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14.03.2007

Technische Hintergründe

Tintenstrahldrucker: Thermischer vs. Piezo-Druck

Drucker

Seit 1984 wird privat und im Büro schon mit Tintenstrahldruckern gedruckt. Auch wenn die Qualität der Ergebnisse über die Jahre deutlich besser geworden ist, hat sich an der Technik wenig geändert. Dabei haben sich zwei Druckverfahren durchgesetzt: der thermische Tintendruck und die mechanische Alternative durch Piezodruckköpfe. Netzwelt stellt beide Verfahren vor und zeigt die Vor- und Nachteile auf.

Der thermische Druck

Angefangen hat alles 1984 mit dem 'Thinkjet 1984' von HP. In dem Druckkopf des thermischen Druckers sorgten zwölf kleine Löcher für den Druck. Aus diesen Düsen wurden kleine Tintentropfen in schneller Folge auf das Papier geschossen, ein Tropfen maß damals rund 180 Picoliter. Heute sorgen rund 400 Düsen für einen laserfeinen Druck. Die Menge der ausgegebenen Tinte beträgt bei modernen Druckern gerade einmal fünf Picoliter.

Für den Ausstoß der Tinte auf das Papier sorgt Hitze. Jeder Düsenkanal ist mit einem Heizelement ausgestattet. Wird eine Spannung an das Heizelement gelegt, erhöht sich die Temperatur auf rund 300 Grad Celsius. Der Tintentropfen in der Düse verdampft schlagartig und wird mit Hochdruck auf das Papier geschleudert, dabei erreicht der Tropfen eine Geschwindigkeit von rund 15 Metern pro Sekunde. Nach dem "Schuss" kühlt das Heizelement ab, die Luft im Kanal wird komprimiert, wodurch sich ein Vakuum im Kanal bildet und der nächste Tropfen angesaugt wird.

Ein Durchgang vom Anlegen der Spannung an das Heizelement bis zum Ansaugen der neuen Tinte dauert gerade einmal 80 Mikrosekunden. Diese Dauer bestimmt die so genannte Feuerfrequenz eines Druckkopfes. Ein moderner Tintenstrahldrucker ist theoretisch in der Lage, mehr als fünf Millionen einzelne Tröpfchen in nur einer Sekunde abzufeuern.

Der Piezodruck

Der erste Tintendrucker mit Piezoelementen wurde schon 1977 von Siemens entwickelt. 1984 stellte Epson seinen Piezo-Tintendrucker in Konkurrenz zu HPs thermischen Tintendrucker vor. Bis heute setzt fast nur Epson auf Piezo-Elemente in Druckern. Die Druckköpfe für Piezo-Elemente sind elektromechanisch aufgebaut und wesentlich aufwändiger in der Fertigung. Ein Vorteil ist die Haltbarkeit, denn die Druckköpfe der Epson-Stylus-Serie werden nicht mit den Patronen ausgetauscht und halten ein Druckerleben lang.

Im Gegensatz zum thermischen Druck funktioniert der Druck mit Piezo-Druckern rein mechanisch. Ablagerungen, die durch die Verdampfungen bei thermischen Druckern entstehen, können so vermieden werden. Dem Namen nach werden Piezokristalle für den Druck verwendet, die sich beim Anlegen einer Spannung verformen. Mit dieser Verformung wird ebenfalls ein Druck erzeugt, der die Tinte aus den Düsen spritzt.

Moderne Piezo-Drucker verwenden Piezoscheiben statt der Kristalle in Röhrchenform, wie sie bei den Druckern der ersten Generation verwendet wurden. Wird Spannung angelegt, drücken diese Scheiben dann gegen eine Membran, die Druck im Düsenkanal erzeugt, durch den die Tinte dann auf das Papier geschleudert wird. Der Verformungsvorgang dauert bei Piezo-Druckern nur etwa fünf Mikrosekunden. Damit erreichen Piezo-Drucker eine wesentlich höhere Arbeitsgeschwindigkeit im Gegensatz zu thermischen Tintenstrahldruckern.

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