Toner d'imprimante laser à l'intérieur : cire, électricité statique, beaucoup de plastique

Lee Simmons

Le toner est l'un de ces produits de tous les jours que nous tenons tous pour acquis. Lorsque l'imprimante s'épuise, vous insérez une nouvelle cartouche, loin des yeux, loin du cœur. Eh bien, nous nous sommes demandé ce qu'il y avait réellement dans cette cartouche… alors nous en avons ouvert une. Mauvaise idée! (Plus d'informations à ce sujet plus tard.) Mais nous sommes tous nettoyés maintenant et de retour avec des réponses.

Il s'avère que le toner est principalement du plastique en poudre, et c'est la clé de toute la technologie. Le plastique a deux propriétés pratiques : vous pouvez le déplacer comme par magie avec de l'électricité statique, puis vous pouvez le faire fondre sur le papier pour des images nettes et résistantes aux taches. Cette technique d'impression avec de la poudre au lieu de l'encre s'appelle la xérographie (xeros signifie « sec » en grec), et elle fonctionne de la même façon que vous imprimiez ou copiez. En fait, Gary Starkweather a inventé l'imprimante laser chez Xerox en 1969, dans le cadre d'une célèbre ingénierie malveillante, en modifiant l'un des copieurs de bureau de l'entreprise. (Il a dû travailler en secret après que son patron lui ait ordonné d'abandonner l'idée.)

Vous voyez, un photocopieur a un tambour rotatif recouvert d'un semi-conducteur comme le sélénium ; ce revêtement convertit la lumière en électricité, tout comme dans une cellule solaire. En faisant rebondir une lumière vive sur une copie papier (… ou sur certaines parties de votre anatomie) et sur le tambour, cela crée un reflet fantomatique de l'original sous forme de charges statiques auxquelles le toner peut adhérer. Starkweather s'est rendu compte que vous pouviez utiliser la même plate-forme pour imprimer des fichiers numériques en scannant un laser directement sur le tambour. La seule différence réside dans la manière dont l'image électrostatique est générée.

Mis à part le plastique, les toners des premières imprimantes des années 1970 ne contenaient guère plus que de la suie et de la rouille. Ce dernier - l'oxyde de fer - l'a rendu magnétique, pour un meilleur contrôle du processus d'imagerie. Cela ne fonctionnerait pas pour l'impression couleur, qui est apparue en 1994 ; l'oxyde foncé aurait viré les couleurs au brun. Mais les fabricants ont mis au point d'autres additifs et améliorations pour améliorer la vitesse et la qualité de l'image. Les formulations réelles sont conçues sur mesure pour des machines spécifiques, de sorte que les listes d'ingrédients peuvent varier. Mais voici la recette de base pour la plupart des nouvelles imprimantes.

Les toners de couleur sont constitués de 85 à 95 % de plastique, broyés en une poudre ultrafine ; plus les grains sont petits, meilleure est la résolution de l'image. Parce que le plastique ne conduit pas l'électricité, les particules peuvent contenir une charge statique et, comme des chaussettes dans une sécheuse, elles s'accrochent à tout ce qui a une charge opposée. Les imprimantes laser utilisent cette adhérence pour amener le toner sur le tambour d'imagerie, et de là sur une feuille de papier. La page passe ensuite à travers des rouleaux de fusion chauds qui font fondre le plastique et le lissent dans les fibres du papier. Une variété de polymères peuvent être utilisés, mais le polyester, la substance des combinaisons disco et des bouteilles de soda, est le premier choix de nos jours. Il est plus cher que l'ancien styrène acrylate de secours, mais il produit des couleurs vives, sent moins toxique et a un point de fusion plus bas, ce qui économise de l'énergie et permet à la machine de fonctionner plus rapidement. Manipulez simplement ces cartouches avec précaution : les déversements de toner sont un gâchis, et l'inhalation de minuscules particules en suspension dans l'air peut affecter vos poumons. Oh, et ne lavez pas votre pantalon à l'eau chaude ; ce point de fusion bas transformera votre coton Dockers en un mélange de polyester.

Les premiers copieurs xérographiques du début des années 60 utilisaient la chaleur rayonnante, comme les fours grille-pain, pour faire fondre le toner sur la page ; malheureusement, les mémos du patron prenaient parfois feu. (Le modèle phare de Xerox était livré avec un petit extincteur.) Les rouleaux de fusion résolvaient ce problème mais en causaient un nouveau : le toner collait aux rouleaux et maculait la page suivante. La solution? Ajouter de la cire de polypropylène pour la lubrification. C'est un polymère comme le polyester, mais ses longs brins de carbone ont moins de babioles chimiques qui les suspendent, de sorte que les molécules peuvent facilement glisser et glisser les unes sur les autres.

Le polyester est clair. Pour lui donner un aspect noir, les fabricants mélangent cette substance crasseuse, essentiellement de la suie de haute pureté. Fabriqué en brûlant du goudron ou de la créosote, le noir de carbone est principalement utilisé pour durcir les produits en caoutchouc ; c'est pourquoi les pneus sont noirs. C'est aussi un cancérigène de classe II, mais une fois que le plastique fondu durcit sur vos copies, il est scellé en toute sécurité. Chimiquement, c'est un fouillis d'atomes de carbone sur lequel flottent des nuages ​​d'électrons partagés. Parce que ces électrons ont beaucoup d'espace pour se déplacer, ils peuvent absorber l'énergie lumineuse à toutes les longueurs d'onde visibles. Le résultat : aucune lumière ne se reflète sur votre rétine, une absence que votre cerveau appelle « noire ». (Si vous y réfléchissez, vous ne pouvez pas réellement voir ces mots. Vous déduisez leur forme à partir de l'espace blanc qui les entoure.)

En plus du noir, les imprimantes couleur ont des cartouches séparées pour les toners jaune, magenta et cyan, et ces quatre peuvent être superposées pour créer n'importe quelle autre teinte. Le jaune provient de ce composé de benzimidazolone. Comme tous les pigments organiques, il possède des liaisons simples et doubles alternées qui laissent à nouveau les électrons libres d'absorber la lumière, mais pas la totalité. Ici, la lumière violette à courte longueur d'onde est piégée tandis que le jaune à plus longue longueur d'onde passe à travers, rebondissant sur la page et dans vos globes oculaires.

Les composés de quinacridone produisent une gamme de teintes rougeâtres intenses, en fonction de leur composition et de leur disposition exactes. Ils sont super durables, c'est pourquoi ils sont préférés dans les peintures extérieures - pensez aux voitures de sport rouge cerise. Dans le Red 122 (2,9-diméthyl-quinacridone), les molécules plates sont empilées comme des assiettes plates dans une structure cristalline soignée ; qui déplace la couleur réfléchie vers l'extrémité bleue du spectre, produisant du magenta.

La phtalocyanine de cuivre produit du cyan, une teinte plutôt alarmante à mi-chemin entre le vert et le bleu. Les blouses chirurgicales sont fabriquées dans cette couleur car elle est complémentaire du cramoisi (les éclaboussures de sang sur le cyan ont l'air noires). Ce pigment commun est également utilisé comme semi-conducteur à couche mince dans les cellules solaires. Il pourrait même un jour alimenter des ordinateurs quantiques, car ses électrons peuvent traîner dans un état de superposition pendant de longues périodes.

Des billes de verre microscopiques (SiO2) à la surface des particules de toner fournissent un flux soyeux, presque liquide. C'est essentiel pour étendre le toner sur la page aux vitesses maniaques des imprimantes de bureau modernes. Il est particulièrement nécessaire dans les toners polyester, qui sont plus enclins à s'agglomérer. Projet amusant : fabriquez votre propre silice fumée en vaporisant du sable de plage dans un arc électrique de 3 000 degrés Celsius.

Lorsque le toner quitte la cartouche, il frôle une lame de dosage, ce qui lui donne une charge statique. Les scientifiques appellent cela la triboélectrification, et c'est ce qui fait que ces chaussettes s'accrochent dans la sécheuse ou qu'un ballon colle au mur après l'avoir frotté sur votre pull. Vous grattez littéralement des électrons d'un matériau à un autre (tribo- signifie frotter, même racine que dans diatribe). Ici, mettre un biais négatif sur le toner le fait adhérer au tambour d'imagerie, et des morceaux de fer, de chrome ou de zinc ajoutés aident à augmenter et à maintenir la charge. Conseil de pro : si jamais vous renversez du toner, n'essayez pas de l'aspirer. Sans équipement spécial, toute cette agitation peut déclencher une explosion de poussière violente, bien que colorée.

Lee Simmons(@actual_self) est éditeur chez WIRED.

Une version plus courte de cette histoire par Lee Simmons et Kaitlin Duffey a été publiée dans le numéro de mars 2013 du magazine WIRED. Remerciements particuliers à John Cooper, Toner Research Services.

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