Mittlerweile sind Tintenstrahldrucker gerade im privaten Umfeld sehr weit verbreitet. Dennoch wissen leider viel zu wenige Anwender, wie solch ein Tinten – Drucker eigentlich funktioniert. Der folgende Artikel soll Ihnen einen kleinen Einblick in die Funktionsweise von Tintenstrahldruckern geben und zudem die verschiedenen Techniken näher erläutern. Teil 1 gibt Aufschluss darüber, wie die Tinte aus den Patronen auf das Medium gelangt. In Teil 2 geht es um den Aufbau eines Bildes, die verschiedenen Tröpfchengrößen und das Prinzip der Druckauflösung.
Empfehlenswerte Tintenstrahldrucker
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Grundsätzliches über Tintenstrahldrucker
Grundsätzlich funktionieren Tintenstrahldrucker auch heute noch nach demselben Prinzip wie zum Beginn des digitalen Drucks. Das zu bedruckende Medium (meistens Papier) wird durch einen sehr präzisen Schrittmotor durch den Drucker geschoben. Gleichzeitig rast der Druckkopf (mitsamt der Tintenpatrone) horizontal über das Papier und schießt winzige Tintentröpfchen ab.
Wann die Düsen ihre Tröpfchen abschießen und in welcher Menge sie Tinte abgeben, wird elektrisch gesteuert. Die Kombination aus Bewegung des Druckkopfs, Bewegung des Papiers, Menge der Tröpfchen und natürlich dem Zeitpunkt, zu welchem diese abgegeben werden, ergibt dann den fertigen Ausdruck.
Die beiden am weitesten verbreiteten Verfahren zum Tintenstrahldruck sind das thermische Druckverfahren sowie der Piezodruck. Die Unterschiede dieser Techniken werden im Laufe dieses Artikels weiter erläutert. Zusätzlich erfahren Sie, auf welche Tricks die Hersteller zurückgreifen, um ein immer besser werdendes Druckergebnis zu erhalten. Bei dieser Drucktechnik kommen oft für die Bevorratung der Druckertinte Druckerpatronen mit integriertem Druckkopf zum Einsatz.
Der thermische Tintenstrahldruck
Beim thermischen Tintenstrahldruck werden Tintentröpfchen in einer rasend schnellen Geschwindigkeit durch im Druckkopf befindliche Düsen gedrückt und auf das Papier gespritzt.
Je kleiner die Tintenmenge pro Tropfen ist, desto kleiner ist auch der entstehende Druckpunkt auf dem Papier. Dementsprechend ist die minimale Größe der Tröpfchen entscheidend dafür, wie gut der Drucker Bilddetails und feine Konturen darstellen kann. Zusätzlich hängt von der Geschwindigkeit mit der der Druckkopf Tröpfchen abschießen kann, sowie der Anzahl an Düsen, auch die maximale Arbeitsgeschwindigkeit ab.
Der erste HP Tintenstrahldrucker besaß nur 12 Düsen, die Tintentropfen mit einer Größe von 180 Picoliter erzeugen konnten. Moderne Farbdruckköpfe, wie z.B. der des HP DeskJet 990Cxi besitzen 408 Düsen und erreichen Tröpfchengrößen von nur 5 Picoliter. Somit werden kaum noch einzeln erkennbare Tropfen erzeugt, die sich besser als komplettes Druckbild wahrnehmen lassen und eine höhere Druckauflösung ermöglichen.
Thermische Druckköpfe erhitzen die flüssige Tinte um sie zu verdampfen und aus der Düse zu pressen. Zu diesem Zweck befindet sich in jedem Düsenkanal ein Heizelement (Größe ca. 30 x 30 Mikrometer). Soll aus der entsprechenden Düse ein Tropfen abgegeben werden, wird eine Spannung an das Heizelement angelegt, was dazu führt, dass es sich innerhalb von Sekundenbruchteilen auf Temperaturen von ca. 300 °C erhitzt. Die flüssige Tinte im Düsenkanal verdampft schlagartig und eine Dampfblase bildet sich, die die Tinte aus der Düse presst. Bei diesem Verfahren werden meist Tintentanks, die auch Tintenpatronen geannt werden, eingesetzt
Sobald das Heizelement abgeschaltet wird, bildet sich die Dampfblase zurück und der Tintentropfen reißt ab. Nach dem Abreißen fliegt er mit einer Geschwindigkeit von bis zu 15 Metern pro Sekunde auf das Druckmedium. Sobald der Düsenkanal abkühlt entsteht ein Unterdruck, der das Nachfließen von neuer Tinte aus der Patrone bewirkt. Sobald sich wieder Tinte im Düsenkanal befindet kann der nächste Tropfen abgegeben werden.
Um eine möglichst hohe Geschwindigkeit des Druckers zu erreichen muss der gesamte Vorgang innerhalb von kürzester Zeit ablaufen. Im obigen Beispiel dauert es z.B. weniger als 80 Mikrosekunden vom Aktivieren des Heizelements bis zum Nachfließen der Tinte.
Das Piezo-Druckverfahren
Im Gegensatz zum thermischen Druckverfahren steht das Piezo-Druckverfahren. Absoluter Vorreiter dieser Technik ist die Firma Epson. Kurz nach der Entwicklung eines ersten Piezo-Druckkopfs im Jahre 1977 durch Siemens, stellte Epson im Jahre 1984 die ersten Drucker mit Piezo-Druckverfahren vor.
Das Piezo-Prinzip funktioniert, im Gegensatz zum Verdampfen beim thermischen Verfahren, rein mechanisch. Um die Tinte aus der Tintenkammer zu pressen, werden, wie der Name schon verrät, Piezokristalle verwendet. Diese haben die Eigenschaft, sich beim Anlegen einer Spannung zu verformen. Diese Verformung wiederum wird zum Erzeugen des benötigten Drucks in den Düsen genutzt.
Nutzte Siemens ursprünglich noch Piezo-Röhrchen, ist Epson mittlerweile auf je eine Piezoscheibe pro Düse umgestiegen. Je nach Polarität der angelegten Spannung wölbt sich die Scheibe in die eine oder in die andere Richtung. Hierdurch wird ein Druck auf eine Membran erzeugt, die wiederum den benötigten Druck aufbaut und die Tinte aus der Düse drückt.
Das Besondere an dieser Technik sind zum einen die hohe Geschwindigkeit der Verformung (nur ca. 5 Mikrosekunden), die eine sehr hohe Frequenz der Tröpfchenabgabe ermöglicht und somit eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit bietet und zum anderen die lange Haltbarkeit. Piezo-Druckköpfe werden in den meisten Fällen fest in den Drucker installiert und müssen nicht getauscht werden. Stattdessen werden nur die Tintentanks getauscht, was für den Anwender meist wesentlich günstiger ist.