Tintenstrahldrucker sind heutzutage vor allem im privaten Bereich weit verbreitet. Leider wissen aber die wenigsten Anwender, wie dieser Tintendrucker eigentlich funktioniert. Die folgenden Artikel sollen Ihnen einen Eindruck von der Funktionsweise von Tintenstrahldruckern vermitteln und die verschiedenen Technologien näher erläutern. In Teil 1 wird erklärt, wie Tinte von den Patronen zu den Medien gelangt. Teil 2 befasst sich mit dem Aufbau des Bildes, den Prinzipien unterschiedlicher Tröpfchengrößen und Druckauflösungen.
Grundsätzliches über Tintenstrahldrucker
Grundsätzlich arbeiten Tintenstrahldrucker heute noch nach dem gleichen Prinzip wie zu Beginn des Digitaldrucks, wobei das zu genutze Medium (meist Papier) von sehr genauen Schrittmotoren durch den Drucker geschoben wird. Gleichzeitig bewegt sich der Druckkopf (inklusive Tintenpatrone) horizontal auf dem Papier und stößt winzige Tintentröpfchen aus.
Wenn die Düsen ihre Tröpfchen abgeben, wird die Tintenmenge, die sie ausstoßen, elektronisch gesteuert. Die Bewegung des Druckkopfs, die Bewegung des Papiers, die Anzahl der Tröpfchen und natürlich deren Ausstoß ergeben letztendlich den endgültigen Ausdruck.
Die beiden gängigsten Tintenstrahldruckverfahren sind Thermodruck und Piezodruck. Die Unterschiede zwischen diesen Techniken werden in diesem Artikel näher erläutert. Außerdem erfahren Sie, welche Techniken Hersteller anwenden, um immer bessere Druckergebnisse zu erzielen. Bei dieser Drucktechnologie wird die Druckertinte üblicherweise über eine Druckerpatrone mit integriertem Druckkopf gespeichert.
Der thermische Tintenstrahldruck
Beim thermischen Tintenstrahldruck werden Tintentröpfchen durch Düsen im Druckkopf gedrückt und mit extrem hoher Geschwindigkeit auf das Papier geschossen.
Je kleiner die Tintenmenge pro Tropfen ist, desto kleiner sind die auf das Papier gedruckten Punkte. Daher ist die Mindestgröße der Tintentröpfchen entscheidend für die Fähigkeit des Druckers, Bilddetails und feine Konturen zu reproduzieren. Darüber hinaus hängt die maximale Arbeitsgeschwindigkeit auch von der Geschwindigkeit ab, mit der der Druckkopf Tröpfchen ausstößt und der Anzahl der Düsen.
Der erste HP-Tintenstrahldrucker hatte nur 12 Düsen, die 180-Picoliter-Tröpfchen produzieren konnten. Moderne Farbdruckköpfe wie der HP DeskJet 990Cxi haben 408 Düsen mit Tropfengrößen von nur 5 Picolitern. Dadurch entstehen einzeln schwer identifizierbare Tröpfchen, die als vollständiges Druckbild besser wahrgenommen werden können und eine höhere Druckauflösung ermöglichen.
Der Thermodruckkopf erhitzt die flüssige Tinte, um sie zu verdampfen und aus der Düse zu drücken. Dazu befindet sich in jedem Düsenkanal ein Heizelement (Abmessungen ca. 30 x 30 Mikrometer). Soll ein Tropfen aus der entsprechenden Düse abgegeben werden, wird an das Heizelement eine Spannung angelegt, die es in Sekundenbruchteilen auf eine Temperatur von ca. 300 °C erhitzt. Die flüssige Tinte im Düsenkanal verdunstet schlagartig und bildet eine Dampfblase, die die Tinte aus der Düse drückt. Dabei werden meist Tintenpatronen, auch Kartuschen genannt, verwendet.
Sobald das Heizelement abgeschaltet wird, bildet sich die Dampfblase neu und der Tintentropfen wird unterbrochen. Nach dem Abreißen fliegt es mit einer Geschwindigkeit von bis zu 15 Metern pro Sekunde auf die Druckmedien. Kühlt der Düsenkanal ab, entsteht ein Unterdruck, der dazu führt, dass neue Tinte aus der Patrone fließt. Sobald wieder Tinte im Düsenkanal ist, kann der nächste Tintentropfen abgegeben werden. Um eine möglichst hohe Druckgeschwindigkeit zu erreichen, muss der gesamte Prozess in kürzester Zeit abgeschlossen sein. Beispielsweise beträgt im obigen Beispiel die Zeit vom Einschalten der Heizung bis zum Beginn des Tintenflusses weniger als 80 Mikrosekunden.
Das Piezo-Druckverfahren
Das Piezo-Druckverfahren ist eine Alternative zum Thermodruckverfahren. Epson ist ein absoluter Pionier in dieser Technologie. Kurz nachdem Siemens 1977 den ersten piezoelektrischen Druckkopf entwickelt hatte, stellte Epson 1984 den ersten Drucker mit Piezo-Druckverfahren vor.
Im Gegensatz zur Verdampfung bei thermischen Prozessen funktioniert das piezoelektrische Prinzip rein mechanisch. Wie der Name schon sagt, werden piezoelektrische Kristalle verwendet, um Tinte aus der Tintenkammer zu drücken. Sie haben die Eigenschaft, sich beim Anlegen einer Spannung zu verformen. Diese Verformung dient wiederum dazu, den erforderlichen Druck in der Düse zu erzeugen.
Ursprünglich verwendete Siemens Piezoröhren, während Epson nun auf eine Piezoscheibe pro Düse umgestiegen ist. Je nach Polarität der angelegten Spannung biegt sich die Scheibe in die eine oder andere Richtung. Dadurch entsteht Druck auf die Membran, die wiederum den nötigen Druck aufbaut und die Tinte aus der Düse drückt.
Das Besondere an dieser Technologie ist einerseits die hohe Verformungsgeschwindigkeit (nur ca. 5 Mikrosekunden), die eine sehr hohe Tropfenabgabefrequenz ermöglicht, die eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bietet, und andererseits die ist langlebig. In den meisten Fällen sind piezoelektrische Druckköpfe fest im Drucker verbaut und müssen nicht ausgetauscht werden. Tauschen Sie stattdessen einfach die Tintenpatrone aus, was in der Regel deutlich günstiger für den Nutzer ist.
Um zu Teil zwei zu gelagen klicken Sie bitte hier: Wie funktioniert eigentlich ein Tintenstrahldrucker? - Teil 2 / 2