Impresión láser

El documento que se va a imprimir está codificado en un lenguaje de descripción de página como PostScript, el lenguaje de comandos de impresora (PCL) o la especificación de papel Open XML (OpenXPS). El procesador de imágenes rasterizadas (RIP) convierte la descripción de página en un mapa de bits que se almacena en la memoria rasterizada de la impresora. Cada franja horizontal de puntos en la página se conoce como línea rasterizada o línea de escaneo .

La impresión láser se diferencia de otras tecnologías de impresión en que cada página se renderiza siempre en un único proceso continuo sin pausas intermedias, mientras que otras tecnologías como la inyección de tinta pueden pausarse cada pocas líneas. ^{[ 14 ]} Para evitar un subdesbordamiento del búfer (donde el láser llega a un punto de la página antes de tener los puntos para dibujar allí), una impresora láser normalmente necesita suficiente memoria ráster para almacenar la imagen de mapa de bits de una página completa.

Los requisitos de memoria aumentan con el cuadrado de los puntos por pulgada , por lo que 600 ppp requieren un mínimo de 4 megabytes para monocromo y 16 megabytes para color (también a 600 ppp). Para una salida totalmente gráfica mediante un lenguaje de descripción de página, se necesita un mínimo de 1 megabyte de memoria para almacenar una página completa monocromática de tamaño carta o A4 a 300 ppp. A 300 ppp, hay 90 000 puntos por pulgada cuadrada (300 puntos por pulgada lineal). Una hoja de papel típica de 8,5 × 11 pulgadas tiene márgenes de 0,25 pulgadas (6,4 mm) , lo que reduce el área imprimible a 8,0 × 10,5 pulgadas (200 mm × 270 mm) , o 84 pulgadas cuadradas. 84 pulgadas cuadradas × 90 000 puntos por pulgada cuadrada = 7 560 000 puntos. 1 megabyte = 1.048.576 bytes, o 8.388.608 bits, lo cual es suficiente para almacenar la página completa a 300 ppp, dejando unos 100 kilobytes libres para que los utilice el procesador de imágenes rasterizadas.    

En una impresora a color, cada una de las cuatro capas de tóner CMYK se almacena como un mapa de bits independiente, y normalmente las cuatro capas se preprocesan antes de que comience la impresión, por lo que se necesitan al menos 4 megabytes para una página a todo color de tamaño carta o A4 a 300 ppp.

Durante la década de 1980, los chips de memoria aún eran muy caros, razón por la cual las impresoras láser de gama básica de esa época siempre tenían precios de venta sugeridos de cuatro dígitos en dólares estadounidenses. Los microprocesadores primitivos de las primeras computadoras personales eran tan poco potentes e insuficientes para el trabajo gráfico que las impresoras láser conectadas generalmente tenían mayor potencia de procesamiento integrada. ^{[ 15 ]} Posteriormente, los precios de la memoria disminuyeron significativamente, mientras que las rápidas mejoras en el rendimiento de las PC y los cables periféricos (sobre todo, SCSI ) permitieron el desarrollo de impresoras láser de gama baja que descargan la rasterización a la PC emisora. Para estas impresoras, el administrador de impresión del sistema operativo renderiza el mapa de bits sin procesar de cada página en la memoria del sistema de la PC a la resolución objetivo, luego envía ese mapa de bits directamente al láser (a costa de ralentizar todos los demás programas en la PC emisora). ^{[ 16 ]} La aparición de las llamadas impresoras láser "tontas" o "basadas en host" de NEC hizo posible que el costo minorista de las impresoras láser de gama baja de 300 ppp disminuyera hasta tan solo US$700 a principios de 1994 ^{[ 17 ]} y US$600 a principios de 1995. ^{[ 18 ]} En septiembre de 1997, HP presentó la LaserJet 6L basada en host, que podía imprimir texto de 600 ppp a hasta seis páginas por minuto por solo US$400. ^{[ 19 ]}

Las impresoras de 1200 ppp están ampliamente disponibles en el mercado doméstico desde 2008. También se encuentran disponibles las máquinas para fabricar planchas de impresión electrofotográfica de 2400 ppp, que son esencialmente impresoras láser que imprimen en láminas de plástico.

En las impresoras antiguas, un hilo corona colocado en paralelo al tambor o, en las impresoras más recientes, un rodillo de carga primaria, proyecta una carga electrostática sobre el fotorreceptor (también llamado unidad fotoconductora), un tambor o cinta fotosensible giratoria, que es capaz de mantener una carga electrostática en su superficie mientras está en la oscuridad.

Se aplica una tensión de polarización de CA al rodillo de carga primaria para eliminar cualquier carga residual dejada por imágenes anteriores. El rodillo también aplicará una polarización de CC en la superficie del tambor para garantizar un potencial negativo uniforme.

Numerosas patentes describen el recubrimiento fotosensible del tambor como un "sándwich" de silicio con una capa fotocargadora, una capa barrera contra fugas de carga y una capa superficial. Una versión utiliza silicio amorfo que contiene hidrógeno como capa receptora de luz, nitruro de boro como capa barrera contra fugas de carga y una capa superficial de silicio dopado , en particular silicio con oxígeno o nitrógeno que, a una concentración suficiente, se asemeja al nitruro de silicio mecanizado .

Una impresora láser utiliza un láser porque los láseres son capaces de formar haces de luz altamente enfocados, precisos e intensos, especialmente en las cortas distancias dentro de una impresora. El láser se dirige a un espejo poligonal giratorio que dirige el haz de luz a través de un sistema de lentes y espejos hacia el tambor fotorreceptor, escribiendo píxeles a una velocidad de hasta sesenta y cinco millones de veces por segundo. ^{[ 20 ]} El tambor continúa girando durante el barrido, y el ángulo de barrido se inclina muy ligeramente para compensar este movimiento. El flujo de datos rasterizados almacenado en la memoria de la impresora enciende y apaga rápidamente el láser mientras barre.

El rayo láser neutraliza (o invierte) la carga en la superficie del tambor, dejando una imagen electrostática negativa en su superficie que repele las partículas de tóner cargadas negativamente. Sin embargo, las áreas del tambor alcanzadas por el láser quedan momentáneamente sin carga, y el tóner, al ser presionado contra el tambor por el rodillo revelador recubierto de tóner en el siguiente paso, se desplaza desde la superficie de goma del rodillo hacia las partes cargadas de la superficie del tambor. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Algunas impresoras no láser ( impresoras LED ) utilizan una matriz de diodos emisores de luz que abarca todo el ancho de la página para generar una imagen, en lugar de un láser. En algunos documentos, el término "exponer" también se conoce como "escribir".

A medida que los tambores giran, el tóner se aplica continuamente en una capa de 15 micras de espesor sobre el rodillo revelador . La superficie del fotorreceptor con la imagen latente queda expuesta al rodillo revelador recubierto de tóner.

El tóner se compone de finas partículas de polvo plástico seco mezcladas con negro de humo o colorantes. Dentro del cartucho, las partículas de tóner adquieren una carga negativa y, al llegar al tambor revelador, son atraídas electrostáticamente hacia la imagen latente del fotorreceptor (las áreas de la superficie del tambor que han sido impactadas por el láser). Debido a que las cargas negativas se repelen entre sí, las partículas de tóner con carga negativa no se adhieren al tambor donde permanece la carga negativa (previamente aplicada por el rodillo de carga).

A continuación, se hace pasar una hoja de papel por debajo del tambor fotorreceptor, que ha sido recubierto con un patrón de partículas de tóner en los puntos exactos donde el láser lo impactó momentos antes. Las partículas de tóner tienen una atracción muy débil tanto hacia el tambor como hacia el papel, pero la unión con el tambor es más débil y las partículas se transfieren de nuevo, esta vez de la superficie del tambor a la del papel. Algunas máquinas también utilizan un rodillo de transferencia con carga positiva en el reverso del papel para ayudar a transferir el tóner con carga negativa del tambor fotorreceptor al papel.

El papel pasa por los rodillos del fusor, donde se utilizan temperaturas de hasta 427 °C (801 °F) y presión para fijar permanentemente el tóner al papel. Un rodillo suele ser un tubo hueco (rodillo térmico) y el otro, un rodillo con respaldo de goma (rodillo de presión). Una lámpara de calor radiante está suspendida en el centro del tubo hueco, y su energía infrarroja calienta uniformemente el rodillo desde el interior. Para una correcta fijación del tóner, el rodillo fusor debe estar uniformemente caliente.  

Algunas impresoras utilizan un rodillo de lámina metálica flexible muy fino, lo que reduce la masa térmica que debe calentarse y permite que el fusor alcance su temperatura de funcionamiento más rápidamente . Si el papel se desplaza más lentamente a través del fusor, el tiempo de contacto del rodillo con el tóner es mayor y el fusor puede funcionar a una temperatura más baja. Las impresoras láser más pequeñas y económicas suelen imprimir lentamente, debido a este diseño de ahorro energético, en comparación con las impresoras grandes de alta velocidad, donde el papel se desplaza más rápidamente a través de un fusor de alta temperatura con un tiempo de contacto muy corto.

Al completar una revolución, el tambor queda expuesto a una cuchilla de plástico blando eléctricamente neutra que limpia cualquier resto de tóner del tambor fotorreceptor y lo deposita en un depósito de residuos. A continuación, un rodillo de carga restablece una carga negativa uniforme en la superficie del tambor, ahora limpio, preparándolo para ser impactado nuevamente por el láser.

Una vez generada la imagen rasterizada, todos los pasos del proceso de impresión se suceden rápidamente. Esto permite utilizar una unidad muy pequeña y compacta, donde el fotorreceptor se carga, gira unos grados y se escanea, gira unos grados más y se revela, y así sucesivamente. Todo el proceso se completa antes de que el tambor dé una vuelta completa.

Las distintas impresoras implementan estos pasos de maneras diferentes. Las impresoras LED utilizan una matriz lineal de diodos emisores de luz para "escribir" la luz en el tambor. El tóner está compuesto de cera o plástico, de modo que cuando el papel pasa por el fusor, las partículas de tóner se funden. El papel puede tener o no carga opuesta. El fusor puede ser un horno infrarrojo, un rodillo de presión calentado o (en algunas impresoras muy rápidas y caras) una lámpara de destello de xenón . El proceso de calentamiento que realiza una impresora láser al encenderla consiste principalmente en calentar el elemento fusor.

El mecanismo interno de una impresora láser es bastante delicado y, una vez dañado, suele ser imposible de reparar. El tambor, en particular, es un componente crítico: no debe dejarse expuesto a la luz ambiental durante más de unas pocas horas, ya que la luz es lo que provoca que pierda su carga y, con el tiempo, se desgaste. Cualquier cosa que interfiera con el funcionamiento del láser, como un trozo de papel roto, puede impedir que el láser descargue parte del tambor, lo que provoca que esas áreas aparezcan como rayas verticales blancas. Si la cuchilla limpiadora neutra no elimina el tóner residual de la superficie del tambor, este puede circular por él una segunda vez, causando manchas en la página impresa con cada revolución. Si el rodillo de carga se daña o no tiene suficiente potencia, puede que no cargue negativamente la superficie del tambor de forma adecuada, lo que permite que el tambor recoja un exceso de tóner en la siguiente revolución del rodillo revelador y provoca que aparezca una imagen repetida, pero más tenue, de la revolución anterior en la página.

Si la cuchilla dosificadora de tóner no aplica una capa uniforme y homogénea de tóner al rodillo revelador, la impresión resultante puede presentar vetas blancas en las zonas donde la cuchilla ha retirado demasiado tóner. Por otro lado, si la cuchilla deja demasiado tóner en el rodillo revelador, las partículas de tóner podrían desprenderse al girar el rodillo, depositarse sobre el papel y adherirse a él durante el proceso de fusión. Esto provocará un oscurecimiento general de la página impresa en anchas franjas verticales con bordes muy difusos.

Si el rodillo fusor no alcanza la temperatura suficiente o si la humedad ambiental es demasiado alta, el tóner no se fijará bien al papel y podría desprenderse después de la impresión. Si el fusor está demasiado caliente, el componente plástico del tóner podría emborronarse, dando al texto impreso un aspecto húmedo o borroso, o bien, el tóner fundido podría traspasar el papel hasta el reverso.

Los distintos fabricantes afirman que sus tóners están desarrollados específicamente para sus impresoras y que otras formulaciones de tóner pueden no coincidir con las especificaciones originales en cuanto a su tendencia a aceptar una carga negativa, a desplazarse desde el rollo de revelador hacia las zonas descargadas del tambor fotorreceptor, a fusionarse adecuadamente con el papel o a desprenderse limpiamente del tambor en cada revolución.

Las impresoras láser de transferencia a color están diseñadas para producir láminas de transferencia que se aplican mediante una prensa térmica . Estas transferencias se utilizan normalmente para crear camisetas personalizadas o productos con logotipos corporativos o de equipos.

Las transferencias láser a color de dos partes forman parte de un proceso de dos pasos en el que las impresoras láser a color utilizan tóner de color (tinta seca), normalmente cian , magenta , amarillo y negro ( CMYK ); sin embargo, las impresoras más nuevas diseñadas para imprimir en camisetas oscuras utilizan un tóner blanco especial que les permite realizar transferencias para prendas oscuras o productos comerciales oscuros.

El proceso de impresión en color CMYK permite que millones de colores se representen fielmente mediante un proceso de imagen único.

Los fabricantes utilizan un modelo de negocio similar tanto para las impresoras láser a color de bajo coste como para las impresoras de inyección de tinta : las impresoras se venden a bajo precio, mientras que los tóners y tintas de repuesto son relativamente caros. El coste medio por página de una impresora láser a color suele ser ligeramente inferior, a pesar de que tanto la impresora láser como el cartucho de tóner láser tienen precios iniciales más elevados, ya que los cartuchos de tóner láser imprimen muchas más hojas en relación con su coste que los cartuchos de inyección de tinta. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

La calidad de impresión de las impresoras láser a color está limitada por su resolución (normalmente de 600 a 1200 ppp) y el uso de solo cuatro tóners de color. Suelen tener problemas para imprimir grandes áreas del mismo color o gradaciones sutiles. Las impresoras de inyección de tinta diseñadas para imprimir fotos pueden producir imágenes a color de mucha mayor calidad. ^{[ 28 ]} Una comparación exhaustiva entre impresoras de inyección de tinta y láser sugiere que las impresoras láser son la opción ideal para una impresión de alta calidad y gran volumen, mientras que las impresoras de inyección de tinta tienden a centrarse en impresoras de gran formato y unidades domésticas. Las impresoras láser ofrecen bordes más precisos y colores monocromáticos profundos. Además, las impresoras láser a color son mucho más rápidas que las de inyección de tinta, aunque generalmente son más grandes y voluminosas. ^{[ 29 ]}

Muchas impresoras láser a color modernas marcan las impresiones con una trama de puntos casi invisible , con fines de trazabilidad. Los puntos son amarillos y miden aproximadamente 0,1 mm (0,0039 pulgadas) , con una trama de aproximadamente 1 mm (0,039 pulgadas) . Supuestamente, esto es el resultado de un acuerdo entre el gobierno de EE. UU. y los fabricantes de impresoras para ayudar a rastrear a los falsificadores . ^{[ 30 ]} Los puntos codifican datos como la fecha de impresión, la hora y el número de serie de la impresora en código binario decimal en cada hoja impresa, lo que permite al fabricante rastrear las hojas para identificar el lugar de compra y, a veces, al comprador.    

Grupos defensores de los derechos digitales, como la Electronic Frontier Foundation, están preocupados por esta erosión de la privacidad y el anonimato de quienes imprimen. ^{[ 31 ]} En particular, los puntos de seguimiento fueron señalados como una herramienta que condujo directamente al arresto y la condena del denunciante Reality Winner . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Las partículas de tóner están formuladas para tener propiedades electrostáticas y pueden generar cargas electrostáticas al rozar con otras partículas, objetos o el interior de los sistemas de transporte y las mangueras de las aspiradoras. La descarga electrostática de las partículas de tóner cargadas puede encender partículas combustibles en la bolsa de la aspiradora o provocar una pequeña explosión de polvo si hay suficiente tóner en suspensión. Las partículas de tóner son tan finas que las bolsas de filtro de las aspiradoras domésticas convencionales no las filtran bien y salen disparadas a través del motor o de vuelta a la habitación.

Si se derrama tóner en la impresora láser, puede ser necesario un tipo especial de aspiradora con manguera conductora de electricidad y filtro HEPA para una limpieza eficaz. Estas herramientas especializadas se denominan "ESD-safe" (seguras contra descargas electrostáticas) o "aspiradoras de tóner".

Como parte normal del proceso de impresión, los altos voltajes dentro de la impresora pueden producir una descarga de corona que genera una pequeña cantidad de oxígeno y nitrógeno ionizados, los cuales reaccionan para formar ozono y óxidos de nitrógeno . En las impresoras y fotocopiadoras comerciales de mayor tamaño, un filtro de carbón activado en el flujo de escape descompone estos gases nocivos para evitar la contaminación del ambiente de la oficina.

Sin embargo, parte del ozono escapa al proceso de filtrado en las impresoras comerciales, y la mayoría de las impresoras domésticas pequeñas no utilizan filtros de ozono. Cuando una impresora láser o una copiadora se utiliza durante un período prolongado en un espacio pequeño y mal ventilado, estos gases pueden acumularse hasta alcanzar niveles en los que se percibe olor a ozono o irritación. En casos extremos, teóricamente existe un riesgo potencial para la salud. ^{[ 37 ]}

Según un estudio realizado en 2012 en Queensland, Australia, algunas impresoras emiten partículas submicrométricas que algunos sospechan que pueden estar asociadas con enfermedades respiratorias. ^{[ 38 ]} De las 63 impresoras evaluadas en el estudio de la Universidad Tecnológica de Queensland , 17 de las que emitían más partículas eran de HP y una de Toshiba . Sin embargo, la población de máquinas estudiada solo incluía las que ya estaban instaladas en el edificio, por lo que estaba sesgada hacia fabricantes específicos. Los autores observaron que las emisiones de partículas variaban sustancialmente incluso entre el mismo modelo de máquina. Según la profesora Morawska de la Universidad Tecnológica de Queensland, una impresora emitía tantas partículas como un cigarrillo encendido: ^{[ 39 ] [ 40 ]}

Los efectos en la salud derivados de la inhalación de partículas ultrafinas dependen de la composición de las partículas, pero los resultados pueden variar desde irritación respiratoria hasta enfermedades más graves como problemas cardiovasculares o cáncer .

En diciembre de 2011, la agencia gubernamental australiana Safe Work Australia revisó la investigación existente y concluyó que "no se encontraron estudios epidemiológicos que asociaran directamente las emisiones de impresoras láser con resultados adversos para la salud" y que varias evaluaciones concluyen que "el riesgo de toxicidad directa y efectos en la salud por la exposición a las emisiones de impresoras láser es insignificante". La revisión también observa que, dado que se ha demostrado que las emisiones son compuestos orgánicos volátiles o semivolátiles , "sería lógico esperar que los posibles efectos en la salud estén más relacionados con la naturaleza química del aerosol que con el carácter físico de la 'partícula', ya que es improbable que dichas emisiones sean o permanezcan como 'partículas' después de entrar en contacto con el tejido respiratorio". ^{[ 41 ]}

El Seguro Social Alemán de Accidentes encargó un proyecto de estudio en humanos para examinar los efectos en la salud derivados de la exposición al polvo de tóner y a los ciclos de fotocopiado e impresión. Voluntarios (23 personas de control, 15 personas expuestas y 14 asmáticos) fueron expuestos a las emisiones de impresoras láser en condiciones definidas en una cámara de exposición. Los resultados del estudio, basados ​​en un amplio espectro de procesos y sujetos, no confirman que la exposición a altas emisiones de impresoras láser inicie un proceso patológico verificable que dé lugar a las enfermedades notificadas. ^{[ 42 ]}

Una propuesta muy debatida para reducir las emisiones de las impresoras láser consiste en instalarles filtros. Estos se fijan con cinta adhesiva a las rejillas de ventilación del ventilador de la impresora para reducir la emisión de partículas. Sin embargo, todas las impresoras tienen una bandeja de salida de papel, que es una salida para las emisiones de partículas. Las bandejas de salida de papel no pueden equiparse con filtros, por lo que es imposible reducir su contribución a las emisiones totales mediante la instalación de filtros. ^{[ 43 ]}

Tras el complot de atentados con bomba en aviones de carga en 2010 , en el que se descubrieron cargamentos de impresoras láser con cartuchos de tóner llenos de explosivos en distintos aviones de carga, la Administración de Seguridad del Transporte de EE. UU. prohibió a los pasajeros en tránsito llevar cartuchos de tóner o tinta que pesaran más de 1 libra (0,45 kg) en vuelos de llegada, tanto en el equipaje de mano como en el facturado. ^{[ 44 ] [ 45 ]} La revista PC Magazine señaló que la prohibición no afectaría a la mayoría de los viajeros, ya que la mayoría de los cartuchos no superan el peso permitido. ^{[ 45 ]} 

• Pirela, Sandra V.; Lu, Xiaoyan; Miousse, Isabelle; Sisler, Jennifer D.; Qian, Yong; Guo, Nancy; Koturbash, Igor; Castranova, Vincent; Thomas, Treye; Godleski, John; Demokritou, Philip (enero de 2016). "Efectos de nanopartículas diseñadas emitidas por impresora láser instiladas intratraquealmente en un modelo de ratón: un estudio de caso de implicaciones toxicológicas de nanomateriales liberados durante el uso del consumidor" . NanoImpact . 1 : 1–8 . Bibcode : 2016NanoI ...1....1P . doi : 10.1016/j.impact.2015.12.001 . PMC 4791579. PMID 26989787 .