Tintenstrahldrucker

engl.: Ink-jet printer

Themengebiet:

Allgemeine Informatik

Bedeutung:
Für Tintenstrahldrucker wurden verschiedene Technologien entwickelt. So unterscheidet man die Festkörpertintenstrahler von den Flüssigkörpertintenstrahlern soei die Drop-on-Demand-Technik von der Continous-Flow-Technik.
- Die Festkörpertintenstrahldrucker werden für den Farbdruck verwendet. Eine bei Zimmertemperatur gelartige Farbmasse wird erhitzt und im geschmolzenen Zustand auf das Papier gespritzt, wo sie sofort wieder erkaltet. Aufgrund der Zustandsänderung des Farbstoffes (fest - flüssig - fest) werden diese Drucker auch als Phase-Change-Tintenstrahler bezeichnet. Das Druckbild ist sehr gut, allerdings sind dies Geräte im Anschaffungspreis und im Unterhalt relativ teuer. Es ist die Technik, die diese Geräte so teuer macht: Für jede Farbe ist eine getrennte Schmelzkammer vorgesehen, in der die Masse verflüssigt und im Tintenreservoir zum Drucken bereitgehalten wird. Nach dem Abschalten des Druckers erkaltet die Farbmasse. Das hat eine aufwendige Reinigung des Drucksystems und lange Wartezeiten beim Wiedereinschalten zur Folge, bis die Betriebstemperatur erreicht ist und die jeweiligen Farbstoffe im geschmolzenen Zustand verfügbar sind. Die Druckerzeugnisse sind, ganz ähnlich wie beim Thermotransferverfahren nur bedingt alltagstauglich: Sie sind empfindlich und müssen daher sehr vorsichtig behandelt werden.
- Continous-Flow-Tintenstrahldrucker verlieren immer mehr an Bedeutung, lediglich einige weniger Drucker arbeiten noch mit dieser Technologie. Dabei fliesst Tinte kontinuierlich in einem elektrostatischen Feld von einem Vorrats- in einen Auffangbehälter. Beim Drucken werden aus diesem Tintenstrom einzelne Tropen auf das Papier abgelenkt. Mit dieser Technologie wird eine sehr hohe Qualität speziell im Farbdruck erreicht, jedoch ist diese Technologie sehr teuer und in der Form der Geräte nicht kompakt genug für die normalen Druckanforderungen. Es sind Sonderlösungen für spezielle Anforderungen.
- Thermische Tindentstrahldrucker: Diese Tintenstrahltechnologie vom HP hat sich auf dem Markt als führende Technologie etabliert. Drucker nach diesem Prinzip sind schnell, haben eine hohe Druckqualität und sind preiswert in Unterhalt und Anschaffung. Mit diesen Geräten wurde ein sehr robustes System geschaffen, bei dem Druckermechanik und die hochpräzisen Druckköpfe voneinander unabhängig sind. Der gesamte Druckkopf ist in auswechselbaren Tintenpatronen untergebracht. Diese werden mit der gleichen Fertigungstechnik hergestellt, wie auch die Mikrochips produziert werden. Die mikrolithografische Herstellungstechnik erlaubt eine wirtschaftliche Serienproduktion bei konstanter Qualität. Ausgangsmaterial ist ein runder monokristalliner Siliziumwafer. Aus diesem werden die nötigen Strukturen für den Tintentransport, die Tintendüsen und natürlich auch die elektrischen Verbindungen und Bauteile herausgeätzt. Wenn eine Tintenpatrone leer ist, so erhält der Anwender mit der neuen Patrone automatisch einen neuen Druckkopf, was eine konstant hohe Druckqualität auch noch nach Jahren gewährleistet. Und das zu einem vergleichsweise niedrigen Preis. Bei diesem Druckverfahren fährt der Druckkopf auf einem Transportschlitten horizontal über das Papier, das nach dem Drucken einer Zeile verschoben wird, dann wird die nächste Zeile gedruckt. Der Druckvorgang erfolgt berührungslos. Wo immer ein Druckpunkt gesetzt werden soll, wird ein winziger Tintentropfen aus einer der Düsen im Druckkopf abgegeben. Daher wird der Vorgang auch Drop-on-Demand (Tropfen bei Bedarf) bezeichnet, im Unterschied zu der Continous-Flow-Technoologie. Dies stellt sicher, dass nur soviel Tinte verbraucht wird, wie tatsächlich zum Ausdrucken benötigt wird. Im Inneren laufen in der Zwischenzeit sehr komplex Vorgänge ab.
Die Düse, aus der die Tinte herauskommt, ist eine winzige Kammer, an deren Boden sich ein Wiederstand befindet, der bei Stromzufuhr heiss wird. Die Tinte, die dank der Kapillarkräfte aus dem Vorratsbehälter durch Kanäle zur Düsenkammer gelangt, wird dort in Sekundenbruchteilen auf gut 300oC erhitzt. Die am Kammerboden entstehende Dampfblase drückt die restliche Tinte in der Kammer durch den Düsenschacht aus der Öffnung. An der Düsenöffnung, die dünner als ein halbes menschliches Haar ist, fällt die Dampfblase in sich zusammen. Dadurch werden Kräfte frei (Schockwellen), die den Tintentropfen mit einer Geschwindigkeit von rund 100 km/h abstossen. Nachdem der Tintentropfen die Düse verlassen hat, entsteht in der Düsenkammer ein Unterdruck, der für das Nachfliessen der Tinte aus dem Vorratsbehälter sorgt. Der Prozess kann sich einige tausend Mal in der Sekunde wiederholen.
Die Tropfenbildung und der Ausstoss werden heute in aufwendigen Computersimulationen untersucht. Damit ist eine ständige Weiterentwicklung des Vorgangs möglich. Wichtig ist dies zum Beispiel im Hinblick auf die Dynamik des Prozesses, so bewegt sich ja während des Druckens der Druckkopf kontinuierlich weiter. Der Tropfen fliegt nicht entlang einer gradlinigen, sondern beschreibt eine genau berechnete, bogenförmige Bahn in Richtung Papier. Diese technischen Parameter werden bei der Steuerung des Druckers berücksichtigt und der ganze Vorgang entsprechend optimiert.
Auch der Grösse der Tintentropfen gilt das Augenmerk der Entwickler. Obwohl bereits heute in Grössenordnungen von zehnmilliardstel Litern, werden die Tropfen stetig verkleinert, was eine bessere Dosierung der Tintenmenge ermöglicht, indem man mehrere Tropfen übereinander druckt. In der Praxis ergeben sich daraus folgende Vorteile: Es können mehr Farben pro Druckpunkt dargestellt werden, die Druckqualität ist auch auf Normalpapier sehr hoch und die Druckgeschwindigkeit wird gesteigert. Mit einem gängigen Tintenstrahldrucker sind Auflösungen von 720 dpi erreichbar.

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Letzte Änderung: 17.09.2003