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Was sind Tintenstrahldrucker eigentlich?

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Matrixdrucker oder auch Tintenstrahldrucker

sind Drucker mit denen durch gezieltes Abschiessen von Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird.

So einfach ist die Kurzerklärung!

CIJ Drucker:

CIJ Drucker (Continuous Ink Jet, also Gerät mit kontinuierlichem Tintenstrahl) werden in der Industrie zum Markieren und Kodieren von Produkten ( z.Bsp. Haltbarkeitsdatum) eingesetzt.

Das ist ein Tintendtrahldrucker...

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. Unterschieden wird hier noch zwischen Binary-Deflecting-Verfahren und Multi-Deflecting-Verfahren. Bei ersterem kommt der Tropfen entweder auf den Bedruckstoff oder er wird in einen Tropfenfänger abgelenkt. Beim Multi-Deflecting-Verfahren können die Tropfen durch unterschiedliche Ladungszustände unterschiedlich abgelenkt werden. Auf diese Weise ist es möglich, über eine Düse eine breitere Zeile zu drucken. Die Breite der Zeile ist abhängig vom Abstand der Düse zum Substrat, wodurch ein höherer Abstand die Auflösung vermindert.

DOD Drucker:

DOD Drucker (Drop On Demand, d. h., Geräte, die einzelne Tropfen verschießen) sind die uns bekannten Drucker die in nahezu jeden 2ten deutschen Haushalt stehen.

Das sind Tintendrucker...

  • 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 setzen 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 und ist deswegen preiswert, 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 kHz.
  • Hersteller sind z. B. Canon, Lexmark und Hewlett-Packard (DeskJet-Reihe). Piezo-Drucker nutzen den Piezoelektrischen Effekt, durch den sich Keramikelemente unter elektrischer Spannung verformen, um Drucktinte durch eine feine Düse zu pressen. Die Tinte bildet Tropfen, deren Volumen sich über die Größe des angelegten elektrischen Impulses 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 oder als Kunstobjekt eingesetzt.

Ein bisschen Geschichte: Der erste...

Tintendrucker seiner Art war der Teletype Inktronic
und wurde in der Zeit von 1963 bis 1970 entwickelt.

Er gilt gemeinhin als erster Tintendrucker der Welt:

Der Teletype Inktronic war jedoch kein Drucker im klassischen Sinn, sondern ein Ausgabegerät, das in Verbindung mit einem Monitor funktionierte. Die Druckleistung ließ sehr zu wünschen übrig. Es gelang den Entwicklern nicht, die Tinte präzise auf das Papier zu befördern. Diese Tatsache führte zu verschiedenen Problemen, unter anderem verschmutzte der Drucker viel zu schnell. Das führte zu einer mangelhaften Druckqualität. Weiters war das Gerät so groß, dass eine private Nutzung von vornherein ausgeschlossen werden konnte.
Die ersten funktionsfähigen Tintenstrahl-Druckgeräte wurden Anfang der 70er von IBM auf den Markt gebracht. Sie druckten im Permanentbetrieb (Continuous drop) und waren deshalb nur für den Einsatz in der Industrie zu gebrauchen. Das Verfahren des kontinuierlichen Tintenstrahls wird in verbesserter Form jedoch bis heute bei einigen Tintenstrahldruckern angewandt.
Letztendlich waren es die heute weltbekannten Konzerne HP und Canon, denen die technische Umsetzung gelang. Im Jahre 1979 reichten beide beinahe zeitgleich das Patent ein.
Einer der ersten Tintenstrahldrucker für den End-Kundenmarkt war der HP ThinkJet aus dem Jahre 1984. Im selben Jahr kam das erste Serien-Modell der Piezo-Drucker auf den Markt: der Epson SQ 2000. 1987 brachte der HP PaintJet endlich Farbe ins Büro. Im Jahre 1990 erschien schließlich der erste Tintendrucker für den Massenmarkt, der HP Deskjet 500 und nun war der Siegeszug nicht mehr aufzuhalten...

Allen DOD-Druckköpfen ist die Eigenschaft gemeinsam, dass sie mit der Zeit eintrocknen, wenn sie nicht genutzt werden. Um dies 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 Maßnahme ist, den Druckkopf an einer speziellen Stelle luftdicht zu parken, sodass die Tinte in den Düsen nicht eintrocknen kann. 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 gedruckt 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 durch Abschalten gesparten Stromkosten sind deutlich geringer als die Kosten für die Tintenpatronen, vor allem, wenn die Steckerleiste oft ein- und ausgeschaltet wird.

Zum Bedrucken muss ein Drucker im Wesentlichen zwei Bewegungen ausführen: die Querbewegung des Druckkopfes und die Vertikalbewegung der Papierseite. Die Bewegung des Druckkopfes erfolgt auf Schienen mittels eines Zahnriemens und eines Gleichstrom- oder Schrittmotores. Zur hochgenauen, zum Datenstrom des Druckkopfes synchronen Bewegung des Druckwagens trägt dieser einen optischen Inkrementalgeber, der ein mit Strichen versehenes, feststehendes Band abtastet. Schrittmotoren müssen hierzu im Mikroschritt-Modus arbeiten, da deren Schrittauflösung bzw. -genauigkeit bei weitem nicht für die erforderliche Auflösung ausreicht.
Die das Papierblatt antreibende Walze wird mit einem weiteren Motor angetrieben. Ist dies ein Schrittmotor, kann auf einen weiteren Inkrementalgeber verzichtet werden.
Drucker besitzen einen eigenen Zeichensatz, der das Drucken mit geringer zum Drucker zu übertragender Datenmenge gestattet. Beim heute üblichen Anschluss über USB sind jedoch als Bitmap pixelweise übertragene große Datenmengen kein Problem, sodass Zeichen und Grafiken gleichermaßen bereits im Druckertreiber des steuernden PC in ein Bitmap umgewandelt werden. Damit lassen sich die wesentlich umfangreicheren Zeichensätze der auf dem PC installierten Software nutzen.

Die in Tinten(strahl)druckern verwendete Tinte wird bei den meisten Herstellern auf Wasserbasis hergestellt und ist mit Additiven versetzt, die das zu schnelle Eintrocknen und insbesondere das Durchtrocknen in der Düse verhindern, sodass die Selbstreinigung des Druckers eine Chance hat, verstopfte Düsen wieder in Gang zu bringen. Da zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit der Ausdrucke Eiweiße hinzugegeben werden, haben diese Tinten im flüssigen Zustand eine begrenzte Lebensdauer. Weitere Zusätze zur Verbesserung der Lichtechtheit und der Leuchtkraft werden herstellerspezifisch zugegeben.
Grundfarben
Um farbig drucken zu können, benötigt ein Tinten(strahl)drucker Tinten in den Farben Cyan, Magenta und Gelb (CMYK-System). Durch Übereinander- (subtraktive Farbmischung) und enges Nebeneinanderdrucken lassen sich aus diesen Grundfarben fast alle Farben, sogar Schwarz erzeugen. Fast alle Tinten(strahl)drucker besitzen jedoch auch 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 Farbmischung, da diese sich am Rande und zum Teil außerhalb des CMYK-Farbraumes befinden.
Tinte für CIJ-Drucker
Tinten für CIJ-Drucker verfügen über besondere physikalische Eigenschaften. So müssen sie zum Beispiel elektrisch leitend sein, um im Tintentunnel abgelenkt werden zu können. Überwiegend werden CIJ-Tinten in die Komponenten eines Konzentrats und des dazugehörigen Verdünners getrennt und im Gerät gemischt. Durch den Einsatz unterschiedlicher Rezepturen und Verdünnungsmittel (z. B. Wasser, Ethanol, Methanol, MEK) sind diese Tinten in ihren Trocknungszeiten und Haftungseigenschaften sehr universell. Spezielle CIJ-Tinten sind UV-härtend, thermochromatisch (d.h. die Farbe schlägt mit Temperatureinwirkung kontrolliert um), fett- und öldurchdringend oder werden erst unter spezieller Beleuchtung sichtbar.

Spezialpapiere

Ihre wahre Leistungsfähigkeit entfalten Tintenstrahldrucker erst auf Spezialpapieren, 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 Textur der Papierfasern stark von der gewünschten Kreisform abweicht. Das führt zu unscharfen Abgrenzungen, Verlaufen der verschiedenen Farben ineinander und generell zu einem „matschigen“ 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 fotoähnliche „Abzüge“ herstellen, die in vielen Aspekten (Detailauflösung, Farbraum) dem klassischen, chemischen Fotoabzug ebenbürtig oder überlegen sind. So lassen sich Fotos im Heimbereich ausdrucken, so dass beispielsweise Fotos einer Digitalkamera sofort als Ausdruck hergestellt werden können. Nachteile dieser Technik sind der gegenüber ausbelichteten Fotos höhere Preis und die je nach Tinte unzulängliche Lichtechtheit, insbesondere bei Einfluss von Tageslicht mit hohem Blau-, Violett- und Ultraviolettanteil.
Zum Herstellen von Tageslichtprojektor-Folien werden speziell beschichtete Folien angeboten, die sich auch mit Tintenstrahldruckern verarbeiten lassen.

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.
Auch haben Tintenstrahldrucker den Vorteil, dass sie im Gegensatz zum Laserdrucker keinen Feinstaub produzieren, und somit die Gefahr durch den Betrieb zu erkranken geringer ist, bis gar nicht, dass jedoch hängt von der Tintenqualität ab. Bei normaler Tinte ist das Risiko gleich null.

Nachteile gegenüber anderen Verfahren

Tintenstrahldrucker sind empfindlich gegenüber dem zu bedruckenden Medium, viele Tinten sind nicht archivfest (wasserlöslich, chemische Langzeitveränderungen) und bleichen insbesondere bei Einfluss kurzwelliger Lichtanteile (Tageslicht) erheblich stärker aus als bei anderen Verfahren, sind also nicht lichtecht.
Bei Laserdruckern können dagegen lichtechte Farbpigmente verwendet werden.
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 Schwarzweißdruck etwa dreimal, im Farbdruck zwischen vier- und zehnmal so hoch wie bei einem Laserdrucker.
Des Weiteren neigen die Systeme zum Eintrocknen. Die verwendeten Tinten sind extrem teuer. Hohe Patronenpreise sind üblich.
Tintenstrahldrucker sind für Massendrucke nicht geeignet, weil sie zu langsam sind. Je nach Auflagenstärke ist das Laser-, Offset- oder Tiefdruckverfahren das geeignetste.

Nachfüllen von Tintenpatronen

Ein wesentlicher Teil der beim Druck anfallenden Kosten kommt von den Verbrauchsmaterialien (Tinte/Toner, etc.). Daher gibt es für alle gängigen Druckerhersteller Anbieter kompatibler Verbrauchsmaterialien. Jedoch variiert die Qualität von kompatiblen Verbrauchsmaterial sehr stark, so dass es für den Endanwender mitunter schwer ist, eine Entscheidung zu treffen. Eine annehmbare Entscheidungshilfe bieten hier Tests unabhängiger Zeitschriften und Labore. Verbrauchsmaterialien, die nicht bestimmten Qualitätskriterien entsprechen, können den Drucker zerstören und/oder schlechte Druckqualität liefern. Im schlimmsten Fall sind durch die Nutzung solcher Materialien sogar Gesundheitsschäden möglich.

Quelle: Wikipedia

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