Laserdrucker sind fotoelektrische Drucker, die nach dem Prinzip der Elektrofotografie (Xerox-Verfahren) arbeiten. Der Laserdrucker benutzt eine Bildtrommel, die mit einem Photoleiter beschichtet ist und deren nutzbare Oberfläche in der Regel einer DIN-A4-Seite entspricht. Die einzelnen Schritte des Druckprinzips werden im Folgenden genauer beschrieben.
Konditionierung der Bildtrommel
Die Beschichtung wird zunächst elektrostatisch negativ aufgeladen, entweder mittels einer Ladekorona (das ist ein dünner, nahe der Bildtrommel angebrachter Draht, der unter hohe Spannung gesetzt wird) oder mittels Ladungswalzen. Diese Walzen haben gegenüber der Ladekorona den Vorteil, dass kaum noch Ozon produziert wird, weil keine hochspannungsführenden Teile in Kontakt mit der Umgebungsluft stehen.
Belichtung
Zur Belichtung wird ein Laserstrahl über einen rotierenden Polygon- und einen Umlenk-Spiegel zeilenweise auf die Bildtrommel gelenkt und dabei rasterartig an- beziehungsweise ausgeschaltet. Die Trommel wird also überall dort, wo es notwendig ist, Punkt für Punkt von diesem zeilenweise hin- und herbewegten Laserstrahl beschrieben (bei einfachen Laserdruckern meist mit einer Punktdichte von etwa 300; bei hochwertigen Laserdruckern wird eine deutlich höhere Auflösung benutzt).
Die Ladung auf dem Photoleiter wird nun an den Stellen gelöscht, an denen später kein Toner auf die Trommel aufgetragen werden soll. An den belichteten Stellen wird der Photoleiter leitend und verliert dadurch seine Ladung. Sind keine Informationen (Buchstaben, Bilder) aufzubringen, bleibt der Laser für den entsprechenden Punkt aus und damit die Ladung unverändert. Ob und wie der Laser aktiv wird, hängt von den Daten des Anwendungsprogramms (Grafik, Text, usw.) ab. So entsteht ein Negativ des späteren Ausdrucks in spiegelverkehrter Form auf der Bildtrommel. Bei Farb-Laserdruckern belichtet der Laserstrahl die Bildtrommel oder das Transferband viermal pro Druck, das heißt für jede Farbe einmal.
Grauabstufungen bei einfachen Laserdruckern beziehungsweise weitere Farben bei einfachen Farblaserdruckern werden durch Annäherung von Halbtönen mittels Druckraster (Halbtonrasterung) erreicht. Höherwertige Laserdrucker realisieren höhere Auflösungen, da sie Mischfarben durch echte Farbmischung auf dem Druckmedium erzeugen (Vollfarbsystem). Bei Laserdruckern wird die Ladung auf der Trommel nicht in einem Schritt auf Null reduziert, sondern kann in Stufen (bis zu 256) abgeschwächt werden. Erreicht wird die Abschwächung entweder durch unterschiedliche Verweildauer des Lasers an einer Stelle oder durch Mehrfachüberstreichen der entsprechenden Stelle.
Entwicklung
Die Bildtrommel dreht sich weiter und wird in der Entwicklereinheit (ein technisches Bauteil eines Laserdruckers) in unmittelbare Nähe des elektrostatisch gegensätzlich zum Photoleiter negativ aufgeladenen Toners gebracht, der Eisenteilchen enthält. Die Entwicklereinheit dient dazu, eine dünne Tonerschicht auf die Bildtrommel aufzutragen, die anschließend von der Fixiereinheit auf das Papier geschmolzen wird, das bedeutet aufgrund der gegensätzlichen Ladung springt der Toner auf die Trommel über. Das Toner-Pulver haftet jedoch nur an denjenigen Stellen, an denen der Laserstrahl die Ladung gelöscht hat.
Toner-Transfer
Der Photoleiter bewegt sich weiter und bringt den Toner entweder direkt mit dem zu bedruckenden Medium (Papier, Folie,...) oder zunächst mit einer Transferwalze oder einem Transferband in Kontakt. Beim Mehrfarbdruck werden bei älteren Laserdruckern nacheinander alle Tonerfarben auf das Transfermedium aufgebracht. Um die einzelnen Farbauszüge nicht gegeneinander zu versetzen, muss der Photoleiter besonders präzise arbeiten. Die Übertragung des Toners auf das Papier erfolgt anschließend in einem Schritt für alle vier Farben. Alternativ zum Transfermedium werden auch elektrostatisch vorgeladene Papiertransportbänder, sogenannte Electrostatic Transport Belts, verwendet, auf denen das Papier positioniert werden kann als wäre es festgeklebt.
Auf dem Transferband oder der Transferwalze ist jetzt also das spiegelverkehrte Abbild des zu druckenden Bildes enthalten. Der Farblaser muss es jetzt nur noch aufs Papier übertragen. Damit der Toner auf dem Papier haftet, muss dieses vorher positiv aufgeladen werden. Diese Aufgabe kann entweder ein Coronadraht oder eine Ladewalze (PCR) übernehmen. Der Farblaser legt an den Coronadraht Hochspannung an. Um den Draht entsteht dadurch ein starkes Spannungsfeld, welches das Papier mit einer positiven Ladung versorgt. Anstatt eines Coronadrahts setzen manche Hersteller für Laserdrucker auch eine Ladewalze ein, die direkt am Papier anliegt und dadurch kein Spannungsfeld aufbauen muss. Das verhindert, dass giftiges Ozon entsteht.
Die Mechanik im Drucker führt dann das Papier an dem Transferband vorbei. Dabei zieht das positiv geladene Papier den negativ geladenen Toner regelrecht an sich.
Neuere Farb-Laserdrucker bestehen aus vier einzelnen Druckwerken, das heißt für jede Farbe ein Werk. Das zu bedruckende Papier durchläuft alle vier Druckwerke nacheinander, das bedeutet, dass eine noch genauere Positionierung des Papiers notwendig ist. In der Regel wird zuerst der Toner in der Farbe Cyan auf die Bildtrommel aufgetragen, dann die Farbe Magenta, danach gelb und zuletzt der schwarze Toner. Dieses Druckverfahren hat den Vorteil, dass kontinuierlich gedruckt werden kann. Während bei älteren Laserdruckern mit Transferband das Band immer nur mit jeweils einer Farbe beschickt werden konnte (die vier Tonerkartuschen werden nacheinander eingesetzt, so dass das Transferband vier Umläufe benötigt, um eine einzige Seite zu vervollständigen), können neuere Laserdrucker mit vier getrennten Druckwerken bereits im ersten Druckwerk die Folgeseite drucken, während das letzte Druckwerk noch die vorhergehende Seite druckt. Dadurch erreichen sie im Farbdruck die gleiche Seitenleistung (entspricht der Anzahl der Druckseiten pro Minute), wie im Monochrom-Druck. Bei den alten Laserdruckern mit Transfer-Band verringert sich beim Farbdruck im Vergleich zum Monochrom-Druck die Seitenleistung auf 25 Prozent.
Fixierung
Damit der Toner nicht nur lose auf dem Papier liegt, muss dieser noch fixiert werden. Bei der Fixierung wird das Papier zunächst zur Fixiereinheit weiterbewegt. Die Fixiereinheit besteht im wesentlichen aus zwei Hohlwalzen, die eine besondere Beschichtung tragen (z. B. Teflon oder Silikongummi). Im Inneren von mindestens einer der zwei Walzen befindet sich ein Heizstab, der die Walze auf rund 180 °C (± 10 °C, je nach verwendetem Medium) aufheizt. Die andere Walze sorgt für den nötigen Gegendruck. Beim Durchlaufen des Blatt Papiers schmelzen die im Toner befindlichen Harze durch die Hitze und den Druck und somit verklebt der Toner dann mit dem Papier. Daher ist das Papier, das aus dem Laserdrucker kommt, immer sehr warm. Dafür, dass möglichst wenig Toner an den Heizwalzen haften bleibt, sorgt einerseits die Beschichtung, andererseits wiederum eine entsprechende, leichte elektrostatische Aufladung der Walzen. Diese stoßen den Toner ab (obere Walze) beziehungsweise ziehen den Toner an (untere Walze). Der Toner, der trotzdem auf den Heizwalzen verbleibt, wird bei höherwertigen Laserdruckern durch Reinigungswalzen oder ein Reinigungsvlies entfernt.
Teilweise wird auch eine Nassfixierung verwendet. Dabei wird die Heizung über austauschbare Kartuschen mit Silikonöl versorgt wird, das die Reinigungswalzen benetzt. Je nach konstruktivem Aufwand der Fixiereinheiten liegen die Standzeiten im Bereich zwischen 40.000 und 400.000 Druckseiten. Als einziger Hersteller arbeitet die Firma Océ, eines der global führenden Unternehmen im Bereich hochwertiger Druck- und Dokumentmanagement-Lösungen, mit einem Fixierverfahren bei dem eine wesentlich niedrigere Fixiertemperatur (von nur rund 70 °C) verwendet wird, dafür aber ein wesentlich höherer Druck. Das Verfahren ist konstruktiv wesentlich aufwendiger und deshalb auch sehr teuer. Der Vorteil ist, dass auch wärmeempfindlichere Medien bedruckt werden können. Bei Farb-Laserdruckern werden die einzelnen Grundfarben mit entsprechendem Toner übereinander gedruckt und anschließend fixiert.
Vollentladung
Wenn sich die Bildtrommel dann weiterdreht, wird der verbleibende Resttoner von der Trommel abgestreift. Bei aufwändiger konstruierten Laserdruckern wird der restliche Toner in einem Resttonerbehälter gesammelt. Dazu wird die Trommel zuerst durch eine Vollbelichtung entladen. Bei kleineren Laserdruckern mit integrierten Toner-Trommel-Kartuschen wird der verbleibende Toner zurück in die Entwicklereinheit befördert.
Im Gegensatz zu Schwarz-Weiß-Laserdruckern ist bei Farb-Laserdruckern die vierfache Menge Toner auf dem Papier. Das kann zur Folge haben, dass der Toner an den Walzen der Fixiereinheit kleben bleibt, anstatt auf dem Papier zu haften. Um das zu verhindern, benetzen einige Farb-Laserdrucker die Fixierwalzen zusätzlich mit einem dünnen Film Silikonöl. Das sorgt dann oft für einen unerwünschten Glanz auf dem Papier. Moderne Farblaserdrucker wie beispielsweise der HP Color Laserjet 4600N arbeiten ohne Fixieröl. Die Tonerpartikel besitzen eine dünne Wachsschicht, welche die Aufgabe des Öls übernehmen. An dem Papierauswurf kann man feine Härchen erkennen, die über das Papier streichen und dafür sorgen, dass sich das noch positiv geladene Papier wieder neutralisiert. Die Blätter würden ansonsten aneinander haften.
Siehe auch: Toner-Refill selbstgemacht
Einen Überblick zu weiteren Drucktechniken finden Sie hier:
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