آشنایی با چگونگی کار دستگاه فتوکپی آنالوگ و دیجیتال

زمانی که صحبت از چگونگی کار دستگاه فتوکپی می‌شود، احتمالا بسیاری بر این باورند که این دستگاه عملکردی ساده‌ای دارد. یک کاغذ را درون دستگاه گذاشته و کمتر از چند ثانیه کپی آماده است! اما واقعیت این است که دستگاه‌های فتوکپی عملکرد بسیار پیچیده‌ای دارند. دستگاهی که از قطعات مختلفی تشکیل شده و هر یک نقش کلیدی در کپی گرفتن از اسناد دارند.

در این مقاله تلاش کردیم به طور کامل به بررسی تمام مراحل کپی گرفتن از یک سند یا برگ کاغذ بپردازیم. موضوعی که در کتاب فیزیک پایه یازدهم هم به آن اشاره شده‌است. تا انتهای مطلب با ما همراه شوید.

دستگاه فتوکپی از چه قطعاتی تشکیل شده‌است؟

دستگاه‌های فتوکپی رایج و متداول که معمولا با نام دستگاه زیراکس هم شناخته می‌شوند، از قطعات زیر تشکیل شده‌اند:

• درام (تسمه): مهم‌ترین بخش دستگاه فتوکپی که گیرنده‌ی نور بوده و دارای ترکیبات نیمه رسانایی مانند سلنیوم، سیلیکون و ژرمانیوم است.
• تونر: ماده‌ای که حاوی رنگ‌دانه است. نوعی جوهر پودری که دارای بار منفی بوده و باعث ایجاد محتویات موجود بر روی کاغذ اصلی بر روی کاغذ کپی می‌شود.
• سیم‌های کرونا: قطعاتی که با استفاده از ولتاژ قوی میدان بار مثبت را به سطح گیرنده‌ی نور درام و کاغذ کپی منتقل می‌کنند. (دقت داشته باشید که تخلیه الکتریکی ایجاد شده به علت افزایش چگالی میدان الکتریکی، کرونا نام دارد.)
• منابع نور و لنز: که پرتو نوری را ایجاد می‌کنند و با حرکت بر روی کاغذ اصلی باعث ایجاد تصویری بر روی درام می‌شوند.
• قطعه‌ی فیوزینگ؛ یکی از مهم‌ترین قطعات دستگاه فتوکپی که وظیفه‌ی به پایان رساندن فرآیند کپی را بر عهده دارد. این قطعه با ایجاد حرارت و فشار باعث ذوب شدن ذرات تونر و چسبیدن بر روی کاغذ برای ایجاد محصول نهایی یعنی کاغذ کپی می‌شود.

آشنایی با چگونگی کار دستگاه فتوکپی

دستگاه فتوکپی بر اساس دو اصل الکتریسیته و رسانایی نوری کار می‌کند. در داخل این دستگاه یک گیرنده نوری تعبیه شده که از حساسیت بالایی نسبت به نور برخوردار است و با جذب ذرات تونر (پودری که مانند جوهر در کارتریج دستگاه قرار دارد) و انتقال آن ذرات به صفحه‌ی کاغذ، محصول نهایی یعنی کاغذ کپی شده را تحویل می‌دهد.

عملکرد دستگاه‌های فتوکپی در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد؛ شما یک کاغذ را بر روی صفحه‌ی شیشه‌ای دستگاه فتوکپی می‌گذارید و پس از چند ثانیه کاغذ کپی شده را تحویل می‌گیرید. در صورتیکه درون دستگاه در طی همین چند ثانیه فرآیندهای مختلف و مهمی اتفاق می‌افتد تا کاغذ کپی شود.

همانگونه که در ببخش قبلی به آن اشاره کردیم، درون دستگاه فتوکپی چند بخش مهم و اساسی وجود دارد که هر یک نقش مهمی در تهیه برگ کپی ایفا می‌کنند. از سوی دیگر اصل اساسی در دستگاه فتوکپی جذب بار منفی به بار مثبت است. برای مثال، یکی از اجزای مهم این دستگاه تونر یا پودری است که برای ایجاد نوشته و تصویر بر روی محصول نهایی استفاده می‌شود. این پودر بار منفی دارد که جذب کاغذ که بار مثبت داشته، می‌شود.

یکی دیگر از مهم‌ترین بخش‌های دستگاه فتوکپی که از آن به عنوان قلب دستگاه یاد می‌شود، درام نام دارد. بخشی که توسط الکتریسیته‌ی ساکن درون دستگاه دارای بار مثبت می‌شود. زمانی که کاغذ اصلی بر روی صفحه‌ی شیشه‌ای دستگاه قرار می‌گیرد، با استفاده از لیزرِ دستگاه، تصویری از این کاغذ بر روی درام منتقل می‌شود. در طول این فرآیند قسمت‌های روشن تصویر در حقیقت نقاط سفید کاغذ بار مثبت خود را از دست داده و منفی شده اما بخش‌های تیره‌ی تصویر (نوشته‌های روی کاغذ) همچنان با بار مثبت باقی می‌مانند. در ادامه تونر به دلیل داشتن بار منفی جذب بخش سیاه تصویر یا همان نوشته‌های کاغذ اصلی که دارای بار مثبت بوده، می‌شود. این مرحله در دستگاه‌هایی که فتوکپی رنگی انجام می‌دهند، با جذب تونر به نقطه‌های فیروزه‌ای، سرخابی، زرد و مشکی همراه است. رنگ‌های که با همکاری یکدیگر می‌توانند طیف گسترده‌ای از انواع رنگ‌ها را تشکیل دهند.

درون دستگاه‌های چاپ‌گر و کپی قطعه‌ای به نام غلتک‌های حرارتی و فشاری نصب شده‌است. تونر در بخش نهایی با فشار و گرمای این غلتک‌ها ذوب شده و به کاغذ می‌چسبد. بعد از این مرحله کاغذ کپی شده و از دستگاه خارج می‌شود. دلیل گرم بودن کاغذ در لحظه‌ی اول پس از خروج از دستگاه هم همین حرارت مرحله‌ی آخر غلتک‌ها است.

نقش درام در دستگاه فتوکپی چیست؟

درام از موادی ساخته شده که رسانای نور هستند. در ادامه به بررسی دقیق عملکرد درام می‌پردازیم:

1. سطح درام با استفاده از الکتریسیته‌ی ساکن شارژ می‌شود. (دارای بار الکتریکی می‌شود)
2. زمانی که کاغذ اصلی را بر روی صفحه‌ی شیشه‌ای دستگاه فتوکپی می‌گذارید، یک نوری از تمام سطح آن عبور کرده و کاغذ را اسکن می‌کند. سپس نور از بخش‌های سفید کاغذ (نقاطی که نوشته یا تصویری ندارد) منعکس شده و به سطح درام برخورد می‌کند.
3. در حین انعکاس نور از سطح کاغذ و برخورد آن با سطح درام، به دلیل باردار بودن درام، بارهای مثبت ساطع شده از کاغذ با بارهای مثبت درام برخورد کرده و خنثی می‌شوند. اما در نهایت مقداری از بار مثبت درام باقی می‌ماند.
4. در مرحله بعد ذرات تونر بر روی درام پخش شده و چون دارای بار منفی بوده جذب بارهای مثبت باقی مانده بر روی درام می‌شوند.
5. سپس کاغذی که دارای بار مثبت بوده و از یک طرف دستگاه وارد آن شده، از سطح درام عبور کرده و همزمان ذرات تونر را از درام دور می‌کند.
6. سپس به کمک حرارت و فشار، گرما به کاغذ منتقل شده و ذوب شدن ذرات تونر بر اثر حرارت در نهایت باعث ایجاد تصویر کاغذ اصلی بر روی کاغذ نهایی می‌شود. در این مرحله کاغذ کپی شده از دستگاه خارج می‌شود.

روش استفاده از دستگاه فتوکپی

روش استفاده از دستگاه فتوکپی برای کپی گرفتن از کاغذ در سه مرحله اصلی انجام می‌شود:

• درب دستگاه فتوکپی را باز می‌کنید.
• کاغذ را برای کپی گرفتن به شکلی بر روی صفحه‌ی شیشه‌ای می‌گذارید که روی کاغذ به طرف پایین باشد.
• تنظیمات مورد نظر خود را برای کپی مانند تعداد کپی، بزرگ‌نمایی و میزان روشنایی را انجام می‌دهید.

دکمه‌ی شروع فرآیند کپی را فشار دهید

همانطور که اشاره شد دستگاه فتوکپی با توجه به یکی از مهم ترین اصول فیزیک یعنی جذب بار منفی کار می‌کند. ترکیب این اصل با الکتریسیته‌ی ساکن مانند زمانی است که شما بادکنکی را بر اثر مالش بر روی پارچه شارژ کرده (دارای بار الکتریکی می‌شود) و در آن لحظه می‌تواند تکه‌های کوچکی مانند کاغذ را به راحتی جذب کند؛ فرآیندی که در دستگاه فنوکپی و بر روی درام دستگاه انجام می‌شود. درام به کمک الکتریسیته ساکن شارژ (دارای بار الکتریکی) می‌شود. از سوی دیگر تونر یا جوهر پودری درون دستگاه فتوکپی هم پس از شارژ شدن درام، جذب آن می‌شود.

رابطه‌ی درام و تونر در دل دستگاه فتوکپی با سه اتفاق مهم همراه است

1. در دستگاه فتوکپی با استفاده از نور بازتابی از کاغذ اصلی و الکتریسیته‌ی ساکن درام دارای بار الکتریکی می‌شود. تصویری از کاغذ هم بر روی درام ایجاد می‌شود. نور در این مرحله منجر به جذب ذرات تونر توسط بخش سیاه کاغذ می‌شود.
2. در طی این فرآیند تونر در مرحله‌ی اول بر روی درام و در نهایت بر روی محصول نهایی یعنی کاغذ کپی شده قرار می‌گیرد. جذب تونر بر روی کاغذ و خروج آن از درام هم با استفاده از الکتریسیته ساکن که منجر به شارژ شدن کاغذ شده، انجام می‌شود.
3. یکی دیگر از دلایل جذب ذرات تونر بر روی کاغذ، حساسیت این ذرات به حرارت و گرما است. در مرحله‌ آخر حرارت وارد شده بر روی تونر منجر به ذوب شدن و چسبیدن آن بر روی کاغذ می‌شود.

چگونگی کار دستگاه‌های فتوکپی امروزی

شارژ شدن

درون دستگاه‌های کپی و پرینترِ لیزری امروزی یک سطح گیرنده‌ی نور وجود دارد که از حساسیت بالایی نسبت به نور برخوردار است. این سطح درام نام داشته و از موادی پوشانده شده که رسانای نور هستند. زمانی که دستگاه روشن می‌شود، با انتقال ولتاژ بسیار بالا به دستگاه، میدان بار الکتریکی مثبتی در اطراف سیم‌های دستگاه ایجاد می‌شود و در زمان حرکت پرتو نور بر روی سطح کاغذ اصلی باعث انعکاس صفحه و انتقال بار مثبت می‌شود.

حرکت پرتوهای نور و اسکن کاغذ اصلی

با قرار گرفتن کاغذ بر روی صفحه شیشه‌ای دستگاه، با استفاده از منبع نور و لنز دستگاه پرتو نوری ایجاد می‌شود که سطح کاغذ را اسکن می‌کند. نور از بخش‌های سفید کاغذ منعکس شده و به سطح گیرنده‌ی نور برخورد می‌کند. در زمان تماس بارهای مثبت ساطع شده از کاغذ با بارهای مثبت گیرنده‌ی نور، مقداری از بار میدان الکتریکی حاصل خنثی و کاهش می‌یابد.

پخش شدن رنگ

درون دستگاه‌های فتوکپی یک تونر یا جوهر پودری قرار دارد که باعث ایجاد تصویر و نوشته‌های روی کاغذ کپی می‌شود. این ذرات که دارای خواص الکترواستاتیکی هستند بر اثر جریان الکتریسیته ساکن دارای بار منفی می‌شوند. پس از اسکن شدن صفحه و انتقال بار به درام، ذرات تونر بر روی درام پخش شده و جذب بارهای مثبت می‌شوند. در دستگاه‌های فتوکپی رنگی ذرات تونر جذب رنگ‌های سرخابی، فیروزه‌ای، زرد و سیاه می‌شوند که درنهایت کاغذ کپی رنگی را ایجاد می‌کنند.

انتقال تصویر

در این مرحله کاغذ که دارای بار مثبت است با ذرات تونر با بار منفی برخورد کرده و باعث انتقال تصویر بر روی کاغذ می‌شود. بارهای ایجاد شده در این میدان مغناطیسی به قدری قوی است که می‌تواند باعث چسبیدن ذرات تونر بر روی کاغذ و جدا شدن از گیرنده نوری شود.

فیوزینگ

در فرآیند ادغام، کاغذ از میان یک جفت غلتک گرم عبور کرده و با انتقال حرارت و ایجاد فشار بر روی ذرات تونر باعث ذوب شدن این ذرات می‌شود. در نهایت تمام تصاویر و نوشته‌های کاغذ اصلی به کاغذ کپی منتقل می‌شوند.

پاک‌سازی

در اغلب اوقات در پایان فرآیند کپی و انتقال تونر بر روی کاغذ کپی، کمی از ذرات تونر درون دستگاه باقی می‌ماند. این ذرات به کمک برس‌های چرخان موجود در دستگاه با سرعت قابل قبولی پاک می‌شوند.

فرآیند چاپ دستگاه‌های فتوکپی لیزری یک فرآیند خارق‌العاده و یکی از کاربردهای فیزیک در فناوری است که از دانش‌های شیمیایی، الکتریکی، مکانیکی و نرم‌افزاری تشکیل شده است. دستگاهی که در زمانی کوتاه می‌تواند از یک کاغذ صدها کاغذ کپی گرفته یا چاپ کند.

نکات مهم در چگونگی کار دستگاه فتوکپی

در این بخش نگاهی به چگونگی پخش شدن جوهر و انتقال تصویر به کاغذ کپی داریم:

قدم اول؛ ایجاد تصویری از کاغذ اصلی بر روی درام گیرنده‌ی نور

زمانی که کاغذ بر روی صفحه‌ی شیشه‌ای دستگاه فتوکپی گذاشته می‌شود، پرتو نوری با عبور از روی کاغذ آن را اسکن می‌کند. این کار باعث انعکاس نور از قسمت‌های سفید کاغذ می‌شود که جریان بار مثبتی را ایجاد می‌کند. درام گیرنده‌ی نور بر اثر جریان الکتریسیته‌ی ساکن شارژ شده و دارای بار مثبت می‌شود. این سطح که دارای پوششی رسانا بوده بار مثبت را انتقال داده و بر اثر برخورد با بار مثبت ساطع شده از انعکاس نور خنثی شده و کمی از میزان بار درام کم خواهدشد. در نهایت تصویری از کاغذ اصلی بر روی درام ایجاد می‌شود.

قدم دوم؛ شارژ شدن ذرات تونر و انتقال به سطح درام

در قدم بعد ذرات تونر از مخزن خارج شده و بر اثر جریان الکتریسیته ساکن شارژ می‌شود. ذرات دارای بار منفی به بخش مثبت درام جذب شده و در نهایت تصویری سیاه و سفید کپی شده از کاغذ اصلی بر روی درام ایجاد می‌شود.

قدم سوم؛ انتقال ذرات تونر به کاغذ

بر اثر حرارت و فشار غلتک‌ها ذرات تونر ذوب شده و به کاغذ می‌چسبد. سپس کاغذ کپی از دستگاه خارج می‌شود. کاغذی که کمی از گرمای غلتک‌ها را در خود دارد.

دستگاه‌های فتوکپی دیجیتال چه تفاوتی با سایر دستگاه‌های فتوکپی دارند؟

اولین دستگاه فتوکپی در سال ۱۹۴۹ به فروش رسید. تا سال ۱۹۸۰ تمامی دستگاه‌های کپی با استفاده از فناوری آنالوگ کار می‌کردند. فناوری آنالوگ با استفاده از اپتیک و الکتریسیته ساکن کاغذ اصلی را اسکن کرده و کاغذ کپی را تحویل می‌دهد. در سال ۱۹۸۱ با اختراع دستگاه فتوکپی دیجیتال توسط ریکو (Ricoh) چگونگی کار دستگاه فتوکپی تغییر کرد. بسیاری از دستگاه‌ها فتوکپی موجود در بازار امروز از فناوری دیجیتال پیروی می‌کند. در این سیستم کاغذ به کمک یک تراشه حس‌گر (CCD/CMOS) اسکن شده و نسخه‌ی دیجیتالی با فرمت JPG/TIFF ایجاد می‌شود. در نهایت این فایل چاپ خواهدشد.

دستگاه‌های چاپ‌گر لیزری و جوهر افشان هم عملکردی مشابه دستگاه‌های فتوکپی دیجیتال دارند. این دستگاه‌ها دارای قابلیت‌های بسیاری مانند بزرگ‌نمایی محصول نهایی، کیفیت بسیار بالا و وضوح عالی هستند. بسیاری از دستگاه‌های فتوکپی مدرن می‌توانند همرمان چاپ، کپی و اسکن را هم انجام دهند. این دستگاه‌ها امکان اتصال به سیستم‌های کامپیوتری را هم دارند. می‌توان به کمک کامپیوتر فایل را پیش از کپی یا اسکن ویرایش کرد. دستگاه‌های کپی دیجیتال چندکاره با وجود امکانات فراوان، از نظر امنیتی دارای مشکلاتی هستند. اطلاعات پردازش شده توسط دستگاه در حافظه‌ی آن ذخیره می‌شود که می‌توانند باعث افشا شدن اطلاعات شوند. البته با رمزگذاری می‌توان از این اتفاق پیش‌گیری کرد.

نکات مهم برای بهبود سلامت و ایمنی دستگاه‌های فتوکپی

دستگاه فتوکپی هم مانند بسیاری از دیگر ابزارهای دیجیتال نیاز به رعایت نکاتی برای افزایش کارایی و طول عمر دستگاه دارد که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:

تهویه

دستگاه‌های فتوکپی باید در محلی گذاشته شوند که در اطراف خود فضای کافی برای تهویه و خروج هوا از دریچه‌‌های دستگاه را داشته‌باشند. اگر آن را در اتاق کوچکی می‌گذارید، از فن‌های برقی برای حفظ دمای خنک دستگاه فتوکپی استفاده کنید.

محل قرارگیری

علاوه بر توجه به فضای کافی اطراف دستگاه، باید آن را در مکانی قرار دهید که ارتفاع مناسبی نسبت به سطح زمین داشته‌ باشد. در حقیقت باید در محلی گذاشته شود که شما برای گذاشتن یا برداشتن کاغذ نیاز به خم شدن بیش از اندازه نداشته‌باشید.

خواندن دفترچه راهنما

برای آشنایی دقیق با چگونگی کار دستگاه فتوکپی، پیش از استفاده دفترچه راهنمای آن را مطالعه کنید. با موارد ایمنی و احتیاطی دستگاه آشنا شوید. زمان تعویض قطعات، تونر و پاک‌سازی دستگاه را به خاطر بسپارید.

سخن پایانی

همانطور که در این مقاله خواندید، چگونگی کار دستگاه فتوکپی از یک فرآیند پیچیده‌ای پیروی می‌کند. فرآیندی که علم فیزیک نقش مهمی در اجرای آن دارد. شما همراهان عزیز ستاره با گشتی در بخش محتوای کمک درسی سایت، می‌توانید پاسخ بسیاری از پرسش‌های کتاب‌های درسی مقاطع مختلف تحصیلی را بیابید.

برگرفته از: How does the photocopier work