Chester Carlson und Xerographie

Das xerographische Verfahren, das 1938 von Chester Carlson erfunden und von der Xerox Corporation weiterentwickelt und kommerzialisiert wurde, ist auch heute eine weit verbreitete Technologie, um Texte und Bilder hochwertig auf Papier zu produzieren

Ursprünglich nannte Carlson das Verfahren Elektrofotografie. Es basiert auf zwei natürlichen Phänomenen: Materialien mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen ziehen sich an und einige Materialien werden bessere elektrische Leiter, wenn sie Licht ausgesetzt sind Carlson erfand ein Verfahren, bei dem ein Bild in sechs Schritten unter Einsatz dieser beiden Phänomene von einer Oberfläche auf eine andere übertragen werden kann.

Zunächst wird eine fotoleitende Oberfläche positiv elektrisch geladen. Dann wird die fotoleitende Oberfläche der Abbildung eines Dokuments ausgesetzt. Da die beleuchteten Bereiche (die Nicht-Bildbereiche) leitfähiger werden, wird die Ladung in den belichteten Bereichen abgebaut. Auf der Oberfläche befindet sich negativ geladenes Pulver, das durch elektrostatische Anziehung an den positiv geladenen Bildbereichen haftet. Es wird ein Stück Papier über das Pulverbild gelegt und dann positiv geladen. Das negativ geladene Pulver wird daraufhin vom Papier angezogen, wenn dieses vom Fotoleiter abgezogen wird. Mit Hitze wird das Pulverbild schließlich auf das Papier gebrannt und es entsteht eine Kopie des ursprünglichen Bildes.

Verfahren in sechs Schritten:

The Number One
Ladung

In jedem Kopierer und Laserdrucker befindet sich eine lichtempfindliche Oberfläche, der sogenannte Fotorezeptor. Er besteht aus einer dünnen Schicht fotoleitfähigen Materials, die auf ein flexibles Band oder eine flexible Trommel aufgebracht wird. Der Fotorezeptor wirkt im Dunkeln isolierend, wird aber leitfähig, wenn er Licht ausgesetzt wird. Er wird im Dunkeln aufgeladen, indem eine hohe Gleichspannung an Drähte angelegt wird, die im Umfeld der Drähte ein intensives elektrisches Feld erzeugt, das die Luftmoleküle zur Ionisierung bringt. Ionen mit der gleichen Polarität wie die Spannung an den Drähten werden auf der Oberfläche des Fotorezeptors abgelagert, wodurch ein elektrisches Feld entsteht.

The Number Two
Belichtung

In einem digitalen Kopierer oder Drucker wird das Bild auf dem Fotorezeptor mit einem Laserscanner oder einer Leuchtdiode belichtet. Bei älteren analogen Kopierern wird das von einem beleuchteten Bild reflektierte Licht auf den Fotorezeptor projiziert. In beiden Fällen werden die dem Licht ausgesetzten Bereiche des Fotorezeptors selektiv entladen, was zu einer Verringerung des elektrischen Feldes führt. Die dunkleren Bereiche behalten ihre Ladung.

The Number Three
Entwicklung

Pigmentiertes Pulver, das zur Entwicklung des Bildes verwendet wird, wird als Toner bezeichnet. Tonerpartikel aus Farbstoff und Kunstharz haben präzise gesteuerte elektrostatische Eigenschaften und haben einen Durchmesser von etwa fünf bis zehn Mikrometern. Sie werden mit magnetisierten Trägerperlen vermischt und geladen, die sie in die Entwicklungszone transportieren. Die Ladung der Partikel erfolgt durch das Phänomen der Triboelektrizität (oft auch als statische Elektrizität bezeichnet). Das dem Ladungsmuster des Bildes auf dem Fotorezeptor zugeordnete elektrische Feld übt eine elektrostatische Kraft auf den geladenen Toner aus, der am Bild haftet. Ein Farbdokument wird durch einen Drucker mit vier separaten xerographischen Einheiten gebildet, die separate Cyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzbilder erzeugen und entwickeln. Die Überlagerung dieser Pulverbilder erzeugt vollfarbige Dokumente.

The Number Four
Transfer

Das Pulverbild wird vom Fotorezeptor auf das Papier übertragen, indem das Papier mit dem Toner in Kontakt gebracht und dann eine Ladung mit einer der Polarität des Toners entgegengesetzten Polarität aufgebracht wird. Die Ladung muss stark genug sein, um die Haftung des Pulvers am Fotorezeptor zu überwinden. Eine zweite, präzise gesteuerte Ladung setzt das Papier, das nun das Bild enthält, vom Fotorezeptor frei.

The Number Five
Fixierung

Beim Schmelzverfahren wird der das Bild umfassende Toner geschmolzen und mit dem Papier verbunden. Dies wird erreicht, indem das Papier durch ein Walzenpaar geführt wird. Eine erwärmte Walze schmilzt den Toner, der mit Hilfe des Drucks der zweiten Walze mit dem Papier verschmolzen wird.

The Number Six
Reinigung

Beim Schmelzverfahren wird der das Bild umfassende Toner geschmolzen und mit dem Papier verbunden. Dies wird erreicht, indem das Papier durch ein Walzenpaar geführt wird. Eine erwärmte Walze schmilzt den Toner, der mit Hilfe des Drucks der zweiten Walze mit dem Papier verschmolzen wird.

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