Unter Tintendruck versteht man die Erzeugung eines Bildes auf einer Oberfläche durch gesteuerte Positionierung von Tintentröpfchen. Die oft verwendete Bezeichnung „Tintenstrahldruck“ ist eigentlich nur für Drucker mit kontinuierlichem Tintenstrahl (Continuous Ink Jet-Drucker) anwendbar, wird jedoch umgangssprachlich auch für Tintendrucker verwendet. Bei Tintendruckern werden nur nach Bedarf Tröpfchen aus Düsen auf das Papier geschleudert (Drop on Demand-Drucker), um einzelne Punkte zu erzeugen (durchschnittliche Größe 0,4 bis 0,3 mm). Diese Tröpfchen entstehen entweder im Bubble-Jet- oder im Piezo-Verfahren. Tintenstrahldrucker sind also Matrixdrucker, bei denen durch den gezielten Abschuss bzw. das Ablenken kleiner Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird. Sie gehören somit zur Gruppe der Non-Impact-Druckern, die das zu Druckende in Form von sehr kleine Tintentröpfchen anschlagfrei auf das Papier spritzen. So entsteht ein Rasterbild, dessen Feinheit (ausgedrückt in dpi, dots per inch) durch die Tröpfchengröße begrenzt ist. Die Tröpfchen sind so klein, dass die Feinheit des Rasters unter dem Auflösungsvermögen des Auges liegt. Welche Auflösung der Tintenstrahldrucker erreicht, hängt vor allem davon ab, über wie viele Düsen der Druckkopf verfügt und wie diese Düsen angesteuert werden. Einfache Tintenstrahldrucker erreichen etwa 300 bis 360 dpi, leistungsfähigere Tintenstrahldrucker können 1.200 dpi und mehr erreichen.
Es gibt Tintenstrahldrucker als Schwarzweiß- und Farbdrucker (letztere sind mit mehreren Druckköpfen für die verschiedenen Grundfarben ausgestattet). Aufgrund ihres Druckprinzips sind Tintenstrahldrucker nicht in der Lage, Schmuckfarben zu drucken. Da mit Tinte gedruckt wird, ergeben sich einige typische Probleme. Die Ausdrucke sind oft nicht lichtecht und oft auch nicht wasserfest. Bestimmte Papiersorten können sich wellen, manche Schmuckpapiere sind für den Tintenstrahldruck völlig ungeeignet, da die Tinte nicht trocknet und bei Berührung verwischt. Tintendruckgeräte eignen sich besonders für den Folien- und Farbdruck. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, gezielt einzelne Tropfen unterschiedlicher Größe zu erzeugen. Die Gerätekosten sind vergleichsweise niedrig, eine annähernde Fotoqualität ist auch mit preiswerten Druckern möglich. Die zu erreichende Druckqualität ist jedoch stark abhängig von der Papierqualität.
Mit den üblichen Farbdruckern lassen sich Schwarzweißdrucke im schwarzweißen Druckmodus oder im Farbmodus erzeugen. Im ersten Fall verwendet der Drucker nur schwarze Tinte. Hierbei erhält man ansprechende Ergebnisse, wenn der Drucker mit einer Auflösung von mehr als 2.500 dpi arbeitet. Im Farbmodus mischt der Druckertreiber die unterschiedlichen Graustufen aus den cyan-, magenta- und gelbfarbenen Tinten. Leider hat diese Methode den Nachteil, dass durch unzureichende Farbbalance häufig Farbstiche entstehen, die vom Grauwert abhängig sind. Daher ist eine Kompensation der Farbstiche nicht möglich. Abhilfe schaffen hier spezielle Tintenkombinationen, die von mehreren Herstellern angeboten werden. Sie alle enthalten monochrome Tinten in unterschiedlichen Intensitäten (hellgrau, mittelgrau, dunkelgrau und schwarz). Die verschiedenen Grautinten befinden sich in den Tintenkammern, die eigentlich für die farbigen Tinten bestimmt sind. Die hellgrauen Druckpunkte sind auf dem Papier kaum sichtbar, wodurch die Drucke einen wesentlich angenehmeren Eindruck erzeugen als bei einem normalen Druck mit schwarzer Tinte. Der Bildton ist, wie etwa bei klassischen Fotopapieren, selten wirklich neutral, sondern tendiert unterschiedlich stark zu warmen oder kalten Farbtönen. Schwarze Pigmente und Farbstoffe sind in der Regel erheblich haltbarer als die farbigen. Vor allem aber sind es die sehr guten Tonwertabstufungen, die für die Verwendung dieser Tintensets sprechen. Verschiedene Firmen haben für ihre Tinten unterschiedliche Lösungen entwickelt, um die Graustufen eines Schwarzweißbildes möglichst exakt wiederzugeben.
Geschichte und Hersteller von Tintenstrahldruckern
Vorläufer der Tintenstrahldrucker sind technische und medizinische Geräte, die Messwerte als Tintenkurven aufzeichneten. Ihnen folgten als erste Tintenstrahldrucker die Continuous-Ink-Jet-Drucker, die einen kontinuierlichen Tintenstrahl benutzten, der nach Bedarf abgelenkt wurde. Dieses Verfahren wird, in verbesserter Form, auch heute noch bei einigen hochwertigen Tintenstrahldruckern benutzt.
Bereits 1977 entwickelte Siemens den ersten Tintendrucker, der mit Piezoelementen arbeitete. Dieser Drucker nannte sich PT80i und besaß zwölf Düsen im Druckkopf. Ein paar Jahre später folgten die ersten Piezo-Tintendrucker von Epson (1984) sowie die Konkurrenten Canon und Hewlett Packard mit dem thermischen Tintendrucksystem. Die Druckköpfe für Piezo-Elemente sind elektromechanisch aufgebaut und somit wesentlich aufwändiger in der Fertigung. Ein Vorteil ist jedoch die Haltbarkeit, denn die Druckköpfe der Epson-Stylus-Serie werden nicht mit den Patronen ausgetauscht und halten ein Druckerleben lang.
Hewlett Packard startete 1984 mit dem 'Thinkjet 1984'. In dem Druckkopf des thermischen Druckers sorgten zwölf kleine Löcher für den Druck. Aus diesen Düsen wurden kleine Tintentropfen in schneller Folge auf das Papier geschossen, ein Tropfen war damals ca. 180 Picoliter (entspricht einem billionstel Liter) groß. Bei Siemens maß man der thermischen Drucktechnik damals keine Bedeutung zu. Ein Fehler, denn Drucker mit diesem Druckverfahren verkauften sich nach ihrer Einführung bestens. Ein Grund hierfür waren die wesentlich geringeren Herstellungskosten der thermischen Druckköpfe. Die elektromechanischen Köpfe mit Piezoelementen enthielten mehr Einzelteile und waren einfach aufwendiger zu produzieren als die kompakten, in großen Stückzahlen herstellbaren Thermo-Druckköpfe. Das ist bis heute so geblieben. Letztlich ist dieser Aufwand nur vertretbar, wenn die Druckköpfe eine sehr lange Haltbarkeit aufweisen. Daran wurde seither vor allem bei der Firma Epson gearbeitet. Neben Siemens hatten sich auch Mannesmann und Kodak mit Piezodruck befasst. Auf dem Markt handelsüblicher Tintenstrahldrucker mit Piezotechnik spielen diese Hersteller heute aber kaum noch eine Rolle. Piezodruck steht hier mittlerweile unbestritten für Produkte der Firma Epson, die alle ihre Tintendrucker der Stylus-Serie mit entsprechenden, fest montierten Permanentdruckköpfen ausstattet. Anders als die ursprünglichen Siemens-Konstruktionen, verwendet Epson heute nicht mehr Piezokristalle in Form von Röhrchen, sondern bestückt jede Düse im Druckkopf mit einer Piezoscheibe. Je nach Polarität der angelegten Spannung (positiv oder negativ), verformt sich die Scheibe in die eine oder andere Richtung. Der Piezokristall drückt dabei gegen eine Membran, die wiederum auf die Tinte im Düsenkanal drückt und dadurch einen Tintentropfen aus der Düse schleudert. Der Verformungsvorgang dauert nur rund fünf Mikrosekunden. Dadurch sind sehr hohe Feuerfrequenzen erreichbar, was hohe Arbeitsgeschwindigkeiten der mit Piezodruckköpfen ausgestatteten Drucker ermöglicht.
Hewlett-Packard und Canon waren die ersten Hersteller, die unter den Namen „Inkjet“ und „Bubblejet“ Tintendrucker für die breite Masse auf den Markt brachten. Beide Firmen hatten zeitgleich, aber unabhängig voneinander, passende Systeme entwickelt, die mit dem sogenannten thermischen Tintendruck arbeiten. Auch wenn Auflösung und Druckgeschwindigkeit seither gestiegen sind und aktuelle Tintendrucker fast ausnahmslos in Farbe arbeiten, hat sich am grundlegenden Druckprinzip seit den frühen Modellen nur sehr wenig geändert. Die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit des Druckkopfes und damit auch letztlich die Arbeitsgeschwindigkeit des Druckers selbst, hängt von der Anzahl der Düsen im Druckkopf und der Geschwindigkeit, mit der sich einzelne Tröpfchen erzeugen lassen, ab. Beim Druckkopf des ersten HP-Tintenstrahlers ('Thinkjet', 1984) waren es noch zwölf Düsen, die jeweils einen Tintentropfen mit 180 Picoliter erzeugen konnten. Lieferte also der erste Tintendrucker noch relativ grobe Druckpunkte, so arbeiten Drucker wie die aktuellen HP-Deskjet-Modelle oder die Canon BJC-Modelle mit feinsten Tröpfchen aus gerade noch vier bis fünf Picolitern, die über mehr als 400 Düsen abgegeben werden und als kaum noch separat erkennbare Druckpunkte aufs Papier gebracht werden. Bei der Epson Stylus Serie sind es sogar nur noch drei Picoliter pro Tintentropfen. Solche geringen Tintenportionen pro Tropfen gestatten die Ausgabe kleinster Druckpunkte, dies erlaubt wiederum besonders feine Farbabstufungen und hohe Detailschärfe im Druck. Damit aber zum Beispiel grobe, einfarbige Flächen in einer Grafik nicht immer so zeitaufwendig aus extrem kleinen Punkten zusammengesetzt werden müssen, ist eine variable Portionierung der für die einzelnen ausgegebenen Tropfen verwendeten Tintenmenge wünschenswert. Dies ist aber mit einem erheblichen technischen Mehraufwand in den Druckköpfen und einer komplexen Ansteuerung der Druckdüsen verbunden. Genutzt werden solche Modulationsverfahren zum Beispiel in den besseren Druckermodellen von Canon und Epson. Canon nennt die entsprechende Technik 'Drop Modulation'.
Modulationsverfahren
Bei der Drop Modulation Technik befinden sich in den Druckdüsen jeweils zwei Heizelemente. Wird nur an eines der Heizelemente Spannung angelegt, entsteht eine kleine Dampfblase, die auch nur einen kleinen Tintentropfen aus der Düse schleudert. Werden dagegen beide Heizelemente aktiviert, ist die Dampfblase größer, und ein größerer Tintentropfen wird auf das auf das Papier geschossen. Bei Epsons Piezodruckverfahren heißt die äquivalente Technik 'Variable Size Droplet Technology'. Hier wird die elektrische Spannung an den Piezokristallen länger oder kürzer gehalten, was eine mehr oder weniger starke Verformung der Kristalle mit sich bringt. Je stärker die Verformung, desto größer ist die aus der Druckdüse gepumpte Tintenmenge. Der Epson Stylus Color arbeitet zum Beispiel mit sechs verschiedenen Druckpunktgrößen, die mit Tintentropfen zwischen 40 und drei Picolitern ausgegeben werden.
Tintenstrahldrucker der Gegenwart
Die meisten Farbdrucker im Consumer-Bereich sind Tintendrucker, da diese durch das Anbringen mehrerer Farbpatronen und Druckköpfe preiswert hergestellt werden können. Bei einem hohen Druckvolumen sind die Ausdrucke aufgrund der hohen Tintenpreise sehr teuer. 2005 führte die Firma Ricoh einen Drucker ein, bei dem die Tinte zu einem Gel verdickt ist und der dadurch preiswerter drucken kann als normale Tintendrucker. Die Tintentechnologie hat in den letzten Jahren alle anderen Verfahren hinsichtlich der Anzahl verkaufter Drucker und der Anzahl neuer Typen übertroffen. Es sind die billigsten Drucker für farbige Bilder und Dokumente, die Drucker sind sehr zuverlässig und einfach in der Konstruktion. Bei geringeren Qualitätsansprüchen kann man auf jedes Papier drucken, höherwertige Farbausdrucke benötigen jedoch beschichtetes Papier.
Heute werden Tintenstrahldrucker von den Firmen Hewlett Packard (HP), Canon, Lexmark, Oki, Epson, Ricoh, Xerox, Brother und Dell hergestellt.
Druckertypen
Bei Tintenstrahldruckern werden zwei Geräteklassen unterschieden: CIJ-Drucker („Continuous Ink Jet“, also Geräte mit kontinuierlichem Tintenstrahl) und DOD-Drucker („Drop On Demand“, das heißt, Drucker, die nur einzelne Tropfen verschießen). Bei DOD-Druckern erfolgt die Tropfenerzeugung entweder durch piezokeramische Wandler (Piezo-Verfahren) oder durch Heizelemente (Bubble-Jet-Technik).
Tintenstrahldrucker (Continuous Ink Jet)
CIJ-Drucker werden nur in der Industrie eingesetzt, dort aber in verschiedenen Bereichen, wie zum Beispiel bei Rubbellosen, beim Druck von Haltbarkeitsdatum auf der Verpackung von Lebensmitteln, EAN-Code, Adressierung, Personalisierung usw.. Es gibt zwei verschiedene Typen von Tintenstrahldruckern: Ein- und Mehrstrahler. Bei beiden Druckertypen tritt der Tintenstrahl über eine Düse aus dem Druckkopf aus. Dieser Strahl wird über einen piezoelektrischen Wandler, der sich hinter der Düse befindet, durch ein Zusammenspiel zwischen Druck und Spannung moduliert, so dass ein gleichmäßiger Zerfall in einzelne Tropfen erreicht wird. Über eine Ladeelektrode werden die so gebildeten Tintentropfen 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 Druckertyp gelangen nun die geladenen beziehungsweise die ungeladenen Tropfen auf das Medium. Nicht benötigte Tropfen werden am Druckkopf wieder aufgefangen und dem Tintenkreislauf erneut zugeführt. Drucker mit „kontinuierlichem Strahl“ eignen sich dazu beliebige Oberflächen zu bedrucken. Außerdem lässt sich fast alles verdrucken was flüssig ist, wie beispielsweise Tinten, Lacke und sogar Klebstoffe.
Funktion eines Continuous Ink Jet - Druckers
Bei CIJ-Druckern wird die Tinte mit Hochdruck in die Düsenkammer des Druckkopfes gepumpt. Um einen konstanten Tintendruck zu gewährleisten, wird eine elektronisch geregelte Membranpumpe eingesetzt. Ein Piezokristall moduliert die Tinte in der Düsenkammer, so dass ein in Wellenbergen und Wellentälern geformter Tintenstrahl die Düse verlässt. Unmittelbar bevor die Wellentäler abreißen, werden die einzelnen Tintentropfen, die zum Schreiben verwendet werden, mit einer genau definierten Ladung elektrisch geladen. Die Ladung wird mit einem sogenannten Phasendetektor überprüft. Die Tropfen werden in dem nachgeschalteten elektrischen Feld proportional zu ihrer Ladung abgelenkt und in die für sie bestimmte Flugbahn geleitet. Dabei bestimmt die Höhe der Ladung die Stärke der Ablenkung. Diejenigen Tropfen, die nicht für den Druck benötigt werden, fliegen ungeladen in das Fangrohr und werden dort mit Unterdruck in den Tintenkreislauf zurückgesaugt. Im Tintentropfen-Fangrohr wird durch den Unterdruck auch die Luft, welche mit Lösemittel versetzt ist, angesaugt. Die Luft wird über einen Filter gereinigt und der standardmäßig integrierten Lösemittelrückgewinnung zugeführt. Der kondensierte Lösemittelanteil wird in den Vorratsbehälter zurückgeleitet und reduziert somit den Lösemittelverbrauch auf ein absolutes Minimum. Der Aufbau der einzelnen Zeichen (Buchstaben, Zahlen, Grafiken) erfolgt über diverse Punktmatrizen die beliebig kombinierbar sind.
Tintendrucker (Drop on Demand)
DOD-Drucker findet man sowohl in der Industrie, als auch im Büro- und Heimbereich. Der Einsatzbereich von DOD-Druckern 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 erzeugen. Anstatt der Tinte werden auch Wachs, langkettige Polymere oder heiße, flüssige Lote verwendet. Im Gegensatz zu CIJ-Druckern verlassen bei DOD-Druckern nur Tintentropfen die Düse, die tatsächlich gebraucht werden. Die Drucker werden zusätzlich danach unterschieden, auf welche Art die Tintentropfen ausgestoßen werden: Bubble Jet-Technik und Piezo-Verfahren.
Ein Nachteil bei DOD-Druckern ist, dass ihre Druckköpfe mit der Zeit eintrocknen können, wenn sie nicht genutzt werden. Um das zu verhindern, sind die Tinten nicht sehr schnelltrocknend, 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. Das ist mit dem Aufsetzen einer Kappe auf den Tintenfüller vergleichbar, 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, dies trifft hauptsächlich auf Epson-Drucker mit getrennten Patronen zu. 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.
Funktion eines Drop on Demand - Druckers
Je nach DOD-Typ wird die Tinte auf eine andere Art aus der Düse getrieben. Die sogenannten Bubble-Jet-Verfahren arbeiten nach dem Prinzip des thermischen Tintendrucks, wogegen Piezo-Drucker die Technik der Tropfenerzeugung durch Piezo-Wandler nutzen.
Der Thermische Tintendruck
Beim thermischen Tintendruck werden die Tintentropfen durch Heizelemente erzeugt. Bei diesem Verfahren wird in unmittelbarer Nähe zur Düse durch ein kleines Heizelement die Tinte zum Verdampfen gebracht. Dadurch erfolgt eine plötzliche Volumenvergrößerung, die den Ausstoß eines Tintentropfens bewirkt. Danach kondensiert das Gas wieder und saugt neue Tinte nach. Die Dampfblase schleudert ein Tintentröpfchen aus der Austrittsöffnung, das auf dem Papier einen Farbpunkt erzeugt. Druckköpfe dieses Prinzips werden wegen der Temperaturimpulse von bis zu 400°C sehr viel höher belastet als die piezokeramischen Wandler. Die hohen Temperaturen machen das Heizelement anfällig für Korrosionsprozesse. Das ist einer der Gründe dafür, dass Thermoköpfe kurzlebiger sind als Piezoköpfe. Sie werden daher von einigen Firmen als Verschleißteil konzipiert und sind dann Bestandteil der Tintenpatrone. Die bei diesem Verfahren eingesetzten Tinten müssen hinsichtlich ihrer Farbstoffe und Komponente thermisch sehr stabil sein, da sie kurzzeitig auf 200-300°C aufgeheizt werden.
Beim Verfahren des thermischen Tintendrucks, auch Bubble-Jet-Verfahren genannt, zieht ein präziser Schrittmotor das Papier durch den Drucker. Gleichzeitig bewegt sich der Druckkopf, ebenfalls mit einem Schrittmotor angetrieben, horizontal über das Papier und spritzt aus mehreren winzigen Druckdüsen Tinte auf das Medium. Die Düsen werden elektronisch angesteuert und feuern in schneller, kontrollierter Folge Tintentropfen auf das Papier. Je kleiner die Tintenmenge pro abgegebenem Tropfen ausfällt, desto feinere Druckpunkte kann ein Tintenstrahldrucker ausgeben. Dies wiederum bestimmt die Fähigkeit, feine Konturen und Bilddetails darzustellen. Von der Anzahl der Düsen im Druckkopf und der Geschwindigkeit, mit der sich einzelne Tröpfchen erzeugen lassen, hängt die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit des Druckkopfes ab und damit auch letztlich die Arbeitsgeschwindigkeit des Druckers selbst. Mit der Bewegung von Papier und Druckkopf in Kombination mit der Anzahl der Tröpfchen und dem Zeitpunkt, an dem jeder einzelne von ihnen abgefeuert wird, ergibt sich ein Muster auf dem Papier und somit das letztendliche Druckbild.
Bubble Jet Technik
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. Dabei kommen zwei Systeme zum Einsatz.
Einerseits gibt es die Deskjet-Reihe (die bei den Druckern von HP und Lexmark verwendet wird), bei der flache Düsenelemente zum Einsatz kommen, die im Wesentlichen aus zwei Platten bestehen. Die dem Papier zugewandte Platte enthält eine winzige Düsenbohrung und die Dampfblase bildet sich gegenüber dieser Bohrung (Sideshooter). Das Verfahren ist sehr einfach herzustellen und ist deswegen preiswerter. Es hat aber den Nachteil, dass die Lebensdauer der Druckköpfe begrenzt ist. Dieses System wird bei allen Wechseldruckköpfen verwendet. Andererseits gibt es die Bubble-Jet-Technik (die bei den Druckern von Canon verwendet wird), 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. Die Bubble-Jet-Drucker erzeugen winzige Tintentropfen mit Hilfe eines Heizelements, welches unmittelbar vor der Austrittsdüse plaziert ist. Es erzeugt mittels elektrischer Spannung durch kurzzeitiges Aufkochen der Drucktinte eine Gasblase, welche die vor der Düse befindliche Tinte durch den erzeugten Druck herausschießt. Das einzelne Heizelement arbeitet mit einer Frequenz bis 10.000 Hz.
Bildet sich die Dampfblase im Düsenkanal zurück (das Heizelement wurde zuvor abgeschaltet), reißt der Tintentropfen von der Düse ab und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Metern pro Sekunde auf das Papier. Mit dem Abkühlen des Düsenkanals entsteht hier ein Unterdruck, wodurch neue Tinte aus der Tintenkammer nachfließt. Danach kann der nächste Tropfen abgefeuert werden. Der gesamte Vorgang, vom Anlegen der Spannung am Heizelement bis zum Nachfließen der Tinte, dauert weniger als 80 Mikrosekunden. Diese Dauer bestimmt die sogenannte Feuerfrequenz eines thermischen Druckkopfes, also die maximale Anzahl an Tropfen, die über jede einzelne Düse in einer bestimmten Zeit kontrolliert abgeben werden können. Ein moderner Tintenstrahldrucker ist theoretisch in der Lage, mehr als fünf Millionen einzelne Tröpfchen in nur einer Sekunde abzufeuern.
Durch die sogenannte Drop Modulation Technology, eine neue Variante der Bubble-Jet-Technik, können weichere Verläufe durch unterschiedliche Punktgrößen erzielt werden. Die Drop Modulation Technology benutzt zwei Heizelemente, deren unterschiedliche Ansteuerung die Tropfengröße beeinflusst. Solche Drucker sind in der Anschaffung relativ preiswert, leise beim Druckvorgang und liefern Druckergebnisse in guter bis sehr guter Qualität. Im Vergleich zu anderen Druckverfahren sind die Verbrauchskosten jedoch relativ hoch. In Einzelfällen kann der Preis für einen Satz Ersatztinte den Anschaffungspreis des Tintendruckers erreichen oder sogar überschreiten, das ist jedoch vom Kaufpreis des Druckers abhängig. In der Regel gilt: teurer Drucker, preiswerte Tinte und umgekehrt. Insbesondere die sogenannte Verdongelung (Kopierschutz) der verwendeten Tintenpatronen durch Microchips verhindert die Nutzung alternativer, günstigerer Tintenpatronen oder das Wiederbefüllen leerer Patronen durch eingebaute Verbrauchszähler. Hierdurch sichern sich die Hersteller zunehmend den exklusiven Zugriff auf den hochprofitablen Markt der Tinten-Verbrauchsmaterialen.
Piezo-Verfahren
Anstatt mit einem thermischen Element die Tinte zu verdampfen, was in den Düsen zu Ablagerungen führt, funktioniert die Piezodrucktechnik rein mechanisch. Die Druckköpfe arbeiten hier mit Piezokristallen, welche die Eigenschaft haben, sich beim Anlegen von elektrischer Spannung zu verformen, um Drucktinte durch eine feine Düse zu pressen. Diese mechanische Verformung wird zur Erzeugung des erforderlichen Tintendrucks in den Düsen genutzt. Es erfolgt eine Tropfenbildung der Tinte, deren Tropfenvolumen sich über den angelegten elektrischen Impuls steuern lässt. Der Nachteil der Piezotechnik besteht darin, dass durch die dauernden Spannungs- und die damit verbundenen Temperaturwechsel der Piezokristall mit der Zeit verschleißt und deshalb der Druckkopf früher ausgetauscht werden muss als bei anderen Verfahren. Ein Vorteil ist jedoch, dass das Druckbild im Piezoverfahren deutlich sauberer und klarer ist als beispielsweise bei der Bubble-Jet-Technologie. Hersteller von Piezo-Druckern sind zum Beispiel Epson und Siemens.
Tropfenerzeugung durch Piezo-Wandler
Piezo-Drucker nutzen die Eigenschaft von Piezokristallen sich unter elektrischer Spannung zu verformen, um die Tinte 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. Die elektromechanischen Wandler benutzen Scheiben oder Stäbchen, die durch einen elektrischen Spannungsimpuls eine Verformung erleiden und dadurch einen Druckimpuls im Tintenkanal erzeugen. Dieser Druckimpuls führt zum Ausstoßen eines Tropfens aus der Düse. Die aufwendigen Wandler besitzen eine hohe Lebensdauer und sind fester Bestandteil des Druckers. Das Piezo-Verfahren geht relativ schonend mit den Tinten um, da diese im Druckkopf nicht erhitzt werden. Daher ist die Zahl der für die Tinten zur Verfügung stehenden Materialien größer als beim Thermo-Verfahren. Ein Problem der Piezo-Technik sind Luftblasen, welche die Druckkopf-Kanäle verstopfen können. Hersteller von Piezo-Tintendruckern sind zum Beispiel Epson und Siemens.
Druck-Ventil-Verfahren
Bei Druck-Ventil-Druckern sind einzelne Ventile an den Düsen angebracht, die sich öffnen, wenn ein Tropfen die Düse verlassen soll. Das heißt, bei diesem Verfahren wird mit Hilfe der Ventile der Tröpfchenausstoß bestimmt. Diese Technik wird nur industriell eingesetzt.
Tintenstrahlplotter
Ein Plotter (engl. plot = zeichnen), auch als Kurvenschreiber bezeichnet, ist ein Drucker, der Funktionsgraphen, technische Zeichnungen und andere Vektorgrafiken auf verschiedenen Medien darstellt. Im Zuge der Verbreitung der Tintenstrahldrucker werden seit einigen Jahren solche Geräte auch als Plotter geführt, die keine Stifte, sondern einen Druckkopf bewegen. Das dabei, im Gegensatz zur Strichführung beim Stiftplottern, aufgetragene Punktraster setzt eine vollkommen andere Ansteuerung voraus. Das Bild wird nach dem Funktionsprinzip des Tintenstrahldruckers streifenweise nur vorwärtsschiebend aufgebaut. Somit entfällt die Notwendigkeit, das Papier über die Rolle vorwärts und rückwärts bewegen zu müssen. Im Prinzip sind diese Plotter lediglich Tintenstrahldrucker mit sehr breitem Druckbereich des Druckkopfes und der Möglichkeit entsprechend breite und lange Papierrollen zuzuführen, durchrollen zu lassen und sogar über einen Schnittmechanismus nach dem Ausdruck abzutrennen. Seit einigen Jahren gibt es auch Plotter die nach dem Prinzip des Laserdruckers (Laserplotter) aufgebaut sind, jedoch meistens LED-Technologie verwenden und deswegen auch LED-Plotter genannt werden. Vorreiter dieser Technik, die momentan Druckgeschwindigkeiten von bis zu 15 Metern pro Minute erlaubt, sind neben der Erfinderfirma Xerox die Firmen Océ und KIP (Katsuragawa Imaging Products). Vor Kurzem stellte KIP den ersten Großformat-Farbplotter auf LED-Technologie vor.
Fotodrucker
Ein Fotodrucker ist ein Druckergerät zur Wiedergabe von digital aufgenommenen oder mittels Scanner digitalisierten Fotos. Fotodrucker arbeiten entweder nach einer verbesserten Tintenstrahltechnik oder nutzen den Thermosublimationsdruck. Die Tinten, die bei Fotodruckern zum Einsatz kommen, unterscheiden sich in Farbbrillanz, Lichtechtheit und Haltbarkeit erheblich von herkömmlicher Tinte. Die Tinte für Fotodrucker befindet sich jedoch auch in einer Patrone, die meist mit dem Druckkopf eine Einheit bildet. Ein weiteres Merkmal ist die Möglichkeit des randlosen Ausdrucks, der zur Vermeidung von Tröpfchenbildung an den Kanten des Papiers ebenfalls technischer Verbesserungen gegenüber der konventionellen Tintenstrahltechnik bedurfte.
Ein anderer Weg wurde von der Zink-Drucktechnologie (Zero Ink, das heißt Null Tinte) beschritten, die keine Tinte verwendet, sondern bei der die Farbpigmente bereits im Papier befindlich sind und durch Hitze entwickelt werden. Sogenannte PoGo-Drucker, das sind ultrakompakte mobile Fotodrucker, kommen also ohne Druckpatronen und Kartuschen aus. Diese Drucker der amerikanischen Firma Polaroid werden auch als Sofortbild-Drucker bezeichnet.
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