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Funktionsweise des Tintenstrahldrucker

Einleitung

Der Tintenstrahldrucker gehört zu der Klasse der Non-Impact-Drucker, d.h. der Ausdruck findet berührungslos statt.

Tintenstrahldrucker arbeiten nach zwei unterschiedlichen physikalischen Prinzipien (drop on demand) . Dabei unterscheiden wir zwischen dem Bubble Jet und Piezo-Verfahren. Es wird nur dann Tinte durch den Druckkopf geleitet, wenn tatsächlich ein Druckpunkt gesetzt werden soll.

Das Prinzip ist bei beiden Verfahren das Gleiche:
Vor der Düse befindet sich eine Kammer, die mit Tinte gefüllt wird. Durch eine Volumenverkleinerung dieser Kammer wird die Tinte durch die Düse ausgestossen. Der Unterschied befindet sich in der Technik, mit der diese Volumenverkleinerung erreicht wird.

Bubble-Jet Verfahren (Hitze in Kombination mit Gas)

Beim Bubble-Jet-Verfahren befindet sich in der erwähnten Kammer ein kleines Metallplättchen. Dieses wird, wenn ein Druckpunkt gesetzt werden soll, innerhalb kürzester Zeit auf mehrere Hundert Grad erhitzt. Durch diese Erhitzung verdampft die Tinte, es entsteht eine Dampfblase. Diese Dampfblase wiederum presst dann einen Tintentropfen mit einem Durchmesser von 0,3 – 0,4 mm aus der Düse auf das Papier.

Durch die anschliessende Abkühlung und durch das Auspressen der Tinte zieht sich diese Dampfblase wieder zusammen und neue Tinte kann nachströmen. Die folgende schematische Darstellung verdeutlicht dies.


Druckdüse in Ruhestellung

Düse unter Spannung

Dadurch, dass die Tinte erst nachströmen kann, wenn sich diese Blase wieder zusammenzieht, ist dieses Verfahren etwas langsamer als das Piezo-Verfahren. Dazu muss nämlich abgewartet werden, bis sich das Heizelement wieder abgekühlt hat. In der folgenden Graphik ist das Erzeugen der Tintenblase und der Tintenausstoss nochmal dargestellt, ebenfalls wie lange es dauert in µsec.

Entstehung eines Tintentropfens in Zeitlupe:
  • Extreme Erhitzung der Tinte mit über 100°C/µsec erzeugen eine Dampfexplosion im Druckkopf
  • Es entsteht eine Tintenblase (ähnlich wie bei Wassertropfen auf der Herdplatte)
  • Durch den Überdruck kollabiert die Tintenblase und der Tintentropfen wird ausgestossen
  • Der Druckkopf wird mit neuer Tinte befüllt (mit dem Ausstoss der Tinte entsteht
  • Ein Unterdruck, durch den frische Tinte aus dem Vorratsbehälter nachgezogen wird)

Moderne Drucker haben teilweise über 100 solcher Kammern an einem Druckkopf

Durch den ständigen Temperaturwechsel verschleisst der Druckkopf relativ schnell, da die Düsen ziemlich schnell verstopfen. Aus diesem Grund wird bei Druckern, die nach diesem Verfahren arbeiten, der Druckkopf mit der Tintenpatrone kombiniert.

Die Lebensdauer eines Druckkopfes mit dieser Technik beträgt ca. 50.000 DIN-A4-Seiten je ca. 4.000 Zeichen [ca. 200 Millionen (Mio.) Zeichen]. Aufgrund dieser relativ kurzen Lebensdauer wird der Druckkopf nicht in den Drucker, sondern in die Tintenpatronen eingebaut. Das hat den Vorteil, dass mit jeder neuen Tintenpatrone (nach ca. 100 - 3.000 DIN-A4-Seiten) auch der Druckkopf ersetzt wird.

Die Technik des Bubble-Jet Verfahren wird z.B. von den Geräte-Herstellern Hewlett Packard (HP), Canon und Lexmark verwendet.

Piezo-Verfahren (Elektronische Impulse)

Die Piezo-Technik nutzt elektrische Impulse, die ein Dünnfilm-Widerstand in der Düse erhitzt und dabei einen Tintentropfen herausdrückt. Die Tinte wird aus dem Druckkopf gepresst, indem man in der Kammer vor der Düse das Volumen verkleinert. Die Volumenverkleinerung geschieht hier allerdings durch einen Piezo-Kristall. Dieser Piezo-Kristall verformt sich, sobald eine Spannung angelegt wird und drückt dann gegen eine Membran, die die Tinte durch die Düse drückt.

Dieses Verfahren ist schneller als das Bubble-Jet-Verfahren. Auch weist der Druckkopf eine längere Lebensdauer auf. Aus diesem Grund wird er meist nicht mit jedem Tintenwechsel gewechselt, sondern ist fest im Drucker eingebaut. Demgegenüber steht ein höherer Anschaffungspreis. Ein weiterer Nachteil kann sich bei unsachgemässem Umgang ergeben: ist der Druckkopf mal verstopft und kann mit den Reinigungszyklen nicht wieder freigespült werden, ist Handarbeit angesagt. Man kann das Problem eben nicht lösen, indem man eine neue Patrone (mit integriertem Druckkopf) einsetzt. Die Lebensdauer eines Piezo-Druckkopfes beträgt ca. 500.000 DIN-A4-Seiten. Das ergibt bei ca. 4.000 Zeichen je DIN-A4-Seite ca. 2 Milliarden (Mrd.) Zeichen. Da die Herstellung dieser Druckköpfe relativ teuer ist, werden Piezo-Druckköpfe nicht in die Tintenpatronen, sondern fest in die Drucker eingebaut. Die verwendeten Tintenpatronen enthalten demzufolge keine Technik mehr, sondern nur noch die Tinte. Ein namhafter Anwender dieser Technik ist z.B. der Geräte-Hersteller Epson.

Tintenarten

Die verwendeten Tinten unterscheiden sich hinsichtlich der Art des Farbstoffes. Die Art dieser Farbstoffe entscheidet auch über die Qualität des Ausdruckes. Man unterscheidet dabei pigmentierte und nicht-pigmentierte Tinten. Bei den nicht-pigmentierten Tinten liegt der Farbstoff "chemisch" vor.

Dies bedeutet, die Farbe liegt als einzelne Moleküle vor. In der Natur dieser Tinten liegt es, dass sie nicht sehr stabil sind, vor allem sind sie sehr UV-empfindlich. Da aber UV-Licht ein normaler Bestandteil des Tageslichtes ist, bleichen Ausdrucke mit solchen Tinten relativ schnell aus. Pigmentierte Tinten hingegen haben einen Farbstoff, der als Pigment vorliegt, also deutlich "grösser" ist. Diese Tinten sind stabiler. Dadurch sind Ausdrucke mit diesen Tinten auch lichtechter. Im weiteren sind diese Tinten, wenn sie einmal getrocknet sind, auch schwerer wieder lösbar.

Vorteile / Nachteile eines Tintenstrahldrucker

+ Hohe Druckqualität auf gutem Papier (Fotoähnlicher Druck auf Spezialpapier möglich)
+ Gute Druckqualität bei Text und Grafik auf Normalpapier
+ Geringe Umweltbelastung
+ Günstige Druckerpreise
+ Sehr leise beim Druck

- Hohe Kosten des Verbrauchsmaterials (Tinte, Spezialpapier)
- Nicht Wasserfest, Lichtbeständigkeit nicht optimal
- Fotoqualität nur auf speziellem Foto-Papier
- Niedrige Geschwindigkeit bei hoher Qualität
- Verfliessende Tinte auf saugfähigerem Papier (Recycling-Papier)

(Quellenhinweise: www.copyshop-tips.deund www.drucker-onkel.de/ Bearbeitet durch Polyton GmbH)

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