mini|Typischer Tintenstrahldrucker für den Heimbereich mini|Druckkopf eines DOD-Tintenstrahldruckers
Tintenstrahldrucker (genannt auch Tröpfchenstrahl-Drucker, Tintendrucker, Farbstrahl-Drucker und Ink-Jet-Drucker)Hans F. Ebel, Claus Bliefert: Vortragen in Naturwissenschaft, Technik und Medizin. 2., bearbeitete Aufl. VCH, Weinheim 1994, ISBN 3-527-30047-3, S. 303. sind Matrixdrucker, bei denen durch den gezielten Abschuss aus kleinen Farbdüsen oder das Ablenken kleiner Tintentröpfchen ein Druckbild erzeugt wird. Sie gehören zur Gruppe der Non-Impact-Drucker.
Es lassen sich zwei Gerätegruppen unterscheiden. CIJ: , also Geräte mit kontinuierlichem Tintenstrahl DOD: , d. h. einzelne Tropfen verschießende Geräte
Geschichte des Tintenstrahldruckers Die Geschichte des Tintenstrahldruckers begann in den 1960er Jahren. Der Teletype Inktronic wurde zwischen 1963 und 1970 vom US-amerikanischen Unternehmen Teletype Corporation entwickelt. Er gilt als erster Tintenstrahldrucker der Welt. Er war jedoch kein Drucker im klassischen Sinn, sondern ein Fernschreiber mit integrierter Tastatur, der als Ein-/Ausgabegerät für Großrechner fungierte. Die Druckleistung war der Zeit entsprechend noch gering. Es gelang den Entwicklern nicht, die Tinte präzise auf das Papier zu befördern. Dies führte zu verschiedenen Problemen, so verschmutzte der Drucker viel zu schnell. Daraus folgte mangelhafte Druckqualität. Das Gerät war zu groß, um eine private Nutzung vorauszusehen.
Die ersten funktionsfähigen Tintenstrahl-Druckgeräte wurden Anfang der 1970er von IBM auf den Markt gebracht. Sie druckten im Permanentbetrieb (Continuous drop) und waren 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, Canon und Epson, denen die technische Umsetzung gelang.druckerchannel.de vom 6. September 2017, Wer hat's erfunden? Abgerufen am 14. November 2020. Im Jahr 1979 reichten HP und Canon beinahe gleichzeitig das Patent ein.
mini|Tintenstrahldrucker HP Deskjet 500 Einer der ersten Tintenstrahldrucker für den Endkundenmarkt war der HP ThinkJet aus dem Jahr 1984. Im selben Jahr kam der erste Piezo-Drucker auf den Markt, der Epson SQ 2000. 1987 brachte der HP PaintJet Farbe ins Büro. 1988 erschien schließlich der erste Tintenstrahldrucker für den Massenmarkt, der HP Deskjet mit einer Druckgeschwindigkeit von bis zu 2 Seiten/min und einer Grafikauflösung von 300 Punkten/Zoll.
Nachdem um das Jahr 2000 die ersten Drucker erschienen, die mit Zusatzfarben wie Rot, Blau, Grün und Orange fotorealistische Ausdrucke in besserer Qualität als konventionelle Fotopapiere ermöglichten, begann die Zeit der Fotodrucker für die Papierformate DIN A4 und später A3. Zahlreiche Papierhersteller entwickelten Produkte für den Markt der Tintenstrahl-Fotopapiere. Bis zum Ende der 2000er Jahre hat sich der Markt stabilisiert und etabliert. Es gibt nun einerseits einfache Geräte für DIN A4-Formate, die höchstens noch Hellcyan und Hellmagenta als Foto-spezifische Tinten aufweisen. Zusatzfunktionen wie Direktdruck von Mobiltelefonen und Speicherkarten, Scanner, Kopierer und Fax können diese Grundgeräte ergänzen. Andererseits wurden Großformatdrucker und -plotter mit Maximalformaten von größer als A3 entwickelt, die mit zusätzlichen Tintenkombinationen und -zusammensetzungen für Berufsfotografen und Druckanstalten angeboten werden. Ein qualitativ hochwertiger Fotodruck von Amateur- und Gelegenheitsfotografen findet seither kaum noch statt.
CIJ-Drucker (Continuous Ink Jet, Tintenstrahldrucker) mini|hochkant=1.5|Funktion eines Continuous-Ink-Jet-Druckers CIJ-Drucker werden ausschließlich in der Industrie eingesetzt und finden dort in verschiedenen Bereichen wie Rubbellose, Haltbarkeitsdatum, EAN-Code, Adressierung und Personalisierung ihre Anwendung. Technologische Fortschritte erschließen weitere Einsatzgebiete im Digitaldruck, beispielsweise bot Kodak Mitte 2009 eine auf CIJ-Technik basierende Druckmaschine für Schwarz/Weiß (Prosper S10) mit Schmuckfarben an und Mitte 2010 zusätzlich Vierfarbdruck (Prosper 5000 XL).
Verfahren 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 elektrostatisch aufgeladen. Die 10 bis 40 m/s schnellen Tropfen durchfliegen anschließend eine größere Ablenkelektrode. Abhängig von der Stärke des elektrischen Feldes werden sie zwischen den beiden Ablenkelektroden seitlich abgelenkt. Je nach Gerätetyp gelangen die geladenen oder die ungeladenen Tropfen auf das Substrat. Nicht benötigte Tropfen werden bereits am Druckkopf wieder aufgefangen und erneut dem Tintenkreislauf zugeführt. Unterschieden wird weiterhin 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 Höhe der Zeile ist abhängig von der Ablenkspannung und dem Abstand der Düse zum Substrat, wodurch höherer Abstand die Druckqualität vermindert.
DOD-Drucker (Drop on Demand, Tintendrucker)
mini|Verschiedene Druckköpfe:links: in die Patrone integriert (HP Deskjet 600), rechts: Druckkopf eines HP Business Inkjet 1100D, Mitte: Patrone des BIJ1100D Diese Art von Druckern findet man sowohl in der Industrie als auch im Büro- und Heimbereich. Im Gegensatz zu CIJ-Druckern verlässt hier nur derjenige Tintentropfen die Düse, der tatsächlich gebraucht wird. Die Geräte werden zusätzlich danach unterschieden, mit welcher Technik die Tintentropfen ausgestoßen werden. Der Einsatzbereich ist sehr groß und reicht von Personalisierungsaufträgen über den Heim-/Büro-Bereich bis zum Druck von Passbildern.
Je nach Tinte werden auch elektrische Schaltungen gedruckt oder es lassen sich in 3D-Druckern dreidimensionale Modelle erzeugen, was ursprünglich für Rapid Prototyping nutzbar war. Statt der herkömmlichen Tinte lassen sich auch Wachs, langkettige Polymere oder heiße, flüssige Lote verwenden.
Verfahren Je nach DOD-Typ wird die Tinte auf unterschiedliche Art aus der Düse getrieben. BubbleJet-Drucker erzeugen winzige Tintentropfen mit Hilfe eines Heizelements, welches das Wasser oder Lösungsmittel in der Tinte erhitzt. Dabei bildet sich explosionsartig eine winzige Dampfblase, die durch ihren Druck einen Tintentropfen aus der Düse presst. Hersteller sind Canon, Lexmark und Hewlett-Packard in der DeskJet-Reihe. Es kommen wiederum zwei Systeme zum Einsatz. 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. Der Druckkopf der Kodak Tintenstrahldrucker arbeitet bei bis zu 24 kHz. 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). Geräte, die mit diesem Verfahren arbeiten, sind sehr einfach herzustellen und sind deswegen preiswert, das Verfahren hat aber den Nachteil einer begrenzten Lebensdauer der Druckköpfe. Es wird bei allen Wechseldruckköpfen verwendet. Piezo-Drucker nutzen den inversen Piezoelektrischen Effekt zum Pressen der Drucktinte durch eine feine Düse, wobei sich Keramikelemente unter elektrischer Spannung verformen. 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 Epson und war Siemens ab 1977 mit dem Siemens PT80i. Bei Druckventil-Druckern sind einzelne Ventile an den Düsen angebracht, die sich öffnen, wenn ein Tropfen die Düse verlassen soll. Diese Technik wird auf Grund der Anforderungen nur industriell oder als Kunstobjekt eingesetzt.
Reinigung mini|Video: Druckkopf wird (manuell) in die Parkposition gefahren und luftdicht verschlossen Allen DOD-Druckköpfen ist die Eigenschaft gemeinsam, dass sie mit der Zeit eintrocknen, wenn sie nicht genutzt werden. Um das zu verhindern, sind die Tinten oft nur langsamtrocknend und die meisten Drucker fahren einen Reinigungszyklus vor dem ersten Ausdruck. Dabei wird die Tinte üblicherweise in einen nur zu diesem Zweck bereitgestellten Schwamm gespritzt. Eine weitere Maßnahme ist es, den Druckkopf an einer speziellen Stelle luftdicht zu parken, so dass die Tinte in den Düsen nicht eintrocknen kann. Das 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).So viel Tinte geht fürs Reinigen drauf, Website der Stiftung Warentest, abgerufen am 27. März 2015. Die Reinigung kann bei Bedarf manuell gestartet werden. Durch die Reinigung wird in der Regel viel Tinte verbraucht, was bei den aktuellen Preisen für Druckerpatronen einen Teil der Druckkosten ausmacht, besonders wenn nur selten und wenig gedruckt wird und die Tinte so je Druckvorgang öfter eintrocknet. Je nach Druckermodell und Größe der Tintenpatrone kann die Patrone bereits nach 40 bis 100 Reinigungen leer sein. Manche Druckermodelle führen eine Reinigung durch, wenn sie vom Strom getrennt wurden, das trifft hauptsächlich auf Epson-Drucker mit getrennten Patronen zu. Solche Druckermodelle sollten daher nicht an einer schaltbaren Steckerleiste angeschlossen werden, um unnötige Reinigungen zu vermeiden und Tinte zu sparen.Tipps – Produktfinder Drucker, Website der Stiftung Warentest, abgerufen am 26. April 2012. Wenn die Steckerleiste oft ein- und ausgeschaltet wird, sind die gesparten Stromkosten geringer als die Ausgaben für die Reinigungsläufe der Tintenpatronen.
Technik mini|Innereien eines Tintenstrahldruckers (1) Drucker Controller, steuert die beiden Motoren; (2) Papierblatt antreibende Walze; (3) Tintenpatronen; (4) Druckköpfe; (5) bedrucktes Papier Zum Bedrucken muss ein Drucker im Wesentlichen zwei Bewegungen ausführen: die Querbewegung des Druckkopfes und die Vertikalbewegung des Druckpapiers. Die Bewegung des Druckkopfes erfolgt auf Schienen mittels eines Zahnriemens und eines Gleichstrom- oder Schrittmotors. 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 dazu 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 das ein Schrittmotor, kann auf einen weiteren Inkrementalgeber verzichtet werden.
Die neuere Memjet-Technologie (MEM = microelectric mechanical) vereinigt den Tintenstrahldruck mit einem Seitendrucker, indem ein unbeweglicher Druckkopf in Seitenbreite (DIN A5 bis DIN A0) mit entsprechend vielen Düsen (74.400 bei DIN A4) in hoher Qualität (1600 dpi) und Geschwindigkeit (60 Seiten DIN-A4-Farbdrucke pro Minute) ohne Vorwärmung druckt.