Xerografía

Parte de una serie sobre el
Historia de la imprenta
Técnicas Impresión en madera 200 Tipos móviles 1040 Intaglio (grabado) 1430 Prensa C.  1440 Aguafuerte C.  1515 Grabado mezzotinto 1642 Impresión en relieve 1690 Acuatinta 1772 Litografía 1796 Cromolitografía 1837 Prensa rotativa 1843 Hectógrafo 1860 Impresión offset 1875 Composición tipográfica en caliente 1884 Mimeógrafo 1885 Impresión con rueda de margarita 1889 Fotocopia y rectigrafía 1907 Serigrafía 1911 Duplicador de espíritus 1923 Impresión matricial de puntos 1925 Xerografía 1938 Impresión de chispas 1940 Fotocomposición 1949 Impresión por inyección de tinta 1950 Sublimación de tinta 1957 Impresión láser 1969 Impresión térmica C.  1972 Impresión con tinta sólida 1972 Impresión por transferencia térmica 1981 Impresión 3D 1986 Impresión digital 1991
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La xerografía es una técnica de fotocopiado en seco. ^[1] Originalmente llamada electrofotografía, fue rebautizada como xerografía (de las raíces griegas ξηρός xeros , que significa "seco" y -‍γραφία -‍graphia , que significa "escritura") para enfatizar que, a diferencia de las técnicas de reproducción que se usaban entonces, como la cianotipia , el proceso de xerografía no utilizaba productos químicos líquidos . ^[2]

La xerografía fue inventada por el físico estadounidense Chester Carlson , basándose en gran medida en las contribuciones del físico húngaro Pál Selényi . Carlson solicitó y obtuvo la patente estadounidense 2.297.691 el 6 de octubre de 1942.

La innovación de Carlson combinó la impresión electrostática con la fotografía , a diferencia del proceso de impresión electrostática seca inventado por Georg Christoph Lichtenberg en 1778. ^[3] El proceso original de Carlson era engorroso y requería varios pasos de procesamiento manual con placas planas.

En 1946, Carlson firmó un acuerdo con Haloid Photographic Company para desarrollarlo como producto comercial. Antes de ese año, Carlson había propuesto su idea a más de una docena de empresas, pero ninguna se mostró interesada. El presidente de Haloid, Joseph C. Wilson , vio la promesa del invento de Carlson y se aseguró de que Haloid trabajara diligentemente para producir un producto comercial que funcionara.

Pasaron casi 18 años hasta que se desarrolló un proceso totalmente automatizado, y el avance clave fue el uso de un tambor cilíndrico recubierto de selenio en lugar de una placa plana. Esto dio como resultado la primera fotocopiadora automática comercial, la Xerox 914 , lanzada por Haloid/Xerox en 1960.

La xerografía se utiliza actualmente en la mayoría de las fotocopiadoras y en las impresoras láser y LED .

El primer uso comercial fue el procesamiento manual de un fotosensor plano (un componente electrostático que detecta la presencia de luz visible) con una cámara de copia y una unidad de procesamiento independiente para producir placas litográficas offset. Hoy en día, esta tecnología se utiliza en fotocopiadoras , impresoras láser y prensas digitales que están reemplazando lentamente a muchas prensas offset tradicionales en la industria de la impresión para tiradas más cortas.

Al utilizar un cilindro para transportar el fotosensor, se hizo posible el procesamiento automático. En 1960, se creó la fotocopiadora automática y desde entonces se han construido muchos millones. El mismo proceso se utiliza en las impresoras de microformas y en las impresoras láser o LED de salida de computadora . Se monta un cilindro de metal llamado tambor para que gire alrededor de un eje horizontal. El tambor gira a la velocidad de salida del papel. Una revolución hace pasar la superficie del tambor por los pasos que se describen a continuación.

La dimensión de extremo a extremo es el ancho de la impresión que se va a producir más una tolerancia generosa. Los tambores de las fotocopiadoras desarrolladas originalmente por Xerox Corporation se fabricaron con un revestimiento superficial de selenio amorfo (más recientemente, fotoconductor cerámico u orgánico u OPC), aplicado por deposición al vacío . El selenio amorfo mantendrá una carga electrostática en la oscuridad y conducirá dicha carga bajo la luz. En la década de 1970, IBM Corporation intentó evitar las patentes de Xerox para tambores de selenio desarrollando fotoconductores orgánicos como una alternativa al tambor de selenio. En el sistema original, las fotocopiadoras que dependen del silicio o el selenio (y sus aleaciones) se cargan positivamente en uso (de ahí que funcionen con polvo de " tóner " cargado negativamente). Los fotoconductores que utilizan compuestos orgánicos se cargan electroquímicamente al revés que el sistema anterior para aprovechar sus propiedades nativas en la impresión. ^[4] Ahora se prefieren los fotoconductores orgánicos porque se pueden depositar en una correa flexible, ovalada o triangular, en lugar de un tambor redondo, lo que facilita la construcción de dispositivos de tamaño significativamente más pequeño.

Los tambores fotográficos de las impresoras láser están hechos con una estructura tipo sándwich de diodo de silicio dopado con una capa cargable con luz de silicio dopado con hidrógeno, una capa rectificadora de nitruro de boro (que produce diodos) que minimiza la fuga de corriente y una capa superficial de silicio dopado con oxígeno o nitrógeno; el nitruro de silicio es un material resistente a las rozaduras.

A continuación se describen los pasos del proceso aplicados a un cilindro, como en una fotocopiadora. En el texto se describen algunas variantes. Cada paso del proceso tiene variantes de diseño. La física del proceso xerográfico se analiza en profundidad en un libro. ^[5]

Paso 1. Carga

Una carga electrostática de -600 voltios se distribuye uniformemente sobre la superficie del tambor mediante una descarga de corona desde una unidad de corona (Corotrón), con salida limitada por una rejilla o pantalla de control. Este efecto también se puede lograr utilizando un rodillo de contacto con una carga aplicada a él. Básicamente, una descarga de corona se genera mediante un cable muy fino a una distancia de 1 ⁄ 4 a 1 ⁄ 2  pulgada (6,35 a 12,7 mm) del fotoconductor. Se coloca una carga negativa en el cable, que ionizará el espacio entre el cable y el conductor, por lo que los electrones serán repelidos y empujados hacia el conductor. El conductor se coloca sobre una superficie conductora, mantenida a potencial de tierra. ^[6]

La polaridad se elige para adaptarse al proceso positivo o negativo. El proceso positivo se utiliza para producir copias en blanco y negro. El proceso negativo se utiliza para producir copias en blanco y negro a partir de originales negativos (principalmente microfilmes) y de todas las impresiones y copias digitales. Esto se hace para economizar el uso de luz láser mediante el método de exposición de "escritura en negro" o "escritura en negro".

Paso 2. Exposición

El documento o microforma que se va a copiar se ilumina con lámparas de destellos en la platina y se pasa sobre una lente o se escanea con una luz y una lente móviles, de modo que su imagen se proyecta sobre la superficie del tambor móvil y se sincroniza con ella. Alternativamente, la imagen puede exponerse utilizando un estroboscopio de xenón que ilumina la superficie del tambor o la cinta móviles, lo suficientemente rápido como para generar una imagen latente perfecta. Cuando hay texto o imagen en el documento, el área correspondiente del tambor permanecerá apagada. Cuando no hay imagen, el tambor se iluminará y la carga se disipará. La carga que permanece en el tambor después de esta exposición es una imagen "latente" y es un negativo del documento original. ^[6]

Ya sea en un sistema óptico de escaneo o en uno estacionario, se utilizan combinaciones de lentes y espejos para proyectar la imagen original en la platina (superficie de escaneo) sobre el fotoconductor. Se utilizan lentes adicionales, con diferentes distancias focales o lentes de zoom para ampliar o reducir la imagen; la velocidad de escaneo debe adaptarse a los elementos o reducciones. ^[4]

Un tambor es inferior a una correa en el sentido de que, si bien es más simple que una correa, debe amortiguarse gradualmente en partes que ruedan sobre el tambor curvo, mientras que la correa plana utiliza eficientemente una exposición para hacer un paso directo. ^[4]

En una impresora láser o LED, se proyecta luz modulada sobre la superficie del tambor para crear la imagen latente. La luz modulada se utiliza únicamente para crear la imagen positiva, de ahí el término "escritura en negro".

Paso 3. Desarrollo

En las fotocopiadoras de gran volumen, el tambor se presenta con una mezcla lentamente turbulenta de partículas de tóner y partículas portadoras reutilizables de hierro más grandes. El tóner es un polvo; su forma inicial era polvo de carbono, luego mezclado fundido con un polímero. Las partículas portadoras tienen un recubrimiento que, durante la agitación, genera una carga triboeléctrica (una forma de electricidad estática), que atrae una capa de partículas de tóner. Además, la mezcla se manipula con un rodillo magnético para presentar a la superficie del tambor o la correa un cepillo de tóner. Por contacto con el portador, cada partícula de tóner neutral tiene una carga eléctrica de polaridad opuesta a la carga de la imagen latente en el tambor. La carga atrae al tóner para formar una imagen visible en el tambor. Para controlar la cantidad de tóner transferido, se aplica un voltaje de polarización al rodillo revelador para contrarrestar la atracción entre el tóner y la imagen latente.

Cuando se requiere una imagen negativa, como cuando se imprime desde un negativo de microforma, entonces el tóner tiene la misma polaridad que la corona en el paso 1. Las líneas de fuerza electrostáticas alejan las partículas de tóner de la imagen latente hacia el área sin carga, que es el área expuesta del negativo.

Las primeras fotocopiadoras e impresoras a color utilizaban varios ciclos de copiado para cada página impresa, utilizando filtros y tóneres de colores. Las unidades modernas utilizan un solo escaneo para cuatro unidades de procesamiento independientes en miniatura que funcionan simultáneamente, cada una con sus propias coronas, tambor y unidad de revelado.

Paso 4. Transferencia

El papel pasa entre el tambor y la corona de transferencia, que tiene una polaridad opuesta a la carga del tóner. La imagen del tóner se transfiere del tambor al papel mediante una combinación de presión y atracción electrostática. En muchas máquinas de color y de alta velocidad, es habitual sustituir la corona de transferencia por uno o más rodillos de transferencia de polarización cargados, que aplican una mayor presión y producen una imagen de mayor calidad.

Paso 5. Separación o desprendimiento

Las cargas eléctricas del papel se neutralizan parcialmente mediante corriente alterna procedente de una segunda corona, que suele construirse en tándem con la corona de transferencia e inmediatamente después de ella. Como resultado, el papel, junto con la mayor parte (pero no toda) de la imagen del tóner, se separa de la superficie del tambor o de la correa.

Paso 6. Fijación o fusión

La imagen del tóner se fija permanentemente al papel mediante un mecanismo de calor y presión (fusor de rodillo caliente) o una tecnología de fusión radiante (fusor de horno) para fundir y unir las partículas de tóner al medio (normalmente papel) que se está imprimiendo. También solía haber disponibles fusores de vapor "fuera de línea". Se trataba de bandejas cubiertas de gasa de algodón rociadas con un líquido volátil, como el éter. Cuando la imagen transferida se acercaba al vapor del líquido que se evaporaba, el resultado era una copia perfectamente fijada sin ninguna distorsión o migración de tóner que puede ocurrir con los otros métodos. Este método ya no se utiliza debido a las emisiones de humos.

Paso 7. Limpieza

El tambor, que ya se ha descargado parcialmente durante el desprendimiento, se descarga aún más mediante la luz. El tóner restante, que no se transfirió en el paso 6, se elimina de la superficie del tambor mediante un cepillo giratorio bajo succión o una escobilla de goma conocida como cuchilla de limpieza. Este tóner "residual" generalmente se envía a un compartimento de tóner residual para su posterior eliminación; sin embargo, en algunos sistemas, se envía de nuevo a la unidad de revelador para su reutilización. Este proceso, conocido como recuperación de tóner, es mucho más económico, pero posiblemente puede conducir a una menor eficiencia general del tóner a través de un proceso conocido como "contaminación del tóner", por el cual se permite que los niveles de concentración de tóner/revelador con malas propiedades electrostáticas se acumulen en la unidad de revelador, lo que reduce la eficiencia general del tóner en el sistema.

Algunos sistemas han abandonado el revelador independiente (soporte). Estos sistemas, conocidos como monocomponentes, funcionan como los anteriores, pero utilizan un tóner magnético o un revelador fusible. No es necesario sustituir el revelador gastado, ya que el usuario lo reemplaza junto con el tóner. Un sistema de revelado alternativo, desarrollado por KIP a partir de una línea de investigación abandonada por Xerox, sustituye por completo la manipulación del tóner magnético y el sistema de limpieza por una serie de polarizaciones variables controladas por ordenador. El tóner se imprime directamente sobre el tambor, por contacto directo con un rodillo revelador de goma que, al invertir la polarización, elimina todo el tóner no deseado y lo devuelve a la unidad de revelado para su reutilización.

El desarrollo de la xerografía ha dado lugar a nuevas tecnologías que tienen el potencial de acabar erradicando las máquinas de impresión offset tradicionales . Estas nuevas máquinas que imprimen en color CMYK completo , como Xeikon, utilizan la xerografía pero ofrecen una calidad casi igual a la de las impresiones con tinta tradicionales.

Los documentos xerográficos (y las impresiones de impresoras láser, estrechamente relacionadas con ellos) pueden tener una excelente durabilidad de archivo , dependiendo de la calidad del papel utilizado. Si se utiliza papel de baja calidad, puede amarillearse y degradarse debido al ácido residual en la pulpa sin tratar; en el peor de los casos, las copias antiguas pueden literalmente desmoronarse en pequeñas partículas cuando se manipulan. Las copias xerográficas de alta calidad en papel sin ácido pueden durar tanto como los documentos escritos a máquina o a mano en el mismo papel. Sin embargo, las copias xerográficas son vulnerables a la transferencia de tóner no deseada si se almacenan en contacto directo o cerca de plastificantes , que están presentes en las carpetas de hojas sueltas hechas con PVC . En casos extremos, el tóner de tinta se pegará directamente a la tapa de la carpeta, separándose de la copia en papel y volviéndola ilegible.

Ub Iwerks adaptó la xerografía para eliminar la etapa de entintado a mano en el proceso de animación al imprimir los dibujos del animador directamente en las celdas de animación . El primer largometraje animado que utilizó este proceso fue Cien y un dálmatas (1961), aunque la técnica ya se había probado en La bella durmiente , estrenada dos años antes. Al principio, solo eran posibles las líneas negras, pero en 1977, se introdujeron y utilizaron líneas grises en Los rescatadores y en la década de 1980, se introdujeron y utilizaron líneas de colores en largometrajes animados como El secreto de NIMH . ^[7]

La xerografía ha sido utilizada por fotógrafos de todo el mundo como un proceso fotográfico de imagen directa, por artistas de libros para publicar libros únicos o múltiples, y por artistas colaboradores en portafolios como los producidos por la Sociedad Internacional de Artistas de Copiadoras fundada por la grabadora y artista de libros estadounidense, Louise Odes Neaderland . ^[8] El crítico de arte Roy Proctor dijo de la artista/curadora Louise Neaderland durante su residencia para la exposición Art ex Machina en la Galería 1708 en Richmond, Virginia, "Ella es una prueba viviente de que, cuando una nueva tecnología comienza a producirse en masa, los artistas serán lo suficientemente curiosos -y lo suficientemente imaginativos- para explorar sus usos creativos. ^[9]

• Owen, David (2004). Copias en segundos: cómo un inventor solitario y una empresa desconocida crearon el mayor avance en comunicación desde Gutenberg . Nueva York: Simon & Schuster. ISBN 0-7432-5117-2.
• Schein, LB (1988). Electrofotografía y física del desarrollo . Springer Series in Electrophysics. Vol. 14. Berlín: Springer-Verlag.
• Eichhorn, Kate (2016). Margen ajustado: xerografía, arte y activismo a finales del siglo XX. Cambridge: The MIT Press. ISBN 978-0262033961 

• "La estática hace estallar imágenes en el papel", artículo detallado de Popular Science de 1949 sobre la historia y la tecnología de la xerografía