхронизации лазерного луча называются и обозначаются по-разному, но в документации на принтеры Epson этот датчик традиционно обозначается, как SOS – Sync Optical Sensor (датчик оптической синхронизации). В качестве «базового» луча, засвечивающего датчик SOS, в AcuLaser C9000 выбран луч «черного» цвета.  Положение датчика SOS и траектория лазерного луча при засвечивании датчика показаны на рис.8.

Как, наверное, понятно из данного обзора, в составе блока лазера имеется достаточно элементов, положение которых весьма критично и отклонение которых от заводского положения способно привести либо к сильным искажениям при печати, либо к возникновению фатальных ошибок. Именно поэтому необходимо соблюдать крайнюю осторожность при любых работах с блоком лазера.

Блок лазера полноцветного лазерного принтера Epson AcuLaser C9000

Цветные лазерные принтеры сейчас являются устройствами, на разработку которых нацелены все интеллектуальные силы инженеров-разработчиков всех основных производителей принтеров. Мы видим, что в цветных устройствах регулярно появляются такие технические решения, которые ранее не использовались при построении принтеров. На наших глазах конструкция и схемотехника цветных лазерных принтеров постоянно совершенствуется. И мы становимся свидетелями рождения новых, технически совершенных изделий. Из общего ряда цветных принтеров, Epson AcuLaser C9000 выделяется применением очень интересного конструктивного решения в блоке лазера. И, как нам кажется, по-настоящему грамотный специалист должен быть знаком с таким конструктивом блока лазера (хотя бы ради расширения своего кругозора).

Мы уже рассказывали об основных вариантах конструкции цветных лазерных принтеров, отмечая, что, в принципе, существуют устройства печати однопроходные и четырехпроходные, а также мы давали и более широкую классификацию технологий полноцветной лазерной печати. На сегодняшний день все большее распространение получают, так называемые однопроходные принтеры, в которых цветное изображение, состоящее из четырех базовых цветов, создается без потери скорости печати. Однако за это приходится расплачиваться более дорогой конструкцией лазерного принтера и «избыточностью» его функциональных узлов. В однопроходных принтерах мы увидим четыре фотобарабана, четыре блока проявки, четыре коротрона переноса, четыре блока лазера (рис.1). Естественно, что такой «четырехкратный» принтер имеет достаточно высокую стоимость. Кроме высокой стоимости, эти принтеры имеют и очень сложную систему синхронизации всех четырех модулей, так как лишь при условии их четкого взаимодействия и синхронной работы, можно добиться качественного цветного изображения и полного совмещения цветов. Это приводит к тому, что производители принтеров, используя самые различные технические решения, стремятся упростить конструкцию своих аппаратов с целью снижения их стоимости, но самое главное, с целью упрощения процедуры синхронизации.

Рис.1

Так как уменьшить количество фотобарабанов и блоков проявки не представляется возможным, т.к. именно это решение и привело к появлению однопроходной печати, то разработчики принялись за блок лазера. Именно здесь имеется возможности уменьшить количество модулей. А, значит, и упростить их синхронную работу.

На сегодняшний день можно выделить три основных решения по конструкции блока лазера в однопроходных цветных принтерах.

Во-первых, в принтере может использоваться четыре отдельных блока лазера, каждый из которых формирует один лазерный луч, создающий изображение какого-то одного цвета. Каждый из этих блоков лазера устанавливается напротив своего фотобарабана. Каждый из блоков лазера имеет очень простую конструкцию, ничем не отличающуюся от конструкции блока лазера в монохромных принтерах. Это решение является наиболее простым и наиболее распространенным, несмотря на свою высокую стоимость. При такой конструкции, принтер должен регулярно осуществлять довольно сложные процедуры автокалибровки, о чем, мы, кстати, тоже уже рассказывали.

Во-вторых, в принтере может использоваться два блока лазера. Но в этом случае каждый блок формирует уже два луча и засвечивает два фотобарабана. Оба луча, сформированные одним лазерным блоком, отклоняются одной вращающейся призмой. В результате, синхронизация между двумя лучами (и двумя цветами), формируемыми одним блоком лазера, не требуется. При таком конструктиве требуется синхронизировать между собой только два блока лазера, что, естественно, упрощает процедуру калибровки принтера. Подобное решение используется фирмой Hewlett Packard в некоторых моделях семейства 3xxx.

В-третьих, в принтере может использоваться только один блок лазера, который формирует сразу четыре луча, каждый из которых засвечивает свой фотобарабан. Данный метод позволяет обеспечить наиболее точное совмещение лазерных лучей между собой (но полностью процедуру автокалибровки этот метод тоже не исключает, т.к. к рассинхронизации цвета может привести и множество других факторов). Именно такая конструкция с одним блоком лазера используется в принтере Epson AcuLaser C9000 (рис.2).

 

Рис.2

Блок лазера в AcuLaser C9000 имеет достаточно сложное построение и его внутренне устройство представлено на рис.3. Рассмотрим его подробнее.

Рис.3

В блоке лазера имеется одно вращающееся зеркало (призма) и четыре полупроводниковых лазера, каждый из которых расположен на отдельной печатной плате. Такая конструкция позволяет обеспечить очень хорошую синхронизацию, т.к. перемещение всех четырех лучей осуществляется одновременно – одним вращающимся зеркалом, а, значит, взаимное расхождение лучей невозможно.

Для того чтобы четыре луча могли отклоняться одним вращающимся зеркалом, все они должны быть объединены в один световой «пучок», т.е. лучи должны быть параллельными. Собрать в один пучок четыре лазерных луча, генерируемых лазерными пушками, стоящими под разными углами друг к другу, позволяет система объединяющих призм. Эти призмы являются полупрозрачными призмами-зеркалами и всего их три. Этими тремя призмами изменяется направление лазерных лучей, соответствующих голубому, пурпурному и черному цвету. Лазерный луч, соответствующий желтому цвету, проходит прямо и не изменяет своего направления. После того, как будет получен единый пучок лучей, он отклоняется общим отклоняющим зеркалом и перенаправляется на вращающееся зеркало, проходя попутно через цилиндрическую призму. Общий принцип формирования лазерного «пучка» демонстрируется на рис.4. Положение лазерных пушек таково, чтобы расстояние от лазерного излучателя до вращающегося зеркала было одинаковым для каждого из четырех лучей.

Рис.4

Коллиматорные линзы необходимы для того, чтобы превратить расходящийся световой поток, генерируемый полупроводниковым лазером, в параллельный световой поток (рис.5). Без применения коллиматоров не обходится ни один блок лазера (даже в монохромных принтерах), а уж в рассматриваемом модуле без коллиматора, в принципе, невозможно будет собрать четыре луча в единый пучок.

Рис.5

Цилиндрическая линза обеспечивает фокусировку лазерных лучей на поверхности граней вращающегося зеркала. Цилиндрическая линза, наоборот, делает из параллельного луча сходящийся луч (рис.6).

Рис.6

Далее, лазерные лучи, отражаясь от граней вращающегося зеркала, проходят через две фокусирующие линзы (№1 и №2) и попадают на разделительные зеркала. В рассматриваемом блоке лазера имеется три разделительных зеркала (для лазеров, соответствующих синему, черному и пурпурному цвету). На разделительные зеркала лучи приходят уже разделенными, т.е. на каждое из зеркал попадает только один лазерный луч, а не весь пучок. Таким образом, с помощью разделительных зеркал, из общего светового пучка выделяются отдельные лучи и перенаправляются на фотобарабаны (каждый луч на свой фотобарабан). Отражаясь от разделительных зеркал, лучи попадают еще и на отражающее зеркало, и только после этого, пройдя через фокусирующую линзу№3, достигают поверхности фотобарабана (рис.7). Из рисунка 7 видно, что для «желтого» луча нет разделительного зеркала, а имеется только лишь отражающее зеркало.

Рис.7

Механизм разделения лучей является в этом блоке лазера очень интересным. Дело в том, что лазерные пушки установлены в пространстве таким образом, чтобы генерируемые ими лучи падали на поверхность вращающегося зеркала под углом. При этом у каждого лазерного луча свой уникальный угол падения. Так как угол падения у каждого луча уникальный, то и угол отражения также будет у всех лучей разным.

Последнее, что осталось выяснить, так это то, каким образом обеспечивается синхронизация драйверов лазера с положением вращающегося зеркала. Как известно, для такой синхронизации используются оптические датчики, регистрирующие излучение лазера в определенной точке блока лазера. Считается, что эта точка соответствует началу строки. Так как все четыре луча перемещаются одним вращающимся зеркалом, то достаточно будет синхронизироваться по одному лучу, а все остальные, естественно, будут занимать точно такое же положение. Наличие четырех датчиков синхронизации в этом случае является совершенно излишним и избыточным. Датчики синхронизации лазерного луча называются и обозначаются по-разному, но в документации на принтеры Epson этот датчик традиционно обозначается, как SOS – Sync Optical Sensor (датчик оптической синхронизации). В качестве «базового» луча, засвечивающего датчик SOS, в AcuLaser C9000 выбран луч «черного» цвета. Положение датчика SOS и траектория лазерного луча при засвечивании датчика показаны на рис.8.

Рис.8

Как, наверное, понятно из данного обзора, в составе блока лазера имеется достаточно элементов, положение которых весьма критично и отклонение которых от заводского положения способно привести либо к сильным искажениям при печати, либо к возникновению фатальных ошибок. Именно поэтому необходимо соблюдать крайнюю осторожность при любых работах с блоком лазера.

www.mirpu.ru

Блок лазер-сканер

Блок лазер-сканер

 

Результаты «интеллектуальной обработки» изображения страницы в принтере, должны быть преобразованы в аналоговый вид, пригодный для управления интенсивностью луча лазера. Это преобразование выполняет цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) блока обработки изображения, который осуществляет управле­ние лазером и преобразует цифро­вой сигнал изображения в одноканальный ана­логовый сигнал управления яркостью свечения лазера на этапе формирования «скрытого изображения» на поверхности фотобарабана (рис. 1).

  

Рис. 1.

 Луч с узла лазера проецируется на шестигранное сканирующее зеркало, и, отражаясь от зеркала проходит через фокусирующую систему линз. Затем луч отражается от отражающего зеркала и через щель в картридже попадает на фоторецепторный барабан. Луч  лазера отражается от вращающегося полигонального зеркала, ко­торое обеспечивает сканирование луча по поверхности бара­бана т.е. от  его  граней  отражается лазерный луч и попадает на поверхность фотобарабана (см. рис. 1). Синхронизация работы лазера и опре­деление моментов, когда луч находится в начале строки, применяется фотодетектор - датчик луча (Beam – плата BD). Импульсный сигнал, формируемый этим фотодетек­тором, подается на микроконтроллер и определяет момент на­чала передачи данных.

Общий принцип построения и ра­боты блока лазер-сканер демонстрируется на рис. 2. Для вращения сканирующего зеркала применяется трехфазный бесколлекторный двигатель, управляемый мик­росхемой драйвера двигателя.

 

Рис. 2

 Этот тип двигателя (рис. 3) характеризуется следующими преимуществами:

• малая  неравномерность мгновенной  скорости вращения
• низкий уровень акустических шумов
• небольшие габариты, масса, потребляемая мощность
• высокая надежность

 

            

 Рис. 3. В бесколлекторном двигателе на роторе расположены постоянные магниты, создающие магнитный поток. Эти магниты выполнены чаще всего в виде многополюсного кольцевого магнита. Обмотки статора являются неподвижными, т.е. получается обращенная конструкция.

 

Драйверу двигателя обычно соответст­вует собственная печатная плата. Драйвер в определенном по­рядке переключает фазы двигателя (U,V,W). Порядок переключения фаз определяется по сигналам трех датчиков положения ротора (+HV,-HV,+HW,-HW,+HU,-HU).

                Эта микросхема выполняет следующие функции:

• усиление и обработка сигналов с датчиков положения ротора
• формирование сигналов коммутации обмоток статора
• стабилизация частоты вращения

В каче­стве датчиков положения ротора используются датчики Хол­ла. В качестве датчика скорости вращения используется дат­чик луча – Beam, т.е. этот датчик выполняет двойную функ­цию.

Используемый для враще­ния сканирующего зеркала шпиндельный двигатель в принтере HPLJ2200, является трехфазным – двеннадцатиполюсным , т.е. каждой фазе соответствует четыре обмот­ки на статоре двигателя. На роторе двигателя размещен коль­цевой многополюсный магнит, а положение ротора определя­ется тремя датчиками Холла. Смещение ротора двигателя в вертикальном направлении предотвращается ограничителем.  Снимать ротор двигателя необходимо вместе с зеркалом необходимо в тех случаях, если нужно провести чистку и смазку втулки оси ротора.  Обычно  первым признаком необходимости проведения профилактических работ является повышенный шум при работе блока лазер сканер, в некоторых случаях можно наблюдать даже вибрацию принтера.  Такого рода неисправность вызвана  загрязнением или плохой смазкой втулки. Для смазки можно использовать масла  низкой вязкости.

 

Рис. 4. Принципиальная схема драйвера двигателя

Управляется двига­тель сканирующего зеркала например, микросхемой драйвера двигателя AN8248SB. Принципиальная схема драйвера двигателя пред­ставлена на рис. 4. Датчики Холла обозначены на принципиальной схе­ме HI, h3, НЗ. Лазер размещен на отдельной плате, на которой также размещена микросхема драйвер лазера.

Включение и выключение лазера обеспечивает спе­циальная микросхема, называемая драйвером лазера. Этой микросхемой обеспечивается включение лазеров, кон­троль и стабилизация тока через них. Для управления лазером используется две группы сигналов, приходящих от микро­контроллера механизмов и от форматера. Микроконтроллер управляет лазером в служебные моменты времени (измерение мощности лазера, формировании белых полей на краях листа, режим проверки механизмов – Engine Test, поиск начала стро­ки). Форматер управляет лазером в моменты формирования изображения. Микросхема драйвера лазера задает и стабили­зирует мощность излучения лазера. Для определения работо­способности лазера и стабилизации его излучения в корпусе лазера имеется фотодетектор (общий для двух лазеров) на ос­нове фотодиода, формирующий сигнал обратной связи. При этом фотодетектор образует с лазерами монолитную структу­ру, т.е. размещается с ними в одном корпусе.

                Формирования «скрытого изображения» двумя лучами идет быстрее (рис. 5). Примером практической реализации подсистемы экспонирования двумя лучами может послужить узел лазер-сканер принтера фирмы HP LJ 2200, который имеет очень хорошие технические характеристики печати.

Рис. 5. Формирования «скрытого изображения» двумя лучами идет быстрее.

 

Фирмой заявлена скорость печати до 18 страниц в минуту при истинном разрешение принтера 1200×1200 dpi. Такая скорость печати стала возможной за счет применения  RISC-процессора работающего на частоте  133 МГц и применения модуля лазер-сканер формирующего сразу два луча при сканировании.

 

Рис. 6. Блок-схема формирования «скрытого изображения» с использованием технологий улучшающих качество изображения (используется код определяющий форму элементарной точки : CNT0, CNT1,CNT2 см. рис. 7) 

 

  Рис. 7. Формирования «скрытого изображения» двумя лучами идет быстрее и качественнее за счет управления размером лазерной точки (кодом, определяющим форму элементарной точки : CNT0, CNT1,CNT2).

 

Микроконтроллер управляет лазером, точнее сказать  задает его режим работы, с помощью сигналов CNT0-CNT2. При печати же лазер включается и выключается в соответст­вии с группой сигналов VDATA1, /VDATA1, VDATA2,  /VDATA2 – по два сигнала на каждый лазер. Данные, переданные от форматера на блок управления лазером, преобразуются им  в сигналы VDATA1 и VDATA2 соответственно.

al-tm.ru

лазерный блок — с русского на английский

См. также в других словарях:

• ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП — (см. КВАНТОВЫЙ ГИРОСКОП). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. ЛАЗЕРНЫЙ ГИРОСКОП …   Физическая энциклопедия

• лазерный проигрыватель — Универсальный лазерный звуко и видеопроигрыватель для воспроизведения записей с компакт и видеодисков. Универсальный лазерный звуко и видеопроигрыватель для воспроизведения записей с компакт и видеодисков всех выпускаемых размеров. лазерный… …   Энциклопедия «Жилище»

• лазерный проигрыватель — устройство для воспроизведения информации (звуковой, изобразительной, компьютерных данных и программ их обработки), записанной на оптических дисках (компакт дисках, видеодисках). Основной узел лазерного проигрывателя – оптико механический блок,… …   Энциклопедия техники

• Сжатие (лазерный комплекс) — У этого термина существуют и другие значения, см. Сжатие …   Википедия

• ISO 22827-1:2005 — изд.1 E TC 44/SC 10 Приемочные испытания машин для сварки лазерным лучом Nd: YAG. Волоконно оптические машины. Часть 1. Лазерный блок раздел 25.160.30 …   Стандарты Международной организации по стандартизации (ИСО)

• лазерное печатающее устройство — Печатающий аппарат электрографического типа, в котором изображения символов воспроизводятся лазерным лучом на светочувствительном барабане, затем следует проявление полученного скрытого электростатического изображения и перенос и закрепление… …   Справочник технического переводчика

• Словесные названия российского оружия — …   Википедия

• Аполлон-17 — У этого термина существуют и другие значения, см. Аполлон (значения). Аполлон 17 Эмблема …   Википедия

• M1 “АБРАМС” —        История создания самого современного американского танка Ml “Абрамс” восходит в концу 50 х годов, когда на фирме Пасифик Кар Корпорейшн было разработано экспериментальное гусеничное шасси. Предполагалось, что шасси послужит основой для… …   Энциклопедия техники

• “Леопард – 2” —        О танке Леопард 2 написано немало. В материалах, опубликованных в зарубежной печати, даются высокие оценки боевых характеристик этой машины, которая стала поступать в войска с 1979 г. В ходе производства и эксплуатации осуществлялась… …   Энциклопедия техники

• Принтер — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей …   Википедия

translate.academic.ru

Принцип работы лазерного принтера

Лазерный принтер Xerox 9700

История лазерных принтеров началась в 1938 году с разработки технологии печати сухими чернилами. Честер Карлсон, работая над изобретением нового способа переноса изображений на бумагу, использовал статическое электричество. Метод получил название электрографии и впервые был использован корпорацией Xerox, выпустившей в 1949 году копировальный аппарат Model A. Однако для работы этого механизма отдельные операции требовалось производить вручную. Через 10 лет был создан полностью автоматический Xerox 914, который считается прообразом современных лазерных принтеров.

Идея «нарисовать» то, что позднее должно быть распечатано, непосредственно на копировальном барабане лазерным лучом принадлежит Гэри Старквитеру (Gary Starkweather). Начиная с 1969 года, компания занималась разработкой и в 1977 году выпустила серийный лазерный принтер Xerox 9700, который печатал со скоростью 120 страниц в минуту.

Лазерный принтер Canon LBP-CX

Аппарат был очень большим, дорогим, предназначался исключительно для предприятий и учреждений. А первый настольный принтер разработала Canon в 1982, через год – новая модель LBP-CX. Компания HP в результате сотрудничества с Canon в 1984 году начала производство серии Laser Jet и сразу же заняла лидирующее положение на рынке лазерных принтеров для домашнего пользования.

В настоящее время монохромные и цветные печатающие устройства выпускаются многими корпорациями. Каждая из них использует собственные технологии, которые могут существенно различаться, но общий принцип работы лазерного принтера характерен для всех устройств, а процесс печати можно разделить на пять основных этапов.

Заряд фотобарабана

Фотобарабан

Печатающий барабан (Optical Photoconductor, OPC) – это металлический цилиндр, покрытый фоточувствительным полупроводником, на котором формируется изображение для последующей печати. Вначале OPC снабжается зарядом (положительным или отрицательным). Сделать это можно одним из двух способов используя:

• коротрон (Corona Wire), или коронатор;
• ролик заряда (Primary Charge Roller, PCR), или заряжающий вал.

Коротрон представляет собой блок из проволоки и металлического каркаса вокруг нее.

Провод коронатора – это вольфрамовая нить с углеродным, золотым или платиновым покрытием. Под действием высокого напряжения между проволокой и каркасом возникает разряд, светящаяся ионизированная область (корона), создается электрическое поле, которое передает статический заряд фотобарабану.

Коротрон заряда Xerox 013R00650

Обычно в блок встраивается механизм, очищающий провод, так как его загрязнение сильно ухудшает качество печати. Использование коротрона имеет определенные недостатки: царапины, скопление пыли, частичек тонера на нити или ее изгиб может привести к усилению электрического поля в этом месте, резкому снижению качества распечаток, и, возможно, повреждению поверхности барабана.

Решением этих проблем стал ролик заряда или, представляющий собой металлический вал, покрытый токопроводящей резиной или поролоном. Соприкасаясь с OPC, он снабжает зарядом фоточувствительную поверхность барабана. При этом напряжение на ролике гораздо ниже, что решило проблему с образованием озона, но для передачи заряда необходимо соприкосновение, следовательно, детали изнашиваются быстрее. Кроме того, поверхность вала заряда необходимо чистить.

Экспонирование

Лазерный блок Samsung ML1430

Если какую-то часть фоточувствительного полупроводника, покрывающего OPC, осветить, он становится токопроводящим, а полученный от ролика заряд уйдет через металлическое основание барабана. Экспонированный участок становится незаряженным или слабо заряженным. Цель этого этапа – сформировать на фоточувствительной пленке невидимое изображение из точек без статического заряда.

Очень тонкий лазерный луч светит на вращающееся зеркало шестигранной (иногда четырехгранной) формы, отражаясь, попадает на распределяющую линзу, которая отправляет его в нужное место на поверхности фотобарабана. Система зеркал и линз перемещает луч вдоль OPC, формируя строку. Поскольку печать производится точками, лазер постоянно включается – выключается и снимает заряд тоже точечно. Как только строка закончена, фотобарабан поворачивается пошаговым двигателем и экспонирование продолжается.

Проявка

Магнитный вал

Еще один вал, имеющийся в картридже, магнитный (Magnetic Developer Roller), представляет собой металлическую трубку с магнитным сердечником внутри. Вал расположен так, что часть его поверхности находится практически в заправочном бункере с тонером и закрывает его словно крышка. Внутри отсека магнит притягивает порошок к поверхности Magnetic Roller, и, вращаясь, выносит тонер наружу.

Чтобы регулировать толщину слоя порошка, предотвратить его неравномерное распределение на поверхности ролика, используется дозирующее лезвие (Doctor Blade, Metering Blade). Металлический каркас доктора крепится жестко, оставляя между гибкой пластиной на краю дозирующего лезвия и валом определенного размера щель. Таким образом, пропускается лишь тонкий слой порошка, а все лишнее сбрасывается назад в отсек. Неправильно установленный Doctor Blade – широкая или неровная щель – может стать причиной излишнего просыпания тонера и появления черных полос на распечатанной странице.

Дозирующее лезвие

Далее тонер попадает между магнитным валом и OPC, где на экспонированных участках он притягивается к поверхности барабана, а на заряженных отталкивается. Порошок, оставшийся на Mag Roller, двигается дальше, снова проходит через бункер, где к освободившимся от тонера участкам магнитного вала притягивается новая порция краски и цикл повторяется. А тонер, переместившийся на фотобарабан, делает изображение на нем видимым, и следует к бумажному носителю.

Перенос

Страница, подающаяся в принтер, проходит под фотобарабаном. Чтобы тонер, находящийся на поверхности OPC, попал на лист, под бумагой располагается вал переноса изображения (Transfer Roller). На металлическую сердцевину ролика подается положительный заряд, который переносится на страницу через покрытие из мягкой резины.

Ролик переноса HP LJ 4050

Частицы тонера отрываются от барабана и перемещаются на лист, но держатся на нем только благодаря статическому притяжению. Можно сказать, что тонер просто насыпан в нужных местах.

Пыль, ворсинки бумаги, частички порошка снимаются с фотобарабана и отправляются в бункер отходов ракелем, или вайпером (Wiper Blade, Cleaning Blade), представляющим собой гибкую полиуретановую пластину, закрепленную на металлическом каркасе. Теперь, когда барабан уже сделал полный круг, коротрон (или ролик) снова восстанавливает заряд на поверхности OPC и цикл повторяется.

Закрепление

Одно из обязательных свойств тонера – способность плавиться при высокой температуре. Именно таким образом порошок закрепляется на бумаге, проходя через термоблок, или печку, где температура достигает 180–220° C.

Тефлоновый вал

Страница протягивается между двумя валами, верхний – Upper Fuser Roller – разогревает, а нижний – Lower Pressure Roller – прижимает лист, заставляя тонер вплавляться в структуру бумаги. После выхода из печки, тонер быстро застывает, изображение становится устойчивым. Прижимной ролик – резиновый или силиконовый на металлическом основании, Fuser Roller имеет более сложную конструкцию и бывает двух видов:

• тефлоновый вал,
• термопленка.

Первый вариант надежный и долговечный, но и более дорогой, чаще используется в принтерах, способных выдерживать большие нагрузки и предназначенных для офисов. Внутрь полого цилиндра с тефлоновым покрытием вставляется лампа, которая служит нагревательным элементом, а специальный датчик отключает ее, когда температура достигает критической отметки. Остывание происходит естественным путем, дополнительная система охлаждения не требуется. Но предусмотрен очиститель тефлонового покрытия – фетровый вал, выполняющий роль полотенца и собирающий остатки тонера и пыли с нагревающего ролика. Кроме того, фетр, пропитанный специальным составом, не только чистит, но и смазывает покрытие. По этой причине его часто называют масляным валом.

Нагревательный элемент и термопленка HP LJ 1200

Во втором варианте несущую конструкцию с нагревательным элементом внутри обертывает гибкая пленка, сделанная из специальной термоустойчивой пластмассы. Технология считается менее надежной, используется в принтерах для малого бизнеса и домашнего использования, где не ожидается больших нагрузок оборудования. Для предотвращения прилипания листа к печке и закручивания его вокруг вала предусмотрена планка с отделителями бумаги.

Цветная печать

Для формирования цветного изображения используются четыре основных цвета:

• черный,
• желтый,
• пурпурный,
• голубой.

Печать осуществляется по тому же принципу, что и черно-белая, но прежде принтер разбивает картинку, которую нужно получить, на монохромные изображения для каждого из цветов. В процессе работы цветные картриджи переносят на бумагу свои рисунки, а их наложение друг на друга дает итоговый результат. Существует две технологии цветной печати.

Многопроходная

Принтер Brother HL-4050CDN

При этом способе используется промежуточный носитель – вал или лента переноса тонера. За один оборот на ленту наносится один из цветов, затем в нужное место подается другой картридж и поверх первого изображения накладывается второе. За четыре прохода на промежуточном носителе формируется полное изображение, которое переносится на бумагу. Скорость печати цветного изображения в принтерах, использующих эту технологию, в четыре раза меньше, чем монохромного.

Однопроходная

Принтер включает в себя комплекс из четырех отдельных печатающих механизмов под общим управлением. Цветные и черный картриджи выстроены в линейку, каждому соответствует отдельный лазерный блок и ролик переноса, а бумага проходит под фотобарабанами, последовательно собирая все четыре монохромных изображения. Только после этого лист попадает в печку, где тонер закрепляется на бумаге.

Однопроходная печать

Печатайте с удовольствием.

printerprofi.ru

Лазерный модуль D8-L2500 для гравера

Обзор про самосборный лазерный гравер/резак на основе 2,5 Ваттного лазерного модуля.
Если коротко – лазерный модуль D8–L2500 очень удобный. Он имеет и линзу, и драйвер питания лазерного диода. Умеет и выжигать, как точками, так и линией, а самое главное — резать!

Подробности читайте далее…

Сразу напомню про ТБ: при работе с лазером используйте очки (специальные, с учетом длины волны лазера), не направляйте его в глаза. Лазер очень мощный — даже небольшое отраженное излучение может серьезно повредить сетчатку.

Итак, в последнее время я все бился над улучшением лазерного гравера Neje с целью увеличения (в первую очередь) рабочей зоны и мощности для обработки различных материалов. В итоге, я пришел к тому, что проще сделать еще один, по образу китайских простеньких граверов на профиле.

На муське были обзоры подобных граверов (первый и второй обзоры). За основу я взял китайский комплект на алюминиевом конструкционном профиле 2020 и 2040. Забегая вперед, я скажу, что практика показала – проще делать все на одинаковом профиле 2040, так как значительно повышается удобство монтажа и жесткость рамы (на двойной профиль проще крепить элементы корпусных панелей, ножки, кабель-каналы).

Основа любого лазерного гравера – это лазерный модуль. Опыт работы с диодами, выдранными из всевозможной техники, а также с модулем от Neje у меня был, но захотелось чего-то большего. У китайцев продаются твердотельные лазерные сборки все-в-одном: модуль в виде алюминиевого радиатора цилиндрической (реже) или прямоугольной формы (чаще всего). Внутри радиатора установлен цилиндрик с лазерным диодом, из которого торчат два контакта для подключения питающего тока. Также внутри лазерного модуля установлен (и залит некой субстанцией) токовый драйвер для диода, чаще всего СС (continuous current), реже – драйвер с поддержкой ТТЛ-сигналов для управления мощностью лазера. Часто – имеется вентилятор охлаждения сбоку или с торца радиатора. С другого торца на выходе лазера располагается фокусирующая или коллимирующая линза (в зависимости от назначения модуля). Питание, как правило, бывает 5В или 12В. Лазерный твердотельные модули (диодные) бывают от сотен милливатт (например, от 0,3 Вт) до нескольких единиц (например, 5,5 китайских ватт). Чем больше мощность, тем выше цена, причем за мощные модули цена настолько высокая, что проще рассмотреть возможность установки трубки СО2, но это совсем другая история. Имейте ввиду, что китайские ватты не всегда соответствуют реальности (очень тяжело оценить реальную мощность излучения). И запросто можно купить один и тот же лазерный диод, промаркированный как 5,5W, так и 8W или 10W. Возможно, они будут отличаться завышенным током на сам диод, что сильно (в разы) сокращает время жизни диода.

Так как хотелось не только выжигать по дереву, но и резать что-либо (пластик, фанера, картон и т.п. – но не металлы!), то модуля от Neje мне уже не хватало, тем более выдранные из сидюков не катят, да и сгорают быстро. Было принято решение поискать и приобрести лазерный модуль на несколько ватт из Китая, в основном я выбирал из лазерных модулей на 450 нанометров (одни из самых доступных).
Существуют следующие разновидности лазерных головок на гирбесте:

1. 2,5Вт 12в;
2. 0,5 вт 12в;
3. 0,5 вт 5 в.
Все лазеры на 445нм (фиолетовый лазер), с вентилятором охлаждения и блоком питания в комплекте.

Помимо отличия в мощности, очевидно, что отличается и питающее напряжение. Модули для 5В очень удобны для питания павербанками/батарейками, ну а также для готовых корпусов с приводами на 5В. Не забывайте, что вентилятор тоже должен быть на 5В.
При питании шаговых двигателей от 12В есть смысл приобрести и лазерный модуль на 12В с целью унификации питания гравера (то есть потребуется только 1 БП на 12В). Это как раз мой вариант. В комплекте с D8-2500 идет блок питания на 12В и 5А, что явно за глаза хватает лазерному диоду, и в придачу остается для питания электроники Ramps и сервоприводов.

Описание посылки

Вот несколько фото самого лазерного модуля.

Дополнительная информация

Включил лазер для проверки цепей питания и правильности подключения.

Как то не сообразил установить поглощающую подложку, в итоге прожег свой фотофон.

Итак, расскажу про свой проект гравера, в который вылился апгрейд моего Neje. Эдакая каша из топора. Скрутил лазер, снял электронику. Понял, что из этого каши не сваришь. Заменил электронику и лазер. В итоге сам Neje я решил оставить в покое и отложить подальше (хотя, если интересно — появились версии с BlueTooth).

Хочу сказать, что существуют готовые рамы для установки лазера (XY плоттеры).

Но я решил собрать раму самостоятельно, тем более это не так уж и сложно.
Идея была очень простая – это применение конструкционного профиля 2020/2040 в качестве рамы и направляющих для простенького гравера формата А3, как в китайских граверах. Жесткость обеспечивается специальными (штатными) соединениями для конструкционного профиля. (внутренние соединители, уголки). Размеры профиля – размеры печатной области (минус каретки). Формат выбирал чуть больше листа А4 с расчетом на материалы небольших размеров. После Neje с его 3.5х3.5 разница просто огромная.

Электронику я обозревал ранее (есть варианты для RAMPS/LCD/SD/Marlin или CNCshield/GRBL). Шаговые двигатели демонтировал со старого устройства (nema17 – можно приобрести, они стандартные. Большие усилия не нужны, так как лазерная головка легкая. Я думаю, при небольших размерах осей можно использовать недорогие nema17 типа 17h3408). Заказал напиленный в размер профиль и фурнитуру (уголки и метизы). Заказал ролики (ролики фторопластовые или detilin’овые, есть V образные, есть комплектом с кареткой под ремень).

В любом случае, если Вас заинтересует самостоятельная сборка принтера, то практически нет проблем найти чертежи для печати на принтере (stl) или чертежи для резки акрила. Существует несколько вариаций кареток и множество поделок на тему

Однозначно плюс комплекта лазерного модуля D8-L2500 – это наличие блока питания 12В 5А, что очень удобно. Буду запитывать шаговики от этого же БП.

Что потребуется для сборки

1 Лазерная головка Гравер/выжигатель — 1 шт.
2 Блок питания 12В Для питания лазера и приводов (1 шт, входит в комплект
лазера)
3 Блок питания 5в Для питания платы электроники (опционально)
4 2040 профиль продольные части рамы, Х-ось -2шт х420mm
5 2040 профиль поперечные части рамы — 2 шт х350mm
6 2040 профиль Перекладина Y оси — 1 шт х380mm
7 Nema17 Два по X, один по Y — 3 шт
с приводными не обязательно мощные
шестернями
8 Ремень GT2-6mm Два отрезка по X, один по Y -1,5 метра примерно
9 Концевики Крайние положения X Y осей — 2 шт.
10 RAMPS 1.4 Набор управляющей — 1 шт (брал все комплектом
11 Ardu Mega R3 электроники* — 1 шт
12 Display+SD shield+шлейфы — 1 шт.
13 A4988 driver, с радиаторами — 2 шт
14 Набор метизов (винты М3, М4, М5, гайки М3 — Комплект
М4, М5, Т-гайки, шайбы и т.д.)
Для крепления рамы, ремней,
двигателей, для сборки кареток,
и т.д.
15 Уголки внутренние Для крепления углов рамы — 4 шт.
16 Ножки или стойки По углам — 4 шт
17 Комплект проводов -К-т
18 Кабель-каналы** — 1,5 метра примерно
19 Ролики Для кареток*** 12 (три каретки по 4 шт)

* Электронику можно заменить на Arduino Uno/Nano и CNC shield c драйверами (A4988/DRVxxxx)
**Есть еще спиральный кабель-канал.
*** Можно использовать по 3 ролика, или разные ролики (по диаметру), в зависимости от выбранных кареток.

По метизам могу подсказать только примерно, брал с запасом разных номиналов, потом по факту смотрел что подойдет. Рекомендую покупать на оптовках или заказать с али (я в итоге потратил в несколько раз больше, покупая в розницу, чем взял бы пару лотов на Али по 50-100 гаек и винтов).
Если каретки из акрила, можно не делать двойную – я перестраховался, из-за этого увеличилась толщина каретки и уменьшилась рабочая зона почти на 6 см. Можно и ролики взять поудобнее, с запрессованной втулкой М5.
Оригинальный вариант OpenBuilds предполагал использование всего 3 роликов — два ходовых и один, помельче, прижимающий.

Для облегчения кареток, вместо нескольких шайб я использовал печатные втулки. Подбирается и делается все за три минуты, печатается примерно также по времени. Можно набирать шайбами или делать другие проставки. При проектировании лучше учитывать небольшой запас по размерам отверстий в плюс, из-за усадки пластика.

Вот что получилось.

Дополнительная информация

Нагрев проверял иногда – при периодической работе в течении часа на полную мощность (с перерывами) лазер не нагревался больше 40-50 градусов. В длительном режиме я не гонял, я думаю если потребуется в случае большего прогрева лазера, установлю дополнительный вентилятор на радиатор.

Вот результаты работы

К сожалению, не успел приехать второй заказ с удлинителями проводов для сервоприводов и с кабельканалом – у меня сейчас органичена рабочая область – провода внатяг идут, так что теста на большом полотне не будет (ну или попозже выложу).

Небольшой минус – работа подобного гравера в квартире это зло))) Очень много дыма от картона и дерева. Пластик и акрил я по этой причине не резал. Нужна хорошая вытяжка.

В планах – сделать ножки, подобие корпуса, убрать провода в каналы (есть возможность пустить провода внутри профиля или по пазам, с фиксацией их клипсами). Очень нужна вентиляция, вытяжка и корпус.
пока в планах адаптировать лазерный модуль для работы с ШИМ заменой драйвера на внешний.
И я нахожусь в поисках программного обеспечения для конвертации изображений в жкод. То, что испоробовал мне не помогло.
Еще есть мысль — можно добавить третью ось с кротким ходом. Это позволит более гибко подстраиваться под материалы с большой толщиной.

Есть кстати очень интересный проект выжигателя. Ось Z понадобится, с небольшим ходом.

Долго общался с техподдержкой по поводу ШИМ-управления мощностью.
ШИМ или ТТЛ модуляции в лазере нет.

Под спойлером расчлененка.

Вот тут даже тема есть по этому поводу.
ТТЛ контакты — это Т- и Т+, сигналы внешней модуляции. Как видно, на плате есть два Т+: один должен был бы уходить вовнутрь на плату драйвера, второй — припаивается внешний сигнал. Ничего на плате не распаяно. На драйвер уходит только питание. То есть драйвер «не умеет» ТТЛ.

В процессе узнал заодно, что появился купон на этот модуль, делюсь с муськовчанами

Купон: MODULE
Действует до 31 октября 2016.

Выводы
В целом приобретение данного модуля высвободило мне время, которое уходило на переделки диодов без корпусов. Не надо под каждый подбирать линзу, питание, пихать все в корпус. Стоимость модуля достаточно высокая, но если сравнивать стоимость готовой конструкции лазерного гравера типа такого, то в итоге выгода очевидна. Дело в том, что стоимость лазера – это больше половины стоимости гравера целиком. В остальном – это стоимость профиля, двигателей и электроники (по мелочи).

P.s. Пишите в комментариях, интересен ли проект и надо ли далее рассказывать: я могу выложить обзор на электронику под данный гравер с описанием прошивки (и корректировки) для работы с ЖК и SD.

А вот что бывает…

… при использовании условно бесплатного ПО

Софт просто не позволяет добиться окончательного результата. Выдает только обрезки ж-кода.
Выжег только две буквы MY и дальше остановился…

Спасибо все, кто дочитал до конца!!!

Отдельное спасибо администрации сайта Mysku.ru за новый раздел в каталоге: «Оборудование с ЧПУ»!

mysku.ru