Kserografija

Kserografija (od grčkog ξηρός kseros, što znači "suh" + grč, γραφία, lat. graphia, što znači "pisanje") je tehnika suhog fotokopiranja. Prvobitno nazvana elektrofotografija, preimenovana je kako bi se naglasilo da ne koristi tečne hemikalije, za razliku od tehnika reprodukcije koje su se tada koristile kao što je cijanotipija.

Historija

Kserografiju je izumio američki fizičar Chester Carlson, značajno zasnovanu na doprinosima mađarskog fizičara Pála Selényija. Carlson je podnio zahtjev i dobio američki patent: 2297691, 6. oktobra 1942..

Carlsonova inovacija je kombinovala elektrostatsko printanje sa fotografijom, za razliku od suhog elektrostatskog printanja, procesa koji je izumio Georg Christoph Lichtenberg 1778.. s ravnim pločama.

Godine 1946., Carlson je potpisao ugovor s Haloid Photographic Company o razvoju kao komercijalnog proizvoda. Prije te godine, Carlson je predložio svoju ideju više od desetak kompanija, ali nijedna nije bila zainteresirana. Predsjednik Haloida, Joseph C. Wilson, vidio je obećanje Carlsonovog izuma i pobrinuo se da Haloid marljivo radi na proizvodnji funkcionalnog komercijalnog proizvoda.

Prošlo je gotovo 18 godina prije nego što je razvijen potpuno automatizirani proces, a ključni proboj bila je upotreba cilindričnog bubnja obloženog selenom, umjesto ravne ploče. To je rezultiralo prvim komercijalnim automatskim kopir aparatom, Xerox 914, koji je Haloid/Xerox izdala 1960..

Kserografija se sada koristi u većini fotokopirnih mašina i u laserskim i LED štampačima.

Proces

Prva komercijalna upotreba bila je ručna obrada ravnog fotosenzora (elektrostska komponenta koja detektuje prisustvo vidljive svjetlosti) kamerom za kopiranje i odvojenom procesorskom jedinicom za proizvodnju ofsetnih litografskih ploča.

Korištenjem cilindra za nošenje fotosenzora omogućena je automatska obrada. Automatski fotokopir je stvoren 1960. i od tada su proizvedeni milioni. Danas se ova tehnologija koristi u fotokopir aparatima, računarskim laserskim i LED štampačima, mikroformnim štampačima, pa čak i digitalnim štamparijama koji polako zamjenjuju mnoge tradicionalne ofset mašine u štamparskoj industriji za kraće tiraže.

Metalni cilindar koji se naziva bubanj montiran je tako da se okreće oko horizontalne ose. Bubanj se okreće brzinom izlaska papira. Jedan okret prolazi površinom bubnja kroz korake opisane u nastavku.

Dimenzija od kraja do kraja je širina otiska koji treba proizvesti plus velika tolerancija. Bubnjevi u kopir aparatima koje je prvobitno razvila Xerox Corporation proizvedeni su s površinskim premazom od amorfnog selena (u novije vrijeme keramičkog ili organskog fotoprovodnika (OPC)), nanesenog vakuumskim nanošenjem. Amorfni selen će zadržati elektrostatski naboj u mraku i odvesti takav naboj pod svjetlom. U originalnom sistemu, fotokopir aparati koji se oslanjaju na silicij ili selen (i njegove legure) su pozitivno naelektrisani tokom upotrebe (dakle rade sa negativno naelektrisanim "tonerskim" prahom). Tokom 1970-ih, IBM Corporation je pokušala da izbjegne Xeroxove patente za selenske bubnjeve razvojem organskih fotoprovodnika kao alternative selenskom bubnju. Fotoprovodnici koji koriste organske spojeve su elektrohemijski naelektrisani obrnuto u odnosu na prethodni sistem kako bi se iskoristila njihova prirodna svojstva u štampanju. Organski fotoprovodnici su sada poželjniji jer se mogu nanositi na fleksibilnu, ovalnu ili trouglastu traku umjesto na okrugli bubanj, što omogućava znatno manju veličinu uređaja.

Foto bubnjevi laserskih štampača izrađeni su sa sendvič strukturom dopiranom silicijskom diodom sa vodikom dopiranim silicijkim slojem koji se može nabiti svjetlošću, bor-nitridni ispravljačkim (diodno-uzrokujućim) slojem koji minimizira curenje struje i površinskim slojem silicija dopiranim kisikom ili dušikom; silicij-nitrid je materijal otporan na habanje.

Koraci procesa opisani su u nastavku, onako kako se primjenjuju na cilindar, kao u fotokopir aparatu. Neke varijante su opisane u tekstu. Svaki korak procesa ima varijante dizajna. Fizika kserografskog procesa detaljno je objašnjena u knjizi.

Korak 1

Punjenje

Elektrostatsko pražnjenje od -600 volti se ravnomjerno raspoređuje po površini bubnja koronskim pražnjenjem iz koronske jedinice (Korotrona), s izlazom ograničenim kontrolnom mrežom ili ekranom. Ovaj efekat se može postići i korištenjem kontaktnog valjka s naelektrisanjem primijenjenim na njega. U suštini, koronsko pražnjenje se generiše vrlo tankom žicom od 6,35 do 12,7 mm) dalje od fotoprovodnika. Na žicu se postavlja negativni naboj koji će ionizirati prostor između žice i provodnika, tako da će se elektroni odbiti i gurnuti na provodnik. Provodnik se postavlja na vrh provodne površine, održavajući se na potencijalu uzemljenja.

Polarnost se bira tako da odgovara pozitivnom ili negativnom procesu. Pozitivan proces se koristi za proizvodnju crno-bijelih kopija. Negativ proces se koristi za proizvodnju crno-bijele boje iz negativnih originala (uglavnom mikrofilma) i svih digitalnih štampanja i kopiranja. Ovo se radi kako bi se uštedjela upotreba laserske svjetlosti metodom ekspozicije "crnopisanja" ili "pisanja na crno".

Korak 2

Ekspozicija

Dokument ili mikroforma koji se kopira osvjetljava se bljeskalicama na ploči i ili prolazi preko sočiva ili se skenira pokretnim svjetlom i sočivom, tako da se njegova slika projektuje na površinu bubnja koja se kreće i sinhronizuje sa njom. Alternativno, slika se može eksponirati pomoću ksenonskog stroboskopa koji osvjetljava površinu bubnja ili trake koja se kreće, dovoljno brzo da se dobije savršena latentna slika. Tamo gdje se na dokumentu nalazi tekst ili slika, odgovarajuće područje bubnja će ostati neosvijetljeno. Tamo gdje nema slike, bubanj će biti osvijetljen i naboj će se raspršiti. Naboj koji ostaje na bubnju nakon ove ekspozicije je 'latentna' slika i negativ originalnog dokumenta. Bilo da se radi o skenirajućem ili stacionarnom optičkom sistemu, kombinacije sočiva i ogledala koriste se za projektovanje originalne slike na ploču (površinu za skeniranje) na fotoprovodnik. Dodatna sočiva, sa različitim žižnim daljinama ili zumirajuća sočiva koriste se za uvećavanje ili smanjenje slike; brzina skeniranja mora se prilagoditi elementima ili smanjenjima.

Bubanj je inferiorniji od trake u smislu da, iako je jednostavniji od trake, mora se postepeno usmjeravati u dijelovima koji se kotrljaju po zakrivljenom bubnju, dok ravna traka efikasno koristi jednu ekspoziciju za direktan prolaz. U ®laserskom ili LED štampaču, modulirano svjetlo se projektuje na površinu bubnja kako bi se stvorila latentna slika. Modulirano svjetlo se koristi samo za stvaranje pozitivne slike, otuda i termin "crno pisanje".

Korak 3

Razvijanje

U fotokopir aparatima velikog kapaciteta, bubanj se suočava sa sporo turbulentnom mješavinom čestica tonera i većih, željeznih, čestica nosača koje se mogu ponovo koristiti. Toner je prah; njegov rani oblik bio je ugljeni prah, a zatim pomiješan rastopljenim postupkom sa polimerom. Čestice nosača imaju premaz koji, tokom miješanja, generiše triboelektrični naboj (oblik statičkog elektriciteta), koji privlači premaz čestica tonera. Osim toga, mješavina se manipuliše magnetnim valjkom kako bi se na površinu bubnja ili trake nanio toner. Kontaktom sa nosačem, svaka neutralna čestica tonera ima električni naboj suprotnog polariteta od naboja latentne slike na bubnju. Naboj privlači toner kako bi se formirala vidljiva slika na bubnju. Da bi se kontrolisala količina prenesenog tonera, na valjak za razvijanje se primjenjuje prednapon kako bi se suprotstavio privlačenju između tonera i latentne slike.

Tamo gdje je potrebna negativna slika, kao pri štampanju sa mikroform negativa, toner ima isti polaritet kao korona u koraku 1. Elektrostatičke linije sile tjeraju čestice tonera dalje od latentne slike prema nenabijenom području, koje je područje izloženo sa negativa.

Rani fotokopir aparati i štampači u boji koristili su više ciklusa kopiranja za svaku stranicu, koristeći filtere i tonere u boji. Moderni uređaji koriste samo jedno skeniranje na četiri odvojene, minijaturne procesne jedinice, koje rade istovremeno, svaka sa svojom koronom, bubnjem i jedinicom za razvijanje.

Korak 4

Transfer

Papir se provlači između bubnja i transferne korone, koja ima polaritet suprotan naboju tonera. Slika tonera se prenosi sa bubnja na papir kombinacijom pritiska i elektrostatskog privlačenja. Na mnogim mašinama u boji i mašinama velike brzine, uobičajeno je zamijeniti transfernu korona sa jednim ili više nabijenih valjaka za prijenos, koji primjenjuju veći pritisak i proizvode sliku višeg kvaliteta.

Korak 5

Odvajanje ili skidanje

Električni naboji na papiru djelimično se neutraliziraju naizmjeničnom strujom iz druge korone, obično konstruirane u tandemu s transfernom koronom i odmah nakon nje. Kao rezultat toga, papir, zajedno s većinom (ali ne cijelom) slikom tonera, odvaja se od površine bubnja ili trake.

Korak 6

Fiksiranje ili spajanje

Slika tonera se trajno fiksira na papir pomoću mehanizma topline i pritiska (grijač vrućeg valjka) ili tehnologije radijantnog spajanja (grijač peći) kako bi se čestice tonera otopile i vezale u medij (obično papir) koji se štampa. Također su postojali "offline" grijača pare. To su bile posude prekrivene pamučnom gazom posutom isparljivom tekućinom, poput etera. Kada se prenesena slika dovede u blizinu pare iz tekućine koja isparava, rezultat je bila savršeno fiksirana kopija bez ikakvog izobličenja ili migracije tonera koji se mogu pojaviti kod drugih metoda. Ovaj metod se više ne koristi zbog emisije isparenja. drugih metoda. Ova metoda se više ne koristi zbog emisije isparenja.

Korak 7

Čišćenje

Bubanj, koji je već djelimično ispražnjen tokom odvajanja, dodatno se prazni svjetlom. Preostali toner, koji se nije prenio u koraku 6, uklanja se sa površine bubnja rotirajućom četkom pod usisavanjem ili gumenom špatulom poznatom kao oštrica za čišćenje. Ovaj 'otpadni' toner se obično usmjerava u odjeljak za otpadni toner radi kasnijeg odlaganja; međutim, u nekim sistemima se vraća u jedinicu za razvijanje radi ponovne upotrebe. Ovaj proces, poznat kao obnavljanje tonera, mnogo je ekonomičniji, ali može dovesti do smanjenja ukupne efikasnosti tonera kroz proces poznat kao 'zagađenje tonerom', pri čemu se dozvoljava nakupljanje nivoa koncentracije tonera/razvijača sa lošim elektrostatskim svojstvima u jedinici za razvijanje, smanjujući ukupnu efikasnost tonera u sistemu.

Neki sistemi su napustili odvojeni razvijač (nosač). [Ovi sistemi, poznati kao monokomponentni, funkcionišu kao gore opisano, ali koriste ili [magnet]]ni toner ili topljivi razvijač. Nema potrebe za zamjenom istrošenog razvijača, jer ga korisnik efektivno zamjenjuje zajedno s tonerom. Alternativni sistem razvijanja, koji je razvio KIP iz napuštene linije istraživanja kompanije Xerox, u potpunosti zamjenjuje manipulaciju magnetnim tonerom i sistem čišćenja, nizom računarski kontrolisanih, promjenjivih pristranosti. Toner se štampa direktno na bubanj, direktnim kontaktom s gumenim valjkom za razvijanje koji, preokretanjem pristranosti, uklanja sav neželjeni toner i vraća ga u jedinicu za razvijanje radi ponovne upotrebe.

Razvoj kserografije doveo je do novih tehnologija koje imaju potencijal da na kraju iskorijene tradicionalne mašine za ofset štampu. Ove nove mašine koje štampaju u punoj CMYK boji, kao što je Xeikon, koriste kserografiju, ali pružaju gotovo kvalitet tradicionalnih otisaka mastilom.

Trajnost

Kserografski dokumenti (i blisko povezani otisci laserskih štampača) mogu imati odličnu arhivsku trajnost, ovisno o kvaliteti korištenog papira. Ako se koristi papir niske kvalitete, on može požutjeti i degradirati se zbog zaostale kiseline u netretiranoj pulpi; u najgorem slučaju, stare kopije se doslovno mogu raspasti u male čestice prilikom rukovanja. Visokokvalitetne kserografske kopije na papiru bez kiseline mogu trajati koliko i otkucani ili rukom pisani dokumenti na istom papiru. Međutim, kserografske kopije su osjetljive na neželjeni prijenos tonera ako se čuvaju u direktnom kontaktu ili neposrednoj blizini plastifikatora, koji su prisutni u registratorima s odvojivim listovima, napravljenim od PVC. U ekstremnim slučajevima, toner tinte će se direktno zalijepiti za poklopac registratora, odvajajući se od papirne kopije i čineći je nečitkom.

Upotreba u animaciji

Ub Iwerks je prilagodio kserografiju kako bi eliminirao fazu ručnog crtanja tintom u procesu animacije štampajući crteže animatora direktno na animacijske ćelije. Prvi animirani film koji je koristio ovaj proces bio je Sto i jedan dalmatinac (1961), iako je tehnika već testirana u filmu Uspavana ljepotica, objavljenom dvije godine ranije. U početku su bile moguće samo crne linije, ali 1977. uvedene su sive linije i korištene u filmu Spasioci, a 1980-ih uvedene su i korištene obojene linije u animiranim filmovima poput Tajna NIMH-a.

Upotreba u umjetnosti

Kserografiju koriste fotografi širom svijeta kao direktan fotografski proces, umjetnici knjiga za objavljivanje jedinstvenih knjiga ili više primjeraka, te umjetnici koji sarađuju u portfolijima poput onih koje je izradilo Međunarodno društvo umjetnika kopirnih strojeva koje je osnovala američka grafička umjetnica i umjetnica knjiga, Louise Odes Neaderland. Likovni kritičar Roy Proctor je rekao o umjetnici/kustosici Louise Neaderland tokom njene rezidencije za izložbu Art ex Machina u galeriji 1708 u Richmondu, Virginia: "Ona je živi dokaz da će, kada se nova tehnologija počne masovno proizvoditi, umjetnici biti dovoljno znatiželjni - i dovoljno maštoviti - da istraže njene kreativne upotrebe."

Dopunska literatura

• David Owen (2). Copies in Seconds: How a Lone Inventor and an Unknown Company Created the Biggest Communication Breakthrough Since Gutenberg. New York: Simon & Schuster. ISBN 0-7432-5117-2.
• Schein, L. B. (1988). Electrophotography and Development Physics. Springer Series in Electrophysics. 14. Berlin: Springer-Verlag.
• Eichhorn, Kate (2016). Adjusted Margin: Xerography, Art, and Activism in the Late Twentieth Century. Cambridge: The MIT Press. ISBN 978-0262033961

Vanjski linkovi

• "Static Pops Pictures On Paper" detailed 1949 Popular Science article on the history and technology of xerography