mini|hochkant=1.5|Laserdrucker für Heimanwendungen, 2006 Der Laserdrucker ist ein (elektrofotografischer, nichtmechanischer, anschlagfreier) Drucker zur Produktion von Ausdrucken auf Papier oder Folien im Elektrofotografieverfahren mittels Laserstrahlen. Laserdrucker sind Matrixdrucker und zählen zu den Seitendruckern, da Belichtung und Druck der ganzen Seite in einem Durchlauf erfolgen. Die Auflösung eines Laserdruckers beträgt üblicherweise zwischen 600 und 1200 dpi, Hochleistungsgeräte erreichen bis zu 2400 dpi.
Im allgemeinen Sprachgebrauch werden auch mit Leuchtdioden arbeitende LED-Drucker und LED-Plotter meist als „Laserdrucker“ bezeichnet, weil das Funktionsprinzip bis auf die Belichtung weitgehend mit dem elektrofotografischen Druckverfahren identisch ist, das bei Kopiergeräten benutzt wird. mini|hochkant=1.5|Laserdrucker: (1) Drucker-Controller; (2) Bildtrommel; (3) Toner; (4) Papiereinzugswalzen; (5) Fixiereinheit
Geschichte Der Physiker Chester F. Carlson (1906–1968) meldete im Jahre 1937 die Elektrophotographie zum Patent an. Diese Erfindung war ein Grundstein des heutigen Laserdruckers unter Ausnutzung elektrischer Ladung. Carlson war zu jener Zeit in der Patentabteilung einer Elektrofirma tätig und fertigte manuell Kopien von Patentanmeldungen. Es gab bis dato noch kein maschinelles Vervielfältigungsverfahren. Der Tüftler und Bastler machte sich ans Werk und schaffte es am 22. Oktober 1938 mit Hilfe des Physikers Otto Kornei, die erste Fotokopie mit Bärlappsporen auf einer Glasplatte anzufertigen. Der heutige Laserdrucker basiert auf demselben Prinzip.
Carlson hatte anfangs Schwierigkeiten, seine Erfindung zu vermarkten. Unternehmen wie IBM oder General Electric zeigten sich skeptisch und desinteressiert. Im Jahre 1944 konnte er seine Idee jedoch an das Batelle Memorial Institute in Ohio verkaufen. Ihm wurden 3000 US-Dollar zur Verfügung gestellt, um seine Idee in die Tat umzusetzen. 1950 kam schließlich der erste Trockenkopierer der Firma Haloid auf den Markt (Modell A). Als das Geschäft zu laufen begann, änderte man aus marketingstrategischen Gründen den Produkt- und Firmennamen. So wurde aus der Elektrofotografie die Xerographie. Der Firmenname wurde in Haloid Xerox Inc. umgeändert, ab 1961 hieß sie nur noch Xerox.
1953 produzierte Bob Gundlach, der Erfinder des ersten Xerox Kopierers, in seinem Labor die ersten Vollfarbdrucke. 1959 meldete Xerox das erste Farbpatent an. Mit dem Modell Xerox 914 waren bereits 6 Kopien pro Minute möglich. Man konnte dieses Gerät nicht kaufen, sondern nur mieten. So konnte sich das Unternehmen Xerox Corp. über einen langen Zeitraum eine gute Einnahmequelle sichern.
Im Jahre 1970 eröffnete Xerox das Palo Alto Research Center (PARC). Der dort angestellte Ingenieur Gary Starkweather entwickelte das erste Laserdruckgerät. Ihm gelang es, Laserstrahlen zu modulieren und so ein Druckbild herzustellen. Der erste Laserdrucker arbeitete nach der ROS-Technik (raster output scanner) und konnte 500 Punkte pro Zoll (dpi) drucken. Durch die Zusammenarbeit hervorragender Techniker gelang 1973 die Herstellung eines kleinen PCs (Xerox Alto), der mit einer Maus, einer grafischen Oberfläche und dem ersten kommerziell verwendbaren Laserdrucker (EARS, Ethernet-Alto research character generator scanning laser output terminal) ausgestattet war. Mit EARS war es möglich, in einer Auflösung von 384 dpi zu drucken. Im selben Jahr führte Xerox den Farbkopierer Xerox 6500 ein.
In den 1960er und 1970er Jahren erledigten Nadel- und Typenraddrucker den Großteil der Druckaufträge. Ein hochwertiger Laserdrucker kostete zwischen 100.000 und 350.000 US-Dollar. Im Mai 1984 kam der erste HP LaserJet auf den Markt. Er kostete nur noch 3495 US-Dollar und erfüllte sämtliche gestellte Anforderungen in Bezug auf Geschwindigkeit, Flexibilität und Druckqualität.
Das Hauptproblem bei der Entwicklung von Laserdruckern war es, den Laserstrahl zu modulieren. Zur Zeit der ersten Laserdrucker gab es nur Gaslaser, die nicht in der benötigten Geschwindigkeit ein- und ausgeschaltet werden konnten. Spezielle Optiken, die mechanisch verschoben wurden, oder Piezo-Kristalle, die mittels angelegter Spannung das Licht ablenkten, waren die einzige Möglichkeit, diese Aufgabe zu erfüllen. Bei den später üblichen Diodenlasern konnte dagegen der Lichtstrom sehr schnell moduliert werden.
1988 entwickelte der VEB Büromaschinenwerk „Ernst Thälmann“ Sömmerda (im Kombinat Robotron) den ersten Laserdrucker der DDR, den EC7230/LD20. Vermutlich wurden nur 7 Stück gebaut.robotrontechnik.de
Druckprinzip mini|hochkant=1.3|Tonerkassette eines Schwarzweiß-Laserdruckers mini|hochkant=1.3|Arbeitsweise eines Laserdruckers mini|hochkant=1.3|Eindimensionaler Laserscanner aus einem Laserdrucker:(1) Laserdiode, (2) Kollimator- und Fokussierlinsen und dahinter der Spiegel zu Positionserkennung durch Photosensor und der Zeilensynchronisation dient, (3) Glaskörper zur Linearitätskorrektur, (4) Polygonspiegel mit Motor, (5) Motortreiber/-steuer-IC Dem Laserdrucker liegt das Prinzip der Elektrofotografie (Xerox-Verfahren) zugrunde. Herzstück ist eine mit einem Photoleiter beschichtete Bildtrommel oder Endlosband.
Konditionierung des Photoleiters Die Beschichtung der Bildtrommel wird zunächst elektrostatisch aufgeladen; entweder mittels einer Ladekorona (eines dünnen, nahe der Trommel angebrachten Drahts, der unter hohe Spannung gesetzt wird und eine Koronaentladung erzeugt) oder mittels Ladungswalzen. Letzteres hat gegenüber der Ladekorona den Vorteil, dass kaum noch Ozon produziert wird, weil die hochspannungsführende Walze direkt in Kontakt mit der Bildtrommel steht und daher keine Ionisierung der Umgebungsluft stattfindet.
Belichtung Die Ladung auf dem Photoleiter wird nun durch Belichtung an den Stellen gelöscht, an denen später Toner auf die Trommel aufgetragen werden soll. Je mehr Licht auf Bereiche der Photoleiter-beschichteten Trommel fällt, desto mehr wird dieser entladen, da der Photoleiter bei Licht elektrisch leitend wird. Zur Belichtung wird ein Laserstrahl über einen rotierenden Spiegel (Laserscanner) zeilenweise auf die Trommel gelenkt und dabei rasterartig an- und ausgeschaltet. Dabei wird das zu druckende Bild latent in verbleibender und abgeleiteter elektrostatischer Ladung auf den Photoleiter projiziert.
Grauabstufungen werden bei einfachen Laserdruckern durch Halbtonrasterung erreicht. Entsprechend wird mit weiteren Farben bei einfachen Farblaserdruckern verfahren. Höherwertige Laserdrucker erreichen im Vollfarbsystem höhere Auflösungen. Bei ihnen wird die Ladung der Trommel nicht in einem Schritt auf Null reduziert, sondern in bis zu 256 Stufen abgeschwächt.
Ein Schwarzschreiber belichtet die mit Toner zu schwärzenden Bereiche des Bildes, ein Weißschreiber belichtet die weiß zu belassenden Bereiche des Bildes. Beim Schwarzschreiber werden schmale Linien deutlicher wiedergegeben, während sie beim Weißschreiber zum Einreißen neigen. Weißschreiber können schwarze Flächen besser darstellen. Der Unterschied liegt nicht nur in der Ansteuerung der Belichtung; geänderte Hochspannungen für Photoleiter und Toner sind weitere Voraussetzung.computerwoche.de Das Prinzip des Schwarzschreibers wurde bei Kopiergeräten benutzt, die Mikrofilm-Aufzeichnungen zurück auf Papier kopieren.
Entwicklung Der Photoleiter dreht sich weiter und wird in der Entwicklereinheit in unmittelbare Nähe des Toners gebracht. Die verbleibende statische Ladung zieht den Toner auf den Photoleiter. In der Entwicklereinheit wird der Toner auf ein Potential gebracht, das den Kontrast des Bildes bestimmt und verhindert, dass zu viel oder zu wenig Toner transferiert wird. Durch den Kunstharzanteil ist der Toner elektrisch isolierend.
Tonertransfer
Der Photoleiter bewegt sich weiter und bringt den Toner in Kontakt entweder direkt mit dem zu bedruckenden Medium (Papier) oder zunächst mit einer Transferwalze oder einem Transferband.
Beim Mehrfarbdruck werden bei älteren Laserdruckern nacheinander alle Tonerfarben auf das Transfermedium aufgebracht. Um registerhaltig zu bleiben, also die einzelnen Farbauszüge nicht gegeneinander zu versetzen, muss hier besonders präzise positioniert werden. Die Übertragung auf das Papier erfolgt anschließend in einem Schritt für alle vier Farben. Alternativ zum Transfermedium werden auch elektrostatisch vorgeladene Papiertransportbänder (Electrostatic Transport Belt) verwendet, auf denen das Papier wie festgeklebt positioniert werden kann. Bei neueren Geräten besteht der Farb-Laserdrucker aus vier einzelnen Druckwerken (für jede Farbe ein Werk), und das Papier durchläuft alle vier Druckwerke nacheinander. Hier ist eine noch genauere Positionierung des Papiers notwendig. Dieses Druckverfahren bietet aber den Vorteil, dass kontinuierlich gearbeitet werden kann. Während bei alten Geräten mit Transferband das Band immer nur mit einer Farbe beschichtet werden konnte (die vier Tonerkartuschen befinden sich in einer Revolver-Trommel und werden nacheinander zum Einsatz gebracht, so dass das Transferband vier Umläufe benötigt, um eine Seite zu vervollständigen), arbeiten moderne Drucker mit vier einzelnen Farbeinheiten, von denen die Toner auf ein Zwischenband (ITB – Intermediate Transfer Belt) übertragen werden. Durch die vier getrennten Druckwerke kann im ersten Druckwerk bereits die Folgeseite belichtet werden, während das letzte Druckwerk noch damit beschäftigt ist, die vorhergehende Seite zu belichten. Dadurch erreichen sie im Farbdruck die gleiche Seitenleistung (Druckseiten je Minute) wie im Monochrom-Druck. Bei alten Geräten mit Revolver-Trommel verringert sich beim Farbdruck die Seitenleistung auf 25 % im Vergleich zum Monochrom-Druck.
Der Toner wird anschließend durch elektrostatische Ladung dazu gebracht, vom Zwischenband auf das Papier zu springen. Dazu wird auf der Rückseite des Papiers mittels einer Transferrolle eine starke elektrische Ladung angelegt, die der Ladung des Toners entgegengesetzt ist.
Fixierung Das Papier bewegt sich weiter zur Fixiereinheit und diese besteht im Wesentlichen aus zwei Walzen, die eine besondere Beschichtung tragen (meist Teflon oder Silikongummi). Mindestens eine der Walzen ist hohl und hat einen Heizstab im Inneren, der die Walze auf rund 180 °C (±10 °C, je nach verwendetem Medium) aufheizt. Beim Durchlaufen des Blattes schmilzt der Toner und verklebt mit dem Papier. Dafür, dass möglichst wenig Toner an den Heizwalzen haften bleibt, sorgt einerseits die Beschichtung, andererseits wiederum eine entsprechende leichte elektrostatische Aufladung der Walzen, die den Toner abstoßen (obere Walze) bzw. anziehen (untere Walze, jenseits des Papiers). Der dennoch auf den Heizwalzen verbleibende Toner wird bei höherwertigen Geräten durch Reinigungswalzen oder ein Reinigungsvlies entfernt. Bei früheren Systemen kam eine Nassfixierung zum Einsatz, bei der die Heizung über austauschbare Kartuschen mit Silikonöl versorgt wird, welches die ebenfalls vom Benutzer zu tauschenden Reinigungswalzen benetzt. Je nach konstruktivem Aufwand der Fixiereinheiten liegen die Standzeiten im Bereich zwischen 40.000 und 400.000 Druckseiten.
Zur Energieeinsparung wird in modernen Fixierungen nur noch eine Walze verwendet, die durch eine Induktionsheizung erhitzt wird. Auf der Gegenseite wird ein antihaft-beschichtetes Band verwendet, das um einen Zylinder rotiert und nicht aufgeheizt werden muss. Durch diese Konstruktion kann die Fixierung in kürzerer Zeit auf die notwendige Fixiertemperatur aufgewärmt werden und kann nach Gebrauch schneller wieder abgesenkt werden, bis die nächste Seite gedruckt werden soll.