Électrophotographie
L' électrophotographie , la xérographie ou la méthode de télécopie électrique est une méthode électrophotographique de transmission d'informations au moyen de poudre de couleur chargée électriquement. Il s'agit d'un procédé d'impression photo-électrique permettant de dupliquer des documents à l'aide d'une imprimante électrophotographique (selon le type d'exposition, une distinction est faite entre les copieurs, les imprimantes LED et les imprimantes laser ). À cette fin, un photoconducteur est exposé à l'image optique d'un original, ce qui crée une image latente à partir de charges électriques. L'encre sous forme de toner adhère aux zones chargées, qui peuvent ensuite être utilisées pour imprimer une copie de l'original.
Dans le langage courant, le terme copie (ou photocopie , xérocopie ou copie sèche ) est utilisé comme synonyme, bien que l'électrophotographie ne soit pas le seul procédé de copie photographique.
Méthode d'électrophotographie
Une distinction est faite entre l' électrophotographie directe et indirecte ainsi qu'entre l' électrophotographie humide et sèche . Le procédé humide utilise une suspension d'un solvant aliphatique à faible constante diélectrique et le toner en tant que révélateur (voir aussi procédé de pelage humide ), tandis que le procédé sec utilise une poudre.
Procédure directe
La méthode directe utilise une couche photoconductrice sur le substrat lui-même ( p . ex. oxyde de zinc sur papier); le développement s'effectue par voie humide avec une suspension de toner dans un liquide isolant (par exemple du kérosène léger) ou avec de l'encre sèche.
Méthode indirecte
Comme les machines de xérographie, le procédé humide indirect utilise un tambour photosensible ; cependant, celui-ci est humidifié avec une suspension de toner. Le toner adhésif est appliqué directement sur le papier et n'a besoin que de sécher pour se fixer.
Processus à sec
Le procédé indirect à sec, qui est exclusivement utilisé aujourd'hui, utilise des tambours ou des bandes photosensibles dont l'image de toner est transférée sous forme de poudre sur le support (papier, film copieur) après développement et y est fixée thermiquement. Le processus fonctionne avec du toner sec ; on l'appelle donc aussi xérographie (du grec pour « écriture sèche »).
Procédé matriciel avec peinture liquide
En risographie , une matrice est d'abord exposée électrophotographiquement. Les trous fins qui en résultent transfèrent ensuite l'encre d'impression sur le papier. Le procédé permet une impression de masse peu coûteuse avec de grands tirages , à grande vitesse avec jusqu'à 180 pages par minute au format A3, en impression quadrichromie ou avec 16 couleurs monochromes et des grammages compris entre 40 et 400 g/m². Les copies ou impressions peuvent être réalisées avec des niveaux de gris différenciés générés par tramage . La risographie se caractérise par le fait que la couleur est appliquée sur le papier sans utilisation de produits chimiques ni de chaleur. L'avantage écologique s'accompagne de faibles coûts de consommation.
xérographie
La xérographie est une méthode de copie sèche de documents principalement sur papier ordinaire (par exemple, sous forme de fichiers) couramment utilisée dans tous les copieurs et imprimantes laser d' aujourd'hui . Les résultats de ces secs copieurs sont supérieurs à ceux des imprimantes à jet d'encre ou de processus en utilisant du papier thermique ( copieur thermique , imprimante thermique ) en termes de résolution, et la durabilité solidité à la lumière.
récit
L'électrophotographie est un procédé de copie inventé par l'Américain Chester F. Carlson avec son assistant Otto Kornei .
Le brevet a été déposé le 27 octobre 1937. La première tentative réussie a eu lieu le 22 octobre 1938 à l'aide d'une plaque de métal chargée électriquement d'un chiffon, de poudre de soufre, de fines spores de mousse d' ours et d'une plaque de cire. La première photocopie (copie sèche) indiquait « 10. – 22.-38 ASTORIA ». Il s'agissait de la date de la première photocopie, le 22 octobre 1938, et du lieu, Astoria, New York .
La Haloid Company a acheté le brevet en 1947 et a lancé le premier copieur commercial en 1949. En 1961, la Haloid Company a été rebaptisée Xerox . En Allemagne, la licence a été donnée à l'English Rank Group , dont est issue la société Rank Xerox . Le nom Xerox Machine est également utilisé pour le copieur lui-même dans les pays anglophones.
Fonctionnalité
L'élément central en xérographie est le tambour, qui est pourvu d'un revêtement photosensible, ci-après dénommé couche active ou photoconducteur . Il a la propriété d'être électriquement non conducteur dans l'obscurité, mais permet à l'électricité de conduire lorsque la lumière tombe dessus. Le sélénium amorphe a été utilisé jusqu'en 1975 environ ; on utilise aujourd'hui des semi - conducteurs organiques amorphes , du silicium amorphe ou du triséléniure d'arsenic (As 2 Se 3 ).
traiter
Charge corona de la couche active
Une série de fils fins en acier inoxydable ou en tungstène est chargée positivement par rapport à la couche active au moyen d'une tension généralement de 5 kV . En raison de la haute tension, l' air ambiant est ionisé , les ions négatifs sont attirés vers la couche active chargée positivement, où ils se déposent et la chargent négativement, car elle n'est pas conductrice dans l'obscurité. Le rouleau est chargé négativement, couche par couche.
exposition
La couche active sur le rouleau ou la bande souple est exposée :
- Avec le photocopieur (ou copieur analogique) l'original est éclairé par une source lumineuse puissante (par exemple lampe halogène ). L'original est imagé sur la couche active via un objectif.
- Avec une imprimante laser ou un copieur numérique, la lumière réfléchie est d'abord captée par un capteur linéaire , comparable à un scanner . Si nécessaire, après traitement de l'image, l'image d'impression numérisée est écrite sur le photo-semi-conducteur avec un laser ou une ligne LED (voir imprimante laser ).
L'incidence de la lumière génère des porteurs de charge dans la couche semi-conductrice active ( effet photoélectrique interne ). Les porteurs de charge déchargent les charges de surface positives sur la face arrière conductrice de l'électricité (tambour en aluminium) au niveau des zones exposées - l'image latente est constituée de zones sans charge.
développement
Le toner est amené le plus uniformément possible sur le rouleau exposé, c'est-à-dire partout, à la fois sur les zones exposées et non exposées qui sont restées chargées. Cela se fait au moyen d'un autre rouleau, appelé "pinceau", qui est magnétique, sur lequel le toner (les toners à deux composants contiennent des particules de fer, les toners à un composant sont eux-mêmes magnétiques) adhère, de sorte que les particules se dressent comme des poils en raison de la direction des lignes de champ magnétique. Les particules de toner (diamètre 3-15 µm) sont transférées au point de contact entre les deux rouleaux en raison de l'attraction électrostatique et adhèrent aux zones non exposées, c'est-à-dire chargées de la couche photo ( écriture noire ou développement de zone chargée ). Si le toner est chargé du même nom, ils peuvent également coller aux zones précédemment exposées, c'est-à-dire déchargées ( écriture blanche ou développement de zone déchargée ).
Dans ce que l'on appelle le développement par saut, le toner n'est transporté à proximité du photoconducteur qu'à l'aide d'un rouleau. L'entrefer restant saute (engl. Pour sauter ), le toner alors en raison de l'attraction électrostatique. L'avantage de cette méthode par rapport au développement à la brosse est que la brosse ne macule pas à nouveau le toner développé et que le tambour image s'use moins. Les toners à un composant sont utilisés dans presque tous les systèmes de cartouches bon marché ; les particules atterrissent complètement sur le tambour et le support. Dans le cas d'un toner à deux composants, le composant magnétique reste ; seules les particules de toner sont utilisées.
Transfert de toner
L'image de toner doit être transférée du tambour vers le support à imprimer (papier ou transparent de copie). À cette fin, une deuxième source de charge (tambour ou courroie) est utilisée, qui est plus fortement chargée (généralement avec 15 kV) que le tambour et attire par conséquent le toner. Si le matériau d'impression passe entre les deux à ce stade, le toner y est transféré.
Fixation
Pour rendre l'image durable, elle doit être réparée, c'est-à-dire H. Passé généralement à travers deux rouleaux chauffés (avec certains appareils également à travers une chambre de chauffage sans pression), les particules de toner fondant et se liant fermement au matériau d'impression.
Pour empêcher le toner de coller aux rouleaux de fusion, ils sont soit fabriqués dans un matériau spécial (par exemple, du téflon) soit recouverts d'une très fine couche d' huile de fusion (généralement de l'huile de silicone). Cette dernière méthode a été principalement utilisée avec des systèmes polychromes , car ces appareils peuvent entraîner une application épaisse de peinture et des rouleaux élastiques (caoutchouc) doivent être utilisés. De plus, le brillant que laisse l'huile de fixation était tout à fait souhaitable pour certains produits imprimés. Dans les appareils plus récents, un plastique élastique est utilisé, ce qui rend l'huile de fixation superflue. La fixation au moyen de puissants éclairs lumineux utilisés dans les anciens appareils SW est une méthode idéale sans contact, mais n'est plus utilisée aujourd'hui car elle ne convient pas aux appareils couleur. La méthode la plus courante utilise un rouleau chauffant et un rouleau presseur. La température de fixation est comprise entre 165 et 190°C. La fixation est déterminante pour la pérennité de la copie. La durée de vie de la source de chauffage (par exemple une lampe à incandescence halogène en forme de tige à l'intérieur d'un rouleau) peut être de 50 000 à 500 000 exemplaires.
Vidange et nettoyage complets
Une fois le toner transféré sur le support, la charge restante sur le tambour doit être retirée avant la prochaine charge et exposition. Cela se fait par une exposition complète (source lumineuse en forme de bâtonnet) et un dénudage électrique des charges.
Enfin, le tambour est nettoyé de tout résidu de toner avec un grattoir ou une brosse. Le toner usagé est jeté dans un conteneur intégré à l'appareil. Dans certains appareils, le toner est également recyclé et réinjecté dans le processus de développement.
exigences
Les exigences vis-à-vis de la couche active du tambour sont assez élevées : elle doit avoir un faible niveau de conductivité dans l'obscurité ainsi qu'un niveau élevé de sensibilité à la lumière. Pendant l'exposition, il doit avoir brièvement une conductivité élevée dans la zone des petites distances latérales, sinon la résolution ou la netteté serait perdue. Il doit être mécaniquement stable et résister aux effets des rayons ultraviolets et des ions ou radicaux .
durée de vie
Les tambours peuvent être fabriqués à partir de divers matériaux; sont communs OPC ( Organic Photo Conductor , anglais pour photoconducteur organique) ou a-Si ( silicium amorphe ). Cependant, la durée de vie de ces tambours est limitée. Les fabricants donnent un nombre approximatif de déductions possibles. Alors que les tambours OPC, qui sont principalement utilisés dans les équipements de bureau, ont une durée de vie de 25 000 à 60 000 pages, les tambours a-Si peuvent avoir une durée de vie d'un million à cinq millions de pages, ce qui les rend adaptés aux grands systèmes tels que ceux utilisés par les entreprises de télécommunications. pour imprimer leurs factures.
Le nombre d'impressions n'est cependant qu'une valeur idéale - l'âge et, surtout, le type d'utilisation sont également déterminants : si un copieur ou une imprimante laser n'est allumé qu'en cas de besoin et que seules quelques impressions sont effectuées, le nombre de copies possibles est réduite. Les charges abrasives dans le papier ou d'autres dommages mécaniques (par exemple, lorsque des pages coincées sont retirées) peuvent rendre rugueuse ou rayer de façon permanente la couche photosensible.
durabilité
Contrairement aux impressions à jet d'encre ou thermiques, les xérographes sont très durables et, surtout, résistants à la lumière. Cependant, le toner n'adhère qu'à la surface et peut être retiré du support. Parfois, cela se produit tout seul au fil des ans.Le toner peut également se décoller aux plis. Il existe maintenant des toners polymères avec des particules plus fines et de forme plus uniforme. Cela ne s'écaille plus sur les bords pliés.
Les papiers imprimés recto-verso peuvent adhérer les uns aux autres ; Parfois, une partie du toner colle dans des manchons transparents.
Divers rapports attestent que les xérographes et les imprimantes laser sont archivés depuis plus de cinquante ans. Les copies humides sont censées durer plus longtemps que les xérographes - aucune restriction de durée de vie n'a été trouvée pour ces produits, qui ne sont plus utilisés.
Limites de la procédure
En raison de la numérisation optique de l'original, la qualité de l'image et la résolution du capteur linéaire ou du tambour sont déterminantes pour la résolution. Dans la plage des valeurs de gris avec une couverture de couleur inférieure à dix pour cent, même les appareils de haute qualité présentent des faiblesses sous forme de bruit ou d'effets dits de saleté . L'homogénéité, la gradation et la fidélité des couleurs ont été améliorées ces dernières années, mais inférieures à d'autres procédés de reproduction.
Surtout avec les systèmes de couleur, les pigments de couleur utilisés posent des limites, car les différents toners colorés doivent tous répondre aux mêmes exigences élevées, qui ne sont pas nécessairement compatibles avec un bon résultat d'impression.
Avec la numérisation, il est possible de préparer des images en demi-teintes de telle sorte que, comme avec d'autres procédés d'impression, des surfaces finement structurées soient imprimées. De cette façon, les zones avec une faible couverture d'encre peuvent être plus fiables au détriment de la résolution.
Danger pour la santé
Les copieurs xérographiques, comme les imprimantes laser , utilisent du toner sec , qui contient un pigment noir de suie et, pour certains types, des métaux lourds comme le plomb et le cadmium , et peut donc être nocif pour la santé.
Le problème avec ceci n'est pas seulement la composition du toner, mais aussi sa finesse (souhaitée). Bien que la poudre de toner ait des tailles de particules supérieures à la poussière fine respirable , elle se dépose toujours dans les bronches car elle ne peut pas être simplement éliminée en toussant : le toner change d'état à la température du corps et peut coller aux muqueuses. Cela signifie que les polluants du toner peuvent avoir un effet permanent et direct sur les muqueuses, en particulier les voies respiratoires ou la peau.
Le toner est non seulement inhalé, mais également avalé accidentellement en raison d'une contamination. Les salariés des secteurs du service, de la recharge et du recyclage en particulier sont naturellement exposés aux polluants sur une longue période.
Les décharges corona (fil corona) utilisées pour générer des charges génèrent de l' ozone : Dans le domaine des intensités de champ élevées, l'air ambiant est ionisé. L'ozone est créé. L'ozone est nocif pour la santé et génère à son tour des radicaux libres nocifs provenant d'autres substances. La plupart de ces appareils sont cependant dotés de filtres à ozone en charbon actif , qui éliminent une grande partie des polluants.
Les unités d'impression qui chargent le tambour d'imagerie à l'aide d'un rouleau de chargement sont totalement exemptes d'ozone. Celui-ci est en contact direct avec le tambour d'imagerie ; aucune décharge corona n'est requise et donc aucun ozone n'est produit.
Copie de documents ou de billets de banque
La réalisation de copies de certains documents ou billets de banque valables est interdite s'il existe une menace de sanction. Certains fabricants ont mis en place des fonctions qui empêchent ou rendent de telles copies plus difficiles.
Une fois que les données d'image ont été préparées pour l'impression ( RIP ), elles sont à nouveau examinées pour certains motifs qui ne sont utilisés que sur les billets de banque ou certains documents. Si un tel schéma est découvert, il existe différentes manières de réagir. De nombreux appareils impriment une surface noire au lieu d'une copie, déforment les couleurs ou recouvrent le document de l'impression claire "Copie". D'autres appareils simulent un défaut de l'appareil et demandent le service client.
Identification claire (affectation de chaque copie au copieur utilisé)
Certains fabricants de photocopieurs stockent des identifiants électroniques (par exemple le code d'identification de la machine ) sur les copies. Cela se fait, par exemple, en appliquant un motif de bits défini sur une large zone dans la couleur jaune pour les appareils en couleur et pour les appareils en noir et blanc comme une teinte faible sur le support.
Chez un fabricant, le numéro de série de l'appareil est gravé de manière presque invisible au dos de la plaque de verre et est enregistré à chaque processus de copie.
Ces mesures permettent aux fabricants et aux autorités d'enquête de déduire le copieur lui-même, l'emplacement et peut-être même la personne qui fait la copie. Les protectionnistes des données voient les droits fondamentaux garantis par la Constitution en danger (par exemple par la simple possibilité de découvrir des informateurs de presse).
fiabilité
Les photocopieurs sont très fiables, mais ne nécessitent pas d'entretien. En raison de la poudre de toner fine, une grande partie des défaillances peuvent encore être attribuées à la saleté. Pour des raisons techniques, les appareils ne sont pas complètement hermétiques, de sorte que de la poudre de toner se dépose souvent sur l'unité d'exposition.
Le système de transport d'un copieur est constitué de rouleaux en caoutchouc , qui peuvent vieillir et sont ensuite régénérés ou remplacés.
Technologie de copie analogique et numérique
Les copieurs peuvent être divisés en copieurs analogiques et numériques. Jusqu'au milieu des années 80 environ, seuls des copieurs analogiques étaient fabriqués. Depuis lors, de plus en plus de copieurs numériques ont été développés. Le copieur analogique a été supplanté par les copieurs numériques depuis environ l'an 2000 ; les copieurs analogiques ne sont plus fabriqués. Les exceptions à cette règle sont les petits copieurs A4 à usage personnel avec une vitesse d'environ quatre copies A4 par minute. Ceux-ci sont encore produits par certains fabricants (en avril 2011).
Dans les copieurs analogiques, le tambour est développé directement à partir de l'original à l'aide d'une lentille et d'un miroir ; l'image de l'original est reproduite optiquement sur le tambour. L'exposition et le développement s'exécutent de manière synchrone dans un seul appareil. Le copieur numérique, quant à lui, se compose de deux unités distinctes, le scanner et l'imprimante. En règle générale, cependant, ces unités sont logées dans un seul appareil comme un copieur analogique. Avec un copieur numérique, l'original est numérisé avec le scanner et stocké temporairement dans une mémoire ( RAM ou disque dur ). L'image du modèle enregistré ici est ensuite transférée électroniquement vers l'imprimante (imprimante laser) et imprimée.
L'un des avantages de la technologie numérique est que les pages peuvent être copiées plusieurs fois à partir de la mémoire tampon sans que l'original n'ait à être exposé à nouveau. En plus de la copie pure, des fonctions supplémentaires telles que l'impression, la télécopie, la numérisation et l'envoi des modèles par courrier électronique ou dans des répertoires réseau peuvent également être proposées. Un autre avantage est la possibilité de traitement intermédiaire d'une copie dans l'appareil. La fonction la plus fréquemment utilisée ici est la netteté des bords pour les polices, qui élimine le problème de flou des bords connu dans les systèmes analogiques et signifie une amélioration considérable de la qualité, en particulier pour les documents.
L'avantage le plus important, cependant, est la conception plus compacte et peu coûteuse, car il n'y a pas besoin d'optiques, de diaphragmes et de miroirs dans la zone contaminée entre l'unité d'exposition et le tambour. De plus, l'analyse n'a pas à s'exécuter de manière synchrone avec le développement.
La technologie de copie numérique peut rendre les reproductions en demi-teintes plus fiables en imprimant des structures microscopiques au lieu d'une surface. Ceci, ainsi que la numérisation éventuellement insuffisamment précise et la netteté des bords, peuvent être indésirables ou gênants avec les originaux en demi-teinte.
Fonctions supplémentaires des copieurs
Les copieurs, notamment destinés à un usage professionnel, disposent généralement d'un grand nombre de fonctions supplémentaires, le plus souvent sous forme d'accessoires :
- Le chargeur automatique de documents (ADF, Automatic Document Feeder ) permet de copier automatiquement des documents de plusieurs pages. Le chargeur de documents positionne une page sur la vitre d'exposition où elle sera exposée. Ensuite, la page est retirée de la vitre d'exposition et la page suivante de l'original du chargeur de documents est placée sur la vitre d'exposition. Les chargeurs automatiques de documents à recirculation (RADF ) peuvent également positionner automatiquement le dos d'une page de l'original sur la vitre d'exposition . Une autre méthode consiste à alimenter les pages introduites par l'ADF au-delà d'une ligne de numérisation fixe, où l'original est numérisé au fur et à mesure qu'il se déplace. Des changeurs de documents dits à double numérisation sont fabriqués depuis environ 2005, qui ont une ligne de numérisation séparée et intégrée pour le verso de la feuille et ainsi, avec la ligne de numérisation fixe, peuvent lire à la fois le recto et le verso d'une feuille en un seul passage (sans retournement mécanique) . Un entretien régulier de l'ADF est nécessaire pour un fonctionnement fiable. Le tampon pour séparer les pages est généralement fait de caoutchouc et de liège. Ce séparateur en caoutchouc vieillit. S'il n'est pas nettoyé et régénéré ou remplacé, des erreurs d'alimentation se produiront.
- L' unité recto-verso permet l'impression automatique au verso des copies. Cela signifie que la consommation de papier peut être réduite de moitié par rapport à la copie recto.
-
Approvisionnement en papier : Le papier est conservé dans des cassettes et des magazines.
- Les formats de
- Les bacs à papier sont généralement conçus pour le format A4 . Des magasins pour DIN A3 sont également disponibles pour les systèmes de production. En règle générale, les magazines ne peuvent pas être réglés sur un format de papier différent. La capacité d'un magazine est d'environ 2 500 à 4 000 pages.
Voir également
- Microforme # Impression sur papier
- Processus d'impression fin
- Hectographie
- Copie de contact
- Processus de pelage humide
Littérature
- R. Schaffert : Électrophotographie. Focal Press, 1975. ISBN 978-0240507811
- R. Hoffmann : Modélisation et simulation d'un transfert d'image électrostatique. Shaker-Verlag, 2004, ISBN 3-8322-3427-6 .
liens web
- Description détaillée, modélisation mathématique et simulation numérique du procédé d'impression électrophotographique ( Memento du 22 octobre 2005 dans Internet Archive ) (Anglais, PDF, 7,3 Mo)
- Site Web de Xerox : Notre histoire
- Votre imprimante vous espionne ? Fondation de la frontière électronique (EFF)
Preuve individuelle
- ↑ Hans F. Ebel , Claus Bliefert : Conférences en sciences naturelles, technologie et médecine. 1991 ; 2e édition révisée 1994, VCH, Weinheim ISBN 3-527-30047-3 , pp. 297-299 et 304.
- ↑ FAQ sur risoprint.de ( Memento du 19 Août 2013 , à l' Internet Archive )