Ксерография — это метод сухого фотокопирования . [1] Первоначально называвшийся электрофотографией, он был переименован в ксерографию — от греческих корней ξηρός xeros , что означает «сухой» и -γραφία -graphia , что означает «писать», — чтобы подчеркнуть, что в отличие от методов репродукции, которые использовались в то время, таких как цианотипия , в процессе ксерографии не использовались жидкие химикаты . [2]
Ксерография была изобретена американским физиком Честером Карлсоном , в значительной степени основанным на вкладе венгерского физика Пала Селеньи . Карлсон подал заявку и получил патент США 2,297,691 6 октября 1942 года.
Инновация Карлсона объединила электростатическую печать с фотографией , в отличие от процесса сухой электростатической печати , изобретенного Георгом Кристофом Лихтенбергом в 1778 году. [3] Первоначальный процесс Карлсона был громоздким и требовал нескольких этапов ручной обработки с использованием плоских пластин.
В 1946 году Карлсон подписал соглашение с Haloid Photographic Company о разработке его в качестве коммерческого продукта. До этого года Карлсон предложил свою идею более чем дюжине компаний, но ни одна из них не заинтересовалась. Президент Haloid Джозеф С. Уилсон увидел перспективность изобретения Карлсона и позаботился о том, чтобы Haloid усердно работала над созданием работающего коммерческого продукта.
Прошло почти 18 лет, прежде чем был разработан полностью автоматизированный процесс, ключевым прорывом которого стало использование цилиндрического барабана, покрытого селеном, вместо плоской пластины. Это привело к выпуску первого коммерческого автоматического копировального аппарата Xerox 914 компанией Haloid/Xerox в 1960 году.
Ксерография в настоящее время используется в большинстве фотокопировальных аппаратов, а также в лазерных и светодиодных принтерах .
Первым коммерческим применением была ручная обработка плоского фотодатчика (электростатического компонента, который обнаруживает присутствие видимого света) с копировальной камерой и отдельным процессорным блоком для производства офсетных литографических пластин. Сегодня эта технология используется в фотокопировальных машинах , лазерных принтерах и цифровых печатных машинах , которые постепенно заменяют многие традиционные офсетные печатные машины в полиграфической промышленности для более коротких тиражей.
Использование цилиндра для переноса фотодатчика позволило сделать возможной автоматическую обработку. В 1960 году был создан автоматический фотокопировальный аппарат , и с тех пор было построено много миллионов таких устройств. Тот же процесс используется в принтерах микроформ и лазерных или светодиодных принтерах для вывода информации с компьютера . Металлический цилиндр, называемый барабаном, установлен для вращения вокруг горизонтальной оси. Барабан вращается со скоростью вывода бумаги. За один оборот поверхность барабана проходит через этапы, описанные ниже.
Сквозное измерение — это ширина отпечатка, который должен быть произведен, плюс большой допуск. Барабаны в копировальных аппаратах, первоначально разработанных корпорацией Xerox, были изготовлены с поверхностным покрытием из аморфного селена (в последнее время керамический или органический фотопроводник или OPC), нанесенным методом вакуумного осаждения . Аморфный селен будет удерживать электростатический заряд в темноте и будет отводить такой заряд на свету. В 1970-х годах корпорация IBM пыталась обойти патенты Xerox на селеновые барабаны, разработав органические фотопроводники в качестве альтернативы селеновому барабану. В оригинальной системе фотокопировальные аппараты, которые полагались на кремний или селен (и его сплавы), заряжались положительно при использовании (следовательно, работали с отрицательно заряженным порошком « тонера »). Фотопроводники, использующие органические соединения, электрохимически заряжаются наоборот предыдущей системе, чтобы использовать их собственные свойства при печати. [4] В настоящее время предпочтение отдается органическим фотопроводникам, поскольку их можно наносить на гибкую овальную или треугольную ленту вместо круглого барабана, что позволяет значительно уменьшить размер устройства.
Фотобарабаны лазерных принтеров изготавливаются из сэндвич-структуры легированного кремниевого диода со слоем кремния, легированного водородом, заряжаемым светом, выпрямляющим (диодным) слоем из нитрида бора , который минимизирует утечку тока, и поверхностным слоем кремния, легированного кислородом или азотом; нитрид кремния является устойчивым к истиранию материалом.
Ниже описаны этапы процесса, применяемые к цилиндру, как в фотокопировальном аппарате. Некоторые варианты описаны в тексте. Каждый этап процесса имеет варианты дизайна. Физика ксерографического процесса подробно обсуждается в книге. [5]
Электростатический заряд в -600 вольт равномерно распределяется по поверхности барабана коронным разрядом от коронного блока (коротрона), выход которого ограничен управляющей сеткой или экраном. Этот эффект также может быть достигнут с помощью контактного ролика с приложенным к нему зарядом. По сути, коронный разряд генерируется очень тонкой проволокой на расстоянии от 1 ⁄ 4 до 1 ⁄ 2 дюйма (от 6,35 до 12,7 мм) от фотопроводника. Отрицательный заряд помещается на проволоку, которая ионизирует пространство между проволокой и проводником, поэтому электроны будут отталкиваться и выталкиваться на проводник. Проводник устанавливается на верхней части проводящей поверхности, поддерживаемой на нулевом потенциале. [6]
Полярность выбирается в соответствии с позитивным или негативным процессом. Позитивный процесс используется для создания черно-белых копий. Негативный процесс используется для создания черно-белых копий с негативных оригиналов (в основном микропленки) и для всей цифровой печати и копирования. Это позволяет экономить лазерный свет с помощью метода экспозиции «черное письмо» или «запись на черное».
Документ или микроформа , которую нужно скопировать, освещается вспышками на валике и либо пропускается через линзу, либо сканируется движущимся светом и линзой, так что его изображение проецируется на движущуюся поверхность барабана и синхронизируется с ней. В качестве альтернативы изображение может быть экспонировано с помощью ксеноновой вспышки, освещающей поверхность движущегося барабана или ленты достаточно быстро, чтобы получить идеальное скрытое изображение. Если на документе есть текст или изображение, соответствующая область барабана останется неосвещенной. Если изображения нет, барабан будет освещен, и заряд будет рассеян. Заряд, который остается на барабане после этого экспонирования, является «скрытым» изображением и является негативом исходного документа. [6]
Будь то сканирующая или стационарная оптическая система, комбинации линз и зеркал используются для проецирования исходного изображения с пластины (сканирующей поверхности) на фотопроводник. Дополнительные линзы с различными фокусными расстояниями или зум-объективы используются для увеличения или уменьшения изображения; скорость сканирования должна адаптироваться к элементам или сокращениям. [4]
Барабан уступает ремню в том смысле, что, хотя он и проще ремня, он должен постепенно буферизоваться по частям, катящимся по изогнутому барабану, в то время как плоский ремень эффективно использует одно воздействие для создания прямого прохода. [4]
В лазерном или светодиодном принтере модулированный свет проецируется на поверхность барабана для создания скрытого изображения. Модулированный свет используется только для создания позитивного изображения, отсюда и термин «blackwriting».
В копировальных аппаратах большого объема барабан представлен медленно турбулентной смесью частиц тонера и более крупных, железных, многоразовых частиц носителя. Тонер представляет собой порошок; его ранней формой был углеродный порошок, затем смешанный с полимером. Частицы носителя имеют покрытие, которое при перемешивании генерирует трибоэлектрический заряд (форма статического электричества), который притягивает покрытие из частиц тонера. Кроме того, смесь обрабатывается магнитным валиком, чтобы представить на поверхности барабана или ленты кисть тонера. При контакте с носителем каждая нейтральная частица тонера имеет электрический заряд полярности, противоположной заряду скрытого изображения на барабане. Заряд притягивает тонер, формируя видимое изображение на барабане. Для управления количеством переносимого тонера к проявочному валику подается напряжение смещения, чтобы противодействовать притяжению между тонером и скрытым изображением.
Если требуется негативное изображение, например, при печати с микроформного негатива, то тонер имеет ту же полярность, что и коронный разряд на этапе 1. Электростатические силовые линии отбрасывают частицы тонера от скрытого изображения к незаряженной области, которая является экспонированной областью негатива.
Ранние цветные копировальные аппараты и принтеры использовали несколько циклов копирования для каждой страницы вывода, используя цветные фильтры и тонеры. Современные устройства используют только одно сканирование на четыре отдельных, миниатюрных блока обработки, работающих одновременно, каждый со своими собственными коронами, барабаном и блоком проявки.
Бумага проходит между барабаном и коронным зарядом переноса, полярность которого противоположна заряду тонера. Изображение тонера переносится с барабана на бумагу с помощью комбинации давления и электростатического притяжения. На многих цветных и высокоскоростных машинах коронный заряд переноса обычно заменяют одним или несколькими заряженными роликами переноса смещения, которые оказывают большее давление и создают изображение более высокого качества.
Электрические заряды на бумаге частично нейтрализуются переменным током от второго коронного разряда, обычно создаваемого в тандеме с коронным разрядом переноса и сразу после него. В результате бумага вместе с большей частью (но не со всем) тонерным изображением отделяется от поверхности барабана или ленты.
Изображение тонера постоянно фиксируется на бумаге с помощью механизма нагрева и давления (термофиксатор с горячим валом) или технологии лучистого спекания (термофиксатор в печи) для расплавления и связывания частиц тонера с носителем (обычно бумагой), на котором выполняется печать. Также раньше были доступны «офлайновые» паровые термофиксаторы. Это были лотки, покрытые хлопчатобумажной марлей, сбрызнутые летучей жидкостью, например эфиром. Когда перенесенное изображение приближалось к пару от испаряющейся жидкости, результатом была идеально зафиксированная копия без каких-либо искажений или миграции тонера, которые могут возникнуть при использовании других методов. Этот метод больше не используется из-за выделения паров.
Барабан, который уже был частично разряжен во время отсоединения, далее разряжается светом. Весь оставшийся тонер, который не переместился на шаге 6, удаляется с поверхности барабана вращающейся щеткой под всасыванием или скребком, известным как чистящее лезвие. Этот «отходы» тонера обычно направляются в отсек для отработанного тонера для последующей утилизации; однако в некоторых системах он направляется обратно в блок проявки для повторного использования. Этот процесс, известный как возврат тонера, намного более экономичен, но может привести к снижению общей эффективности тонера из-за процесса, известного как «загрязнение тонера», при котором уровни концентрации тонера/проявителя с плохими электростатическими свойствами могут накапливаться в блоке проявки, что снижает общую эффективность тонера в системе.
Некоторые системы отказались от отдельного проявителя (носителя). Эти системы, известные как монокомпонентные, работают так же, как указано выше, но используют либо магнитный тонер, либо плавкий проявитель. Нет необходимости заменять изношенный проявитель, поскольку пользователь эффективно заменяет его вместе с тонером. Альтернативная проявочная система, разработанная KIP на основе заброшенной линии исследований Xerox, полностью заменяет манипуляцию магнитным тонером и систему очистки серией управляемых компьютером, изменяющихся смещений. Тонер печатается непосредственно на барабане, путем прямого контакта с резиновым проявочным валиком, который, изменяя смещение, удаляет весь нежелательный тонер и возвращает его в блок проявки для повторного использования.
Развитие ксерографии привело к появлению новых технологий, которые в конечном итоге могут искоренить традиционные офсетные печатные машины. Эти новые машины, которые печатают в полном цвете CMYK , такие как Xeikon, используют ксерографию, но обеспечивают почти такое же качество, как и традиционные чернильные отпечатки.
Ксерографические документы (и тесно связанные с ними распечатки лазерного принтера) могут иметь превосходную архивную долговечность, в зависимости от качества используемой бумаги. Если используется некачественная бумага, она может пожелтеть и деградировать из-за остаточной кислоты в необработанной целлюлозе; в худшем случае старые копии могут буквально рассыпаться на мелкие частицы при обращении. Высококачественные ксерографические копии на бескислотной бумаге могут храниться так же долго, как и машинописные или рукописные документы на той же бумаге. Однако ксерографические копии уязвимы к нежелательному переносу тонера, если они хранятся в прямом контакте или в непосредственной близости от пластификаторов , которые присутствуют в папках-регистраторах, изготовленных из ПВХ . В крайних случаях чернильный тонер прилипнет непосредственно к крышке папки, отрываясь от бумажной копии и делая ее неразборчивой.
Ub Iwerks адаптировал ксерографию, чтобы исключить этап ручной прорисовки в процессе анимации, печатая рисунки аниматора непосредственно на анимационных целлах . Первым анимационным фильмом, использовавшим этот процесс, был «Сто один далматинец» (1961), хотя эта техника уже была опробована в « Спящей красавице» , выпущенной двумя годами ранее. Сначала были возможны только черные линии, но в 1977 году были введены и использованы серые линии в «Спасателях» , а в 1980-х годах были введены и использованы цветные линии в анимационных фильмах, таких как «Секрет НИПЗ» . [7]
Ксерография использовалась фотографами по всему миру как прямой процесс получения изображений, художниками книг для публикации уникальных или многотиражных книг, а также художниками-сотрудниками в портфолио, например, созданных Международным обществом художников-копировальщиков, основанным американским гравером и художником книг Луизой Одес Нидерланд . [8] Художественный критик Рой Проктор сказал о художнице/кураторе Луизе Нидерланд во время ее резиденции на выставке Art ex Machina в галерее 1708 в Ричмонде, штат Вирджиния: «Она является живым доказательством того, что, когда новая технология начнет выпускаться массово, художники будут достаточно любопытны и изобретательны, чтобы исследовать ее творческое использование. [9]
электрофорус вольта.
Бодлер считал, что машины станут смертью искусства», — сказала на этой неделе нью-йоркская художница Луиза Нидерланд во время беседы в 1708 East Main [Галерея]. «С другой стороны, если бы у Леонардо да Винчи был фотокопировальный аппарат, я думаю, он бы им пользовался.