Tintenstrahldrucker
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Tintenstrahldrucker sind Matrixdrucker, bei denen durch den gezielten Abschuss oder das Ablenken kleiner Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird.
Man unterscheidet zwei Geräteklassen:
- CIJ (Continuous Ink Jet, also Geräte mit kontinuierlichem Tintenstrahl)
- DOD (Drop On Demand, d. h. Geräte die einzelne Tropfen verschießen)
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] CIJ-Drucker (Continuous Ink Jet, Tintenstrahldrucker)
CIJ-Drucker werden nur in der Industrie eingesetzt, dort aber in verschiedenen Bereichen (z. B. Rubbellose, Haltbarkeitsdatum, EAN-Code, Adressierung, Personalisierung usw.).
[Bearbeiten] Die Technik
In beiden Fällen (Ein- und Mehrstrahler) tritt der Tintenstrahl über eine Düse aus dem Druckkopf aus. Dieser Strahl wird über einen piezoelektrischen Wandler, der sich hinter der Düse befindet, moduliert, so dass ein gleichmäßiger Zerfall (Rayleigh'scher Tropfenzerfall) in einzelne Tropfen erreicht wird. Über eine Ladeelektrode werden die so gebildeten Tropfen nun mehr oder weniger stark elektrostatisch aufgeladen. Die 10 bis 40 m/s schnellen Tropfen durchfliegen anschließend eine größere Ablenkelektrode, wo sie - abhängig von ihrer spezifischen elektrischen Ladung – seitlich abgelenkt werden. Je nach Gerätetyp gelangen nun die geladenen bzw. die ungeladenen Tropfen auf das Substrat/Produkt. Nicht benötigte Tropfen werden bereits am Druckkopf wieder aufgefangen und erneut dem Tintenkreislauf zugeführt.
links: in die Patrone integriert (HP Deskjet 600), rechts: Druckkopf eines HP Business Inkjet 1100D, Mitte: Patrone des BIJ1100D
[Bearbeiten] DOD-Drucker (Drop on Demand, Tintendrucker)
Diese Art von Druckern findet man sowohl in der Industrie, als auch im Büro- und Heimbereich. Im Gegensatz zu CIJ-Druckern verlässt hier nur der Tintentropfen die Düse, der tatsächlich gebraucht wird. Die Geräte werden zusätzlich danach unterschieden, mit welcher Technik die Tintentropfen ausgestoßen werden.
Der Einsatzbereich ist sehr groß und reicht von Personalisierung über den Heim-/Office-Bereich bis zum Druck von Passbildern. Aber auch elektrische Schaltungen kann man damit aufbauen oder sogar 3D-Modelle z. B. für Rapid Prototyping erzeugen. Anstatt Tinte werden auch Wachs, langkettige Polymere oder heiße, flüssige Lote verwendet.
[Bearbeiten] Die Technik
Je nach DOD-Typ wird die Tinte auf eine andere Art aus der Düse getrieben:
- Bubble-Jet-Drucker erzeugen winzige Tintentropfen mit Hilfe eines Heizelements, welches das Wasser in der Tinte erhitzt. Dabei bildet sich explosionsartig eine winzige Dampfblase, die durch ihren Druck einen Tintentropfen aus der Düse presst. Hierbei kommen zwei Systeme zum Einsatz: Lexmark und HP bei der Deskjet-Reihe setzt auf flache Düsenelemente, die im Wesentlichen aus zwei Platten bestehen. Die dem Papier zugewandte enthält eine winzige Düsenbohrung und die Dampfblase bildet sich gegenüber dieser Bohrung (Sideshooter). Das Verfahren ist sehr einfach herzustellen, hat aber den Nachteil einer begrenzten Lebensdauer der Druckköpfe. Es wird bei allen Wechseldruckköpfen verwendet. Canon arbeitet bei seinen Druckern mit einer Bubble-Jet-Technik, bei der sich die Düsen im rechten Winkel zu den Heizelementen befinden (Edgeshooter). Das Verfahren ist dem Piezo-Verfahren sehr ähnlich, nur dass der Auspressdruck nicht durch ein piezoelektrisches Element, sondern durch eine Dampfblase erzeugt wird. Das einzelne Heizelement arbeitet mit einer Frequenz bis 10.000 Hz.
Hersteller sind z. B. Canon, Lexmark und Hewlett-Packard (DeskJet-Reihe) - Piezo-Drucker nutzen die Eigenschaft von Piezokristallen sich unter elektrischer Spannung zu verformen, um Drucktinte durch eine feine Düse zu pressen. Es erfolgt eine Tropfenbildung der Tinte, deren Tropfenvolumen sich über den angelegten elektrischen Impuls steuern lässt. Die Arbeitsfrequenz eines Piezokristalls reicht bis zu 23 kHz.
Hersteller ist z. B. Epson und war Siemens ab 1977 mit dem Siemens PT80i. - Bei Druck-Ventil-Druckern sind einzelne Ventile an den Düsen angebracht, die sich öffnen, wenn ein Tropfen die Düse verlassen soll. Diese Technik wird nur industriell eingesetzt.
[Bearbeiten] Reinigung
Allen DOD-Druckern gemeinsam ist die Eigenschaft, dass sie mit der Zeit eintrocknen, falls sie nicht genutzt werden. Um dies zu verhindern, sind die Tinten nicht sehr schnell trocknend und die meisten Drucker fahren einen Reinigungszyklus vor dem ersten Ausdruck (die Tinte wird üblicherweise in einen nur zu diesem Zweck bereitgestellten Schwamm gespritzt). Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Druckkopf an einer speziellen Stelle zu parken, so dass wenig Luft an die Düsen gelangt. Dies ist vergleichbar mit dem Aufsetzen einer Kappe auf den Tintenfüller, wenn er nicht benutzt wird.
Viele Druckermodelle führen diese Reinigung automatisch in bestimmten Zeitabständen durch (häufiger wenn der Druckkopf von der Patrone getrennt ist). Die Reinigung kann aber bei Bedarf auch manuell gestartet werden. Durch die Reinigung wird in der Regel viel Tinte verbraucht, was bei den aktuellen Preisen für Tintenpatronen einen Teil der Druckkosten ausmacht, vor allem dann, wenn nur selten und wenig ausgedruckt wird. Je nach Druckermodell und Größe der Tintenpatrone kann die Patrone nach 40 bis 100 Reinigungen leer sein. Manche Druckermodelle führen immer dann eine Reinigung durch, wenn sie vom Strom getrennt wurden. Diese Druckermodelle sollten daher aus Kostengründen nicht an einer schaltbaren Steckerleiste angeschlossen werden, um unnötige Reinigungen zu vermeiden und damit Tinte zu sparen. Die zusätzlichen Stromkosten sind deutlich geringer als die Kosten für die Tintenpatronen, vor allem, wenn die Steckerleiste oft ein- und ausgeschaltet wird.
[Bearbeiten] Düse
Die zahlreichen extrem feinen Düsen werden mit Hilfe von Lasern (z. B. Excimerlaser) „gebohrt“.
[Bearbeiten] Tinte
Die in Tinten(strahl)druckern verwendete Tinte wird bei den meisten Herstellern auf Wasserbasis hergestellt und mit einigen Additiven versetzt. Diese verhindern das zu schnelle Eintrocknen und insbesondere das Durchtrocknen in der Düse, so dass die Selbstreinigung des Druckers eine Chance hat, verstopfte Düsen wieder in Gang zu bringen. Da zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit Eiweiße hinzugegeben werden, haben diese Tinten im flüssigen Zustand eine begrenzte Lebensdauer. Weitere Zusätze zur Verbesserung der Farbechtheit und der Leuchtkraft werden herstellerspezifisch zugegeben.
Um farbig drucken zu können, benötigt ein Tinten(strahl)drucker Tinten in den Farben Cyan, Magenta und Gelb (CMYK-System). Durch Über- und enges Nebeneinanderdrucken (subtraktive Farbmischung) lassen sich aus diesen Grundfarben fast alle Farben, sogar Schwarz erzeugen. Fast alle Tinten(strahl)drucker besitzen jedoch einen Tank mit schwarzer Tinte. Einige Modelle verfügen über Zusatzfarben, um die Qualität insbesondere im Fotodruck weiter zu steigern:
- Kontrastschwarz: Tinten unterscheiden sich von Tuschen dadurch, dass sie nicht pigmentiert sind. Einige Drucker bieten eine zweite Schwarzpatrone mit pigmentiertem Schwarz, welches auf Normalpapier Schwärzungen zulässt, die denen eines Laserdruckers gleichzusetzen sind. Da dieses Schwarz jedoch nicht für den Fotodruck geeignet ist, wird eine zweite Schwarzpatrone eingesetzt. Es existieren auch Tintenstrahldrucker, die ausschließlich mit pigmentierter Tinte arbeiten.
- Photo-Cyan, Photo-Magenta: Prinzipbedingt kommt es bei hellen Cyan- und Magentatönen zu einem unerwünschten Grieseln (die Pixel werden in weiteren Abständen gesetzt). Mit den beiden Zusatzfarben Hellcyan und Hellmagenta wird dieser Effekt vermieden.
- Rot, Grün, Blau: Einige Drucker arbeiten zusätzlich mit den Grundfarben der additiven Farbsynthese, da diese sich am Rande und zum Teil außerhalb des CMYK-Farbraumes befinden.
[Bearbeiten] Spezialpapiere
Ihre wahre Leistungsfähigkeit entfalten Tintenstrahldrucker erst auf Spezialpapier, die sich insbesondere in der Saugfähigkeit der Oberfläche unterscheiden. Bei Normalpapier dringt die Tinte in das Papier ein und breitet sich dort zu einem Fleck aus, der wesentlich größer als der eigentliche Tintentropfen wird und je nach Faserung des Papiers stark von der gewünschten Kreisform abweicht und damit unansehnlich wird. Das Ergebnis sind unscharfe Abgrenzungen, Verlaufen der verschiedenen Farben ineinander und generell ein matschiges Druckbild. Spezialpapiere hingegen bestehen in der Regel aus einem Trägerstoff, der aus Papier oder bei höherwertigen "Papieren" auch aus Kunststoff bestehen kann, und einer speziellen Haftschicht. Diese Schicht verhindert vorrangig das Auseinanderlaufen des Tintentropfens und garantiert damit eine deutlich höhere Detailauflösung und Farbtrennung. Außerdem sorgt die Schicht für kräftigere Farben, je nach Art für einen Matt- oder Glanzeffekt und teilweise sogar für längere Farbstabilität der Tinten. Mit modernen Spezialpapieren in Verbindung mit hochwertigen Tintenstrahldruckern und Tinten lassen sich Fotoabzüge herstellen, die in allen Aspekten (Detailauflösung, Farbraum, Farbstabilität) dem klassischen, chemischen Fotoabzug überlegen sind. So lassen sich Fotos im Heimbereich ausdrucken, so dass beispielsweise Fotos einer Digitalkamera direkt auch im Print bewundert werden können. Einziger großer Nachteil dieser Technik ist der Preis.
[Bearbeiten] Vorteile gegenüber anderen Verfahren
Der größte Vorteil des Tintenstrahldruckers ist der vergleichsweise einfache Aufbau der Geräte und die damit verbundenen niedrigen Herstellungskosten. In den letzten Jahren erreichen die Ergebnisse - zumindest auf Spezialpapier - eine Qualität, welche mit anderen Verfahren nur schwer oder nur mit hohen Kosten erreichbar ist. So sind heutzutage einfache Laserdrucker, der Hauptkonkurrent der Tintenstrahldrucker, kaum schneller und auch der Unterschied im Schriftbild ist kaum noch wahrnehmbar. Einige Tintenstrahldrucker erreichen beachtliche Farbräume - lediglich Vollfarbsysteme und Thermosublimationsdrucker bieten größere Farbräume; erstere sind in der Anschaffung für den privaten Einsatz unerschwinglich, letztere in den Verbrauchskosten höher.
[Bearbeiten] Nachteile gegenüber anderen Verfahren
Tintenstrahldrucker sind empfindlich gegenüber dem zu bedruckenden Medium, viele Tinten sind nicht archivfest (wasserlöslich) und bleichen erheblich stärker aus als bei anderen Verfahren, sind also nicht farbecht. Die höchste Qualität wird nur auf relativ teuren Spezialpapieren erreicht und führt zu Seitenpreisen von in Einzelfällen mehr als einem Euro pro DIN-A4-Seite. Damit liegen die reinen Druckkosten im Farbdruck etwa dreimal, im Schwarzweißdruck zwischen vier- und zehnmal so hoch wie bei einem Laserdrucker.
Des Weiteren neigen die Systeme zum Eintrocknen und die verwendeten Tinten sind extrem teuer (Literpreise von 750,- EUR und mehr sind üblich).
Tintenstrahldrucker sind für Massendrucke nicht geeignet. Zwar können sie Geschwindigkeiten erreichen, die mit denen eines Laserdruckers vergleichbar sind, dann jedoch nur in einer deutlich verminderten Druckqualität; außerdem brauchen sie für jede Seite gleich lange - die Laserdrucker können im Kopiermodus deutlich schneller arbeiten.
[Bearbeiten] Nachfüllen von Tintenpatronen
Die häufigsten Ausfälle von Tintenstrahldruckern nach eigenhändigem Nachfüllen sind nicht auf eingetrocknete Düsen zurückzuführen, sondern auf Fehler beim Nachfüllen selbst und in der Folge ausgelaufenen Patronen. Nachfüllen in Eigenregie ist durchaus möglich, setzt jedoch fundierte Kenntnisse der Funktionsweise der Patronen voraus, die stets mit einem leichten Unterdruck versehen sind, um ein Auslaufen im Drucker zu vermeiden. Hierbei gibt es große Unterschiede zwischen den einzelnen Druckermodellen. Einige Druckerpatronen eignen sich vorzüglich für das Nachfüllen. Andere Druckerpatronen kann man fast gar nicht nachfüllen. Die Druckerindustrie ist auch dazu übergegangen, Druckerpatronen mit einem Chip zu versehen, der das Nachfüllen unmöglich macht. Nachbauten dieses Chips oder sogenannte Chipresetter sind verboten, da sie unter das Patentgesetz fallen. Somit räumen Druckerhersteller Konkurrenten bei den Druckerpatronen geschickt aus dem Weg.
Nicht zu vergessen ist hierbei auch die Tatsache, dass Druckerpatronenhersteller darauf hoffen, dass mit dem Drucker gedruckt wird und viele Tintenpatronen gekauft werden. So wird dem Kunden ein subventionierter Drucker geliefert, dafür aber die Druckerpatronen teuer verkauft. Dieser Effekt wird verstärkt durch die Reinigungsläufe (siehe oben) oder das technisch unnötige, mittlerweile aber weit verbreitete Zumischen von Farbe zu Schwarz-Weiß-Drucken ("verbesserte Graustufen"; Ausdruck wird bei fehlender Farbtinte blockiert).
Im professionellen Umfeld wird nicht nachgefüllt, da die Kosten der Patronen trotz des oftmals recht hohen Preises in keinem Verhältnis zu der zur Nachfüllung notwendigen Arbeitszeit stehen. Des Weiteren ist die Produktionsstraße in der Regel kalibriert und setzt somit in Tönung und Deckkraft identische Tinten voraus, die erfahrungsgemäß nur schwer zu bekommen sind.
