Der Tintenstrahldrucker: Aufbau (Bestandteile), Funktionsweise sowie Vor- und Nachteile!

Tintenstrahldrucker sind, neben Laserdruckern, der am weitesten verbreitete Druckertyp. Während früher eine klare Trennung in “Drucker für Zuhause: Tintenstrahldrucker” und “Bürodrucker: Laserdrucker” gezogen werden konnte, verschwimmen die Grenzen immer mehr. Es gibt erschwingliche Laserdrucker, welche sich für den Privatanwender eignen. Und leistungsfähige Tintenstrahldrucker, welche den Belastungen des Büroalltags standhalten. In diesem Beitrag geht es aber nicht um den

Vergleich zwischen Laserdrucker und Tintenstrahldrucker

sondern alleine um den Aufbau und die Funktionsweise von Tintenstrahldruckern.

Inhaltsverzeichnis

1. Wie funktioniert ein Tintenstrahldrucker?
   1. Was ist ein Bubblejet-Tintendrucker (Thermischer Tintenstrahldrucker)?
   2. Was ist ein Piezo-Tintendrucker?
   3. Was ist ein Continuous-Inkjet-Drucker (CIJ)?
2. Aufbau eines Tintenstrahldruckers
3. Vorteile und Nachteile von Tintenstrahldruckern

1. Wie funktioniert ein Tintenstrahldrucker?  (nach oben)

Die Funktionsweise eines Tintenstrahldruckers ist einfach erklärt die folgende: Das Drucker- bzw. Fotopapier (oder was Sie eben bedrucken möchten) wird durch einen präzisen Schrittmotor durch den Drucker geschoben. Dabei fährt der Druckkopf über das Druckmedium und beschießt es mit einer Vielzahl winziger Tintentröpfchen (Tintendrucker / Drop-on-Demand-Drucker) oder einem durchgehenden Tintenstrahl (Tintenstrahldrucker / Continuous-Inkjet-Drucker). Bei den Drop-on-Demand-Druckern unterscheidet man wiederum zwischen dem Bubble-Jet- und dem Piezo-Verfahren (zu diesen erfahren Sie später im Beitrag noch mehr).

Tintenstrahldrucker sind also einerseits Matrixdrucker, weil sie das Druckbild durch das Setzen von einzelnen kleinen Bildpunkten erzeugen. Andererseits gehören Sie zu den Non-Impact-Druckern, weil die Druckertinte auf das Papier aufgetragen (und nicht z. B. eingebrannt, wie bei einem Laserdruckern) wird.

Die Qualität des Druckbildes hängt von der Anzahl an aufgebrachten Tintentröpfchen pro Flächeneinheit ab und wird in dpi (dots per inch / Punkte pro Inch = 2,54 cm) angegeben. Umso mehr Düsen der Druckkopf eines Tintendruckers also besitzt und umso besser diese von der Elektronik gesteuert werden können, umso feiner / schöner der Ausdruck. Und umso teurer natürlich der Drucker. Einfache Geräte besitzen z. B. zwischen 300 und 400 dpi, hochwertige 1200 und mehr - und damit hervorragende Fotoqualität.

Drucker erzeugen allerdings ein zweidimensionales Bild, sprich sie können sowohl horizontal (von links nach rechts / waagrecht) als auch vertikal (von oben nach unten / senkrecht) drucken. Deshalb wird die Auflösung eines Tintenstrahldruckers immer mit zwei Werten angeben: Horizontal x Vertikal. 

Die vertikale Auflösung ist gewöhnlich merklich geringer, da sie nicht nur von der Anordnung der Tintendüsen, sondern ebenso von der Präzision des Papiereinzugs bzw. -vorschubs abhängt. Ist nur ein Wert angegeben, kann das entweder daran liegen, dass horizontale und vertikale Auflösung identisch sind. Oder der Druckerhersteller gibt den schlechteren Wert aus werbetechnischen Gründen nicht an.

Wichtig ist hier anzumerken, dass diese Werte unter Laborbedingungen und mit speziell beschichtetem Druckerpapier gemessen werden. In Ihrem Zuhause oder Büro werden Sie die Maximalauflösung Ihres Tintendruckers dementsprechend nie erreichen. 

Prinzipiell müssen sich die einzelnen Farbpunkte jedoch sogar überlappen, um ein homogenes Druckbild zu erzeugen und keine Zwischenräume freizulassen. Wichtig ist die maximale Auflösung hingegen für die Feinheit des Druckbildes, gibt sie doch Aufschluss über die Feinmaschigkeit des Druckrasters. Und umso feiner dieses ist, umso besser lassen sich Übergänge und Konturen darstellen.

Um hochwertige Ausdrucke anzufertigen benötigt ein Tintenstrahldrucker nicht nur eine hohe Auflösung, sondern ebenso hochwertige Druckertinte.

Eine weitere wichtige Kennzahl ist die Größe der aufgebrachten Tröpfchen in Picoliter (pl / billionstel Liter). Kleine Tropfen (mit einigen wenigen pl) erlauben feinste Farbabstufungen und einen hohen Detailgrad, wie z. B. für den Fotodruck auf Spezialpapier notwendig. Für den Druck von größeren einfarbigen Flächen sind jedoch größere Tropfen von Vorteil, um die Druckgeschwindigkeit nicht zu sehr zu verlangsamen.

Es gibt sowohl Schwarz-Weiß- als auch Farb-Tintenstrahldrucker. Zweitere besitzen getrennte Druckerpatronen für die schwarze, cyan-, magenta- und gelbfarbene Tinte. Durch Mischung dieser drei Grundfarben werden alle weiteren Farben hergestellt. 

Sie werden dabei natürlich nicht im klassischen Sinn von mischen zusammengerührt, sondern es werden verschieden große und verschiedenfarbige Tintentropfen in einem Raster auf das Druckmedium aufgetragen. Dadurch ergibt sich ein Effekt der optischen Farbmischung, bei welchem der Betrachter nicht die einzelnen Tröpfchen und deren Farben, sondern nur die durch die Mischung entstehende Farbe sieht.

Die in Tintendruckern eingesetzten Tinten lassen sich in nicht-pigmentierte und pigmentierte (Pigmenttinte) unterscheiden. Der Unterschied liegt hier einerseits in der Art der verwendeten Farbstoffe und daraus resultierend andererseits in der Qualität der Ausdrucke.

In nicht-pigmentierter Druckertinte kommen chemische Farbstoffe zum Einsatz, welche nicht besonders stabil und vor allem UV-empfindlich sind. Die mit solchen Farben angefertigten Drucke sind demzufolge nicht allzu langlebig. In Pigmenttinten liegt der Farbstoff als echtes Pigment vor, wodurch sie stabiler, lichtechter und schwerer zu lösen sind 

Wie Druckertinte entfernen?

Wie bereits erwähnt werden drei grundsätzliche Typen von Tintendruckern unterschieden: Bubble-Jet, Piezo-Tintendrucker (beides Drop-On-Demand-Drucker) und die eigentlichen Tintenstrahldrucker (Continuous-Inkjet-Drucker), welche ebenfalls nach dem Piezo-Prinzip funktionieren. Im Folgenden wollen wir uns kurz die Funktionsweise von den drei Druckertypen im Detail ansehen.

1a) Was ist ein Bubblejet-Tintendrucker (Thermischer Tintenstrahldrucker)?  (nach oben)

Diese kommt vor allem bei Druckern der Hersteller HP, Canon und Lexmark zur Anwendung. Bei diesen besitzt der Druckkopf bis zu 400 Düsen für jede der 4 Farben inklusive Schwarz. Jede dieser Druckdüsen ist dabei wiederum mit einem Heizelement ausgestattet, welches sich im Betrieb durch das Anlegen einer Spannung auf rund 300 Grad Celsius aufheizt.

Dadurch entsteht eine Dampfblase inklusive Überdruck im Inneren der Düse und ein Tintentropfen wird auf das Druckmedium geschleudert. Der Düsenkanal kühlt in weiterer Folge ab und es entsteht ein Unterdruck, welcher Tinte aus der Tintenkammer nachsaugt. Die Druckgeschwindigkeit / Seitenleistung pro Minute eines thermischen Tintendruckers hängt von der Schussfrequenz und der Anzahl an Düsen ab.

Moderne Geräte erreichen dabei Frequenzen von bis zu 18 KHz mit Tröpchenzahlen von bis zu 7,3 Millionen pro Sekunde mit den drei Farben Cyan, Gelb und Magenta. Hochwertige Modelle besitzen zudem zwei Heizelemente pro Druckerdüse, umTropfen unterschiedlicher Größe erzeugen zu können.

Durch diese hohe Belastung verschleißen die Druckköpfe von thermischen Tintenstrahldruckern mit der Zeit und müssen erneuert werden. Bei Patronen mit integriertem Druckkopf wird dieser bei jedem Wechsel der Druckerpatrone mit ausgetauscht. Solche Druckkopfpatronen liefern somit mitunter die besten Druckergebnisse, sind aber auch am teuersten. Diese Technologie ist vor allem bei HP-Tintenpatronen zu finden.

Sind Druckkopf und Tintentank voneinander getrennt, muss ersterer entweder nach einer gewissen Zeit / Anzahl an Ausdrucken getauscht werden oder verbleibt die gesamte Lebensdauer des Druckers im Gerät. Im ersten Fall spricht man von semi-permanenten Druckköpfen, imzweiten von permanenten Druckköpfen. 

1b) Was ist ein Piezo-Tintendrucker?  (nach oben)

Neben dem thermischen Druckverfahren ist das zweite bei Tintenstrahldruckern hauptsächlich zum Einsatz kommende Verfahren die Piezo-Technik. Als Wegbereiter von dieser gilt Epson.

Das Piezo-Druckverfahren ist rein mechanisch: An das Piezoelement (entweder ein Kristal oder piezoelektrische Keramiken, also polykristalline Materialien) wird eine positive Spannung angelegt, wodurch es sich verformt (nach innen wölbt) und Druck auf eine Membran ausübt. Durch diese Volumenverkleinerung wird wiederum Druck auf den Tintenkanal ausgeübt und ein Tintentropfen aus der Druckerdüse auf das Druckmedium geschleudert.

Wird die Spannung wieder abgenommen und eine negative angelegt, wölbt sich das Piezoelement nach außen und es entsteht ein Unterdruck, welcher Tinte aus dem Haupttank der Patrone nachzieht. Die Größe der ausgeschleuderten Tröpchen kann durch das Anlegen verschieden starker Spannung gesteuert werden: Umso stärker die positive Spannung, umso stärker die Wölbung nach innen und umso größer der Tintentropfen.

Die Piezo-Drucktechnik ermöglicht nicht nur eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit (Seitenleistung / Minute) von 20 bis 30 KHz im Vergleich zur Bubblejet-Technik, sondern ebenso eine längere Lebensdauer der entsprechenden Druckköpfe. Dadurch handelt es sich bei diesem in der Regel um Permamentdruckköpfe, welche nicht gewechselt werden. 

Beim Patronenwechsel wird somit nur der Tintentank getauscht, was Epson-Druckerpatronen vergleichsweise günstig macht. Die Qualität der Ausdrucke (Druckauflösung) kann jedoch im Laufe der Zeit abnehmen und Epson-Tintendrucker sind in der Anschaffung teurer.

1c) Was ist ein Continuous-Inkjet-Drucker (CIJ)?  (nach oben)

Wie bereits erwähnt basiert dieser Druckertyp ebenfalls auf der Piezo-Technik. Der Unterschied zum Drop-On-Demand-Verfahren der Piezo-Tintendrucker ist, dass hier ein quasi kontinuierlicher Tintenstrahl das Druckbild auf das Druckmedium bringt. Allerdings mit einer deutlich höheren Frequenz von bis zu 100.000 Tintentropfen pro Sekunde.

Der Tintenstrahl wird dabei mit sehr hohem Druck durch eine mikrometerfeine Düse gepresst, welche im hinteren Bereich pyramiden- oder kegelförmig ist, um den Austrittsdruck der Tinte zu maximieren. In Continuous-Inkjet-Druckern kommt deshalb Spezialtinte zum Einsatz, welche elektrisch leitfähig ist und mit Lösungsmitteln verflüssigt wird, damit trotz der hohen Druckgeschwindigkeit ein sauberes Druckbild entsteht.

Nach dem Austreten aus der Düse passiert der Tintenstrahl eine Ladeelektrode, in welcher er sich zu Tropfen aufteilt, welche mit 10 bis 255 Volt negativ aufgeladen werden. Die Tropfen fliegen in weiterer Folge an einem Phasen- und einem TOF-Sensor vorbei, welche deren Ladefähigkeit und Viskosität messen, um danach in einem elektrostatischen Feld durch zwei Ablenkplatten (mit 4.000 Volt) umgelenkt zu werden.

Hierbei gilt: Umso stärker die Aufladung eines Tintentröpfchens, umso stärker ebenso seine Ablenkung. Die stärker aufgeladenen Tropfen (um die 30 %) werden auf diese Art und Weise mit bis zu 80 km/h auf die zu bedruckende Oberfläche geschleudert. 

Tropfen, welche lediglich 10 Volt Aufladung besitzen, werden nicht ausreichend abgelenkt, um aus dem Druckkopf herausgeschossen zu werden. Diese fliegen geradeaus weiter in den sogenannten Gutter in der Spitze des Druckkopfs, von wo aus die Reise zurück zum Anfang (in die Kammer mit der Tinte im Drucker) geht. Von diesem “kontinuierlichen” Kreislauf rührt auch der Name “Continuous-Inkjet-Drucker” her.

2. Aufbau eines Tintenstrahldruckers:  (nach oben)

Die wichtigsten Bestandteile eines Tintenstrahldrucker sind:

3. Vorteile und Nachteile von Tintenstrahldruckern:  (nach oben)

Zum Abschluss finden Sie hier noch eine Übersicht über die Vor- und Nachteile von Tintenstrahldruckern:

Vorteile von Tintenstrahldruckern:

• Druckt auf CDs / DVDs, Spezialpapier.
• Fotodrucke haben hervorragende Qualität.
• Es gibt spezielle Tintenstrahldrucker, mit speziellen Fotofarben.
• Keine Aufwärmphase notwendig.
• Keine Hitzeabgabe.
• Im Betrieb (und vor allem auch Stand-By) leiser.
• Günstigere Anschaffungskosten.
• Geringerer Stromverbrauch.
• Keine Feinstaubbelastung.
• Eher für Wenigdrucker geeignet (unter 200 Seiten pro Monat)
  
  

Zum Abschluss finden Sie in diesem letzten Kapitels unseres Beitrags zum Thema “Aufbau und Funktion eines Tintenstrahldruckers” noch einmal kurz und übersichtlich die Vorteile und Nachteile von einem solchen gegenübergestellt.

Nachteile von Tintenstrahldruckern:

• Kürzere Lebensdauer.
• Benötigt hochwertiges (und teures) Druckerpapier.
• Druckpatronen sind sehr teuer.
• Tintenpatronen / Druckkopf trocknen nach längerer Zeit ohne Benutzung ein.
• Spülen mit teurer Druckertinte erhöht die Druckkosten noch zusätzlich. 
• Niedrigere Druckgeschwindigkeit.
• Ausdrucke aufgrund von schlechter UV-Beständigkeit und fehlender Feuchtigkeitsresistenz nicht so lange haltbar, falls nicht besonders hochwertiger Spezialtinte angefertigt.

Damit wären wir am Ende unseres Beitrags “Aufbau und Funktion von Tintenstrahldruckern” angelangt. Falls Sie noch Fragen haben sollten, dann hinterlassen Sie uns diese gerne in den Kommentaren. Oder nehmen Sie direkt Kontakt mit uns auf.

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