หมึกพิมพ์ในเครื่องพิมพ์ดิจิทัลเป็นอย่างไร?
รศ. ดร. จันทิรา โกมาสถิตย์สาขาวิชาเทคโนโลยีการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
หมึกพิมพ์สำหรับเครื่องพิมพ์ระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี : Toner
คำว่า “โทนเนอร์ (toner)” อาจไม่นิยมพูดในนักพิมพ์รุ่นหลัง ๆ แต่ในวงการพิมพ์ระดับนานาชาติ หากต้องสื่อสารกับนักพิมพ์ต่างประเทศแล้ว จะเรียกหมึกพิมพ์สำหรับเครื่องพิมพ์ดิจิทัลระบบอิเล็กโตโฟโตกราฟีว่า โทนเนอร์ ส่วนการพิมพ์ประเภทอิเล็กโตรโฟโตกราฟี (electrophotography) คืออะไร ? ระบบนี้หมายถึง การพิมพ์ระบบต่อพ่วงคอมพิวเตอร์หรือดิจิทัลประเภทหนึ่งที่ใช้กลไกการพิมพ์ด้วยลำแสง เช่น ลำแสงเลเซอร์ โดยก่อภาพแฝงบนอุปกรณ์เคลือบสารไวแสง (PC, photoconductor หรือphotoreceptor) ก่อน สุดท้ายจึงพิมพ์หมึกที่เรียกว่าโทนเนอร์ลงบนแผ่นกระดาษพิมพ์หรือวัสดุพิมพ์ชนิดอื่น มักเรียกเครื่องพิมพ์ชนิดนี้ว่า เครื่องพิมพ์เลเซอร์ (Laser printer) แต่หากเปลี่ยนจากลำแสงเลเซอร์เป็นแสงชนิดอื่นอย่างเช่น แสงหลอดไฟ LED ก็เรียกเครื่องพิมพ์แอลอีดี (LED printer) อย่างไรก็ตามอยากให้ทำความเข้าใจว่าเหล่านี้คือ การพิมพ์ระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี
หลักการของระบบการพิมพ์อิเล็กโตรโฟโตกราฟี
การพิมพ์ระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี เป็นการพิมพ์ประเภทไร้แรงกดพิมพ์ (non-impact printing) ระบบการพิมพ์โดยอาศัยไฟฟ้าสถิต (Electrostatic printing) การพิมพ์อิเล็กโตรโฟโตกราฟีเรียกได้อีกชื่อว่าซีโรกราฟี (xerography) มาจากภาษากรีกคือ xeros แปลว่า dry (แห้ง) หมายถึงการพิมพ์แบบแห้งเพราะใช้หมึกพิมพ์ที่มีลักษณะเป็นผง คือโทนเนอร์ (toner) โดยที่ toner มีคุณสมบัติแตกต่างจากหมึกพิมพ์ชนิดอื่นคือ มีประจุไฟฟ้าสถิตบวกหรือลบดังภาพ
สาเหตุที่โทนเนอร์ต้องมีประจุไฟฟ้าสถิต เนื่องจากต้องอาศัยแรงดึงดูด หรือแรงผลักของประจุไฟฟ้าในกลไกการพิมพ์ระบบนี้ โดยกฎแรงทางไฟฟ้า คือ หากประจุไฟฟ้าเดียวกันจะเกิดแรงผลักกัน (repulsion force) แต่ประจุไฟฟ้าตรงข้ามกันจะเกิดแรงดึงดูดกัน (attraction force) ดังภาพตัวอย่างลูกโป่งที่มีประจุไฟฟ้าลบจะดึงดูดไปติดผิวผนังที่มีประจุไฟฟ้าบวก
เครื่องพิมพ์ระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี มีกลไกการพิมพ์ 6 ขั้นตอนตามลำดับ ดังต่อไปนี้
- Charging – การให้ประจุไฟฟ้าสถิตบนผิวของอุปกรณ์เคลือบสารไวแสงโฟโตคอนดักเตอร์ (PC) ที่มีคุณสมบัติเหนี่ยวนำแสงและก่อประจุไฟฟ้าสถิตได้ อุปกรณ์นี้มักเป็นโมทรงกระบอก สามารถเรียกว่า โมสร้างภาพ โมไวแสง โมโฟโตคอนดักเตอร์ หรือโมโฟโตรีเซปเตอร์
- Exposure – การฉายแสงลงบนผิวอุปกรณ์เคลือบสารไวแสงโฟโตคอนดักเตอร์ที่มีประจุไฟฟ้าสถิตจากขั้นตอน charging โดยแสงทำหน้าที่สลายประจุไฟฟ้าสถิตออกไปจากผิว เพื่อปรากฏภาพแฝงตามภาพหรือข้อความที่ต้องการพิมพ์
- Development – การลงโทนเนอร์บนบริเวณภาพแฝงบนผิว PC ด้วยแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต
- Transferring – การถ่ายโอนโทนเนอร์จากภาพแฝงบนผิว PC ลงบนกระดาษพิมพ์ด้วยแรงดึงดูดทางไฟฟ้าสถิต
- Fusing หรือ Fixing – การผนึกหมึกคือผงโทนเนอร์ให้ติดแน่นเป็นภาพบนผิวกระดาษพิมพ์
- Cleaning และ Erasing – การทำความสะอาดผิว PC ให้ปราศจากโทนเนอร์และลบประจุไฟฟ้าสถิตที่อาจเหลือค้างออกจากผิว PC ตามลำดับ เพื่อเตรียมผิว PC สำหรับการพิมพ์รอบถัดไป
ส่วนประกอบในโทนเนอร์
โทนเนอร์ประกอบด้วยสารเคมีที่มีหน้าที่เหมือนกับหมึกพิมพ์ทั่วไป ยกเว้นองค์ประกอบที่ทำหน้าที่เป็นสารก่อประจุ (charge control agent; CCA) ที่หมึกพิมพ์ทั่วไปไม่มี
เครื่องพิมพ์ระบบอิเล็กโตรโฟโตกราฟี แบ่งตามเทคโนโลยีโทนเนอร์ ออกเป็น 2 แบบ คือ
- เครื่องพิมพ์ใช้หมึกพิมพ์ชนิดโทนเนอร์แห้ง (Dry toner) หมึกผงหรือโทนเนอร์ที่มีลักษณะเป็นผงแห้ง เครื่องพิมพ์อิเล็กโตรโฟโตกราฟีส่วนมากหมึกพิมพ์มักเป็นชนิด dry toner แบ่งตามเทคโนโลยีของเครื่องพิมพ์ ดังนี้
- โทนเนอร์ชนิดสององค์ประกอบ (Two-component toner) เครื่องพิมพ์ต้องอาศัยองค์ประกอบอีกชนิด คือ carrier เป็นตัวพาในการถ่ายโอนอนุภาคโทนเนอร์ลงบนภาพแฝง
- โทนเนอร์ชนิดหนึ่งองค์ประกอบ (Monocomponent toner) โทนเนอร์ชนิดนี้ผสมสารแม่เหล็กเข้าไปในอนุภาคโทนเนอร์ ซึ่งไม่ต้องอาศัย carrier ในการพิมพ์ เป็นชนิดที่พัฒนาขึ้นในเวลาต่อมา
- เครื่องพิมพ์ใช้หมึกพิมพ์ชนิดโทนเนอร์เหลว (Liquid toner) ใช้ในรูปแบบน้ำหมึกหรือหมึกเหลว โดยให้อนุภาคโทนเนอร์กระจายตัวในของเหลวตัวกลางที่มีไม่มีสภาพนำไฟฟ้า อาทิ น้ำมันปิโตรเลียม เช่นเครื่องพิมพ์ HP indigo ก็ใช้เทคโนโลยีโทนเนอร์เหลว หรือ Electro ink
เทคโนโลยีโทนเนอร์ปัจจุบันผลิตให้มีขนาดอนุภาคเล็กละเอียดลงได้มากถึง 1-3 ไมโครเมตร หมายความว่าสามารถผลิตงานพิมพ์ที่มีความละเอียดสูง สมจริง ได้มากยิ่งขึ้น ทั้งนี้ความเร็วการพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ระบบนี้ขึ้นอยู่กับระดับความไวแสงของสารไวแสงโฟโตคอนดักเตอร์ (PC) ที่ใช้บนโมสร้างภาพ