Der Druckkopf ist das Herzstück eines jeden Tintenstrahldruckers, doch die meisten Drucker machen sich nur Gedanken darüber, wenn er nicht wie erwartet funktioniert. Sonja Angerer beantwortet die 10 wichtigsten Fragen von Anfängern und Profis zu Tintenstrahldruckköpfen und wie Sie den richtigen Druckkopf für Ihr Unternehmen und Ihre Bedürfnisse finden.

1. Wie lange gibt es schon Tintenstrahldruckköpfe?

Die ersten funktionsfähigen Digitaldrucker mit Tintenstrahlköpfen wurden in den frühen 1970er Jahren von IBM auf den Markt gebracht. Sie waren jedoch nur für den industriellen Einsatz gedacht. Mitte der 1980er Jahre brachten HP und Epson Tintenstrahldrucker für den täglichen Gebrauch im Büro auf den Markt. Zunächst waren die Drucker noch schwarz-weiß, aber gegen Ende der 1980er Jahre wurden die ersten Farbdrucker eingeführt, die Papier bis zum Format A3 verarbeiten konnten. Ende der 1990er Jahre, als der digitale Großformatdruck eingeführt wurde, wurden die Tintenstrahldruckköpfe leistungsfähiger und viele mussten in einen Drucker eingebaut werden, um den Mehrfarbendruck zu ermöglichen.

2. Wo werden CIJ-Druckköpfe eingesetzt?

Die ersten Tintenstrahldrucker verwendeten das Continuous Ink Jet (CIJ)-Verfahren, auch bekannt als Continuous Flow oder Continuous Drop. Die Düsen erzeugen einen kontinuierlichen Strom von Tintentröpfchen, die durch ein elektrisches Feld geleitet werden, das die Tröpfchen je nach Bedarf ablenkt oder abfängt. Die Tröpfchen, die für den Druck nicht benötigt werden, werden in einen Auffangbehälter umgeleitet und schließlich wiederverwendet.

Beim CIJ-Druck wird eine hohe Geschwindigkeit mit sehr feinen, gleichmäßigen Tröpfchen verwendet, aber der Tintenverbrauch ist in der Regel höher als beim DoD-Tintenstrahldruck. Sie werden daher für den schnellen Druck von Adressen oder einfachen Etiketten sowie für einige industrielle Anwendungen verwendet.

3. Was ist DoD Inkjet?

Bei DoD-Tintenstrahldruckköpfen (Drop-on-Demand) wird jedes Tröpfchen, das aus der Düse kommt, auch auf dem Substrat platziert. Beim thermischen Inkjet und Bubble Jet wird der Tropfen durch Erhitzen der Tinte in der Düse erzeugt. Bei Piezo-Tintenstrahlköpfen geschieht dies durch einen Kristall, der durch Strom aktiviert wird. In der grafischen Industrie und bei Bürodruckern ist der DoD-Tintenstrahl am weitesten verbreitet.

4. Wie funktionieren Piezo-Tintenstrahldruckköpfe?

Piezo-Tintenstrahldruckköpfe verwenden piezoelektrische Kristalle, die sich biegen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Dadurch wird die Tintenkammer verkleinert und ein Tropfen aus der Düse gedrückt. Diese Technik wurde von Epson in den späten 1980er Jahren entwickelt und ermöglicht eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Druckköpfe. Piezo-Tintenstrahldruckköpfe können ebenfalls unterschiedliche Tropfengrößen erzeugen. Sie werden u.a. von Epson, Fujifilm, Konica Minolta, Kyocera, Toshiba und Xaar hergestellt.

Viele verschiedene Tintenformulierungen können in Piezoköpfen verwendet werden. Das liegt daran, dass die Tinte nicht gekocht werden muss. Daher sind auch wärmeempfindliche und leicht flüchtige Komponenten geeignet, die beim thermischen Inkjet problematisch sind.

Bildnachweis: S. Angerer

5. Was sind die Merkmale von thermischen Tintenstrahlköpfen?

Thermo-Tintenstrahldruckköpfe verwenden eine kleine Heizung, die die Tinte in der Düsenkammer verdampft. Dadurch entsteht eine Blase, die den Tropfen aus der Düse ausstößt. Das Grundprinzip wurde in den späten 1970er Jahren fast gleichzeitig von HP und Canon patentiert. Die technischen Details zwischen dem Canon Bubble Jet(Video) und den HP Thermo Inkjet Druckköpfen sind jedoch unterschiedlich.

Thermische Tintenstrahldruckköpfe sind im Allgemeinen preiswerter und einfacher herzustellen als Piezo-Tintenstrahldruckköpfe. Allerdings haben sie eine kürzere Lebensdauer und können in der Regel nur eine Tröpfchengröße produzieren. Die Pagewide-Technologie von HP(Video) ist ebenfalls eine Variante des thermischen Tintenstrahlverfahrens.

6. Was ist ein Graustufen-/Graustufen-Tintenstrahldruckkopf?

Graustufen-Druckköpfe werden auch „variable Punkte“ genannt, weil sie feine Abstufungen und präzise Details ohne zusätzliche Kopfdurchläufe ermöglichen. Zu diesem Zweck geben sie Tintentröpfchen mit unterschiedlichem Volumen ab. Je nach Modell reicht das Volumen von einigen Pikolitern bis zu über 50 pl.

Unterschiedliche Tröpfchengrößen ermöglichen eine bessere Bildqualität für das menschliche Auge bei gleicher physikalischer Düsendichte. Zum Beispiel erscheinen scharfe Kanten oder Buchstaben durch die Einstellung kleinerer Tropfen glatter und gefälliger. Die Genauigkeit der Positionierung und die Gleichmäßigkeit der Tröpfchen, ihre minimale und maximale Größe, die Anzahl der Drucktinten und der Betrachtungsabstand tragen ebenfalls zur wahrgenommenen Bildqualität bei. Graustufen-Druckköpfe sind in der Regel mit Piezo-Technologie ausgestattet.

7. Was macht ein „binärer“ Tintenstrahldruckkopf?

Binäre Tintenstrahldruckköpfe bieten nur 2 Optionen: Tröpfchen oder keine Tröpfchen. Das bedeutet, dass jeder Tropfen die gleiche Größe hat. Je kleiner der Tropfen, desto langsamer (aber genauer) ist der Drucker. Das liegt daran, dass bei sehr kleinen Tröpfchen mehr Kopfdurchläufe pro Motiv erforderlich sind. Binäre Köpfe werden häufig für den industriellen Tintenstrahldruck verwendet, da sie schnell größere Mengen an Flüssigkeit wie Lack oder Grundierung auftragen können.

8. Was sind die Vorteile von MEMS-Druckköpfen?

MEMS steht für mikro-elektromechanisches System, d.h. jedes System, dessen Komponenten Abmessungen von 1 Mikrometer haben.

Wenn es um Tintenstrahldruckköpfe geht, wird der Begriff MEMS verwendet, um ein Herstellungsverfahren wie bei siliziumbasierten Computerchips zu bezeichnen. Aus diesem Grund werden sie auch Si-MEMS oder Thin Layer / Thin Film Inkjet genannt. Die ersten Si-MEMS-Druckköpfe waren für Bürodrucker und Heimgeräte mit Thermo- oder Bubble-Jet-Technologie bestimmt.

Heute gibt es auch Piezoköpfe aus Siliziumwafern, wie die Epson PrecisionCore-Köpfe(Video).

9. Was ist der Unterschied zwischen Single-Pass- und Multi-Pass-Köpfen?

Ob ein Drucker als Single-Pass- oder Multi-Pass-Gerät bezeichnet wird, hängt vom gesamten Druckprozess ab, nicht nur von den Tintenstrahlköpfen. Beim Multi-Pass-Verfahren bewegt sich das Druckwerk mehrmals über einen Punkt auf dem Substrat. Infolgedessen können weniger produktive Tintenstrahldruckköpfe verwendet werden. Beim Single-Pass-Druck, bei dem das Substrat senkrecht unter dem Druckstrahl durchläuft, passiert der Druckstrahl jeden Punkt des Substrats nur einmal.

Beim Single-Pass-Druck werden hauptsächlich wasserbasierte Tinten für Papiere und Wellpappe sowie für den Direktdruck auf Textilien verwendet. Die EFI Single-Pass-Drucker der Nozomi-Serie(Video) arbeiten jedoch mit UV-härtenden Tinten. Der Multi-Pass-Druck ist für wasserbasierte, lösungsmittelbasierte, Latex- oder UV-härtende Tinten geeignet.

10. Haben Laserdrucker Druckköpfe?

Laser- oder Tonerdrucker haben keine Druckköpfe. Ein Laserstrahl wird auf eine statisch aufgeladene Walze gelenkt und entfernt so die Ladung an Stellen, an denen kein Toner aufgetragen werden soll. Die so vorbereitete Druckwalze überträgt die Partikel auf das Substrat und fixiert sie durch Hitze(Video).

Finden Sie den richtigen Druckkopf

Während Druckköpfe einzeln gekauft werden können, ist es bei Druckern die Verbindung zwischen dem Tintenstrahldruckkopf, der Steuerung, der Mechanik und der Software, die den Unterschied ausmacht. Deshalb werden Digitaldruckmaschinen mit vordefinierten Druckköpfen ausgeliefert. Die Konfiguration ist nicht änderbar. Daher können nur Tinten verwendet werden, die für den im Gerät installierten Druckkopf zugelassen sind.

Piezodruckköpfe sind in der Regel teurer und halten länger als Thermodruckköpfe. Bei einigen Druckern werden die Thermodruckköpfe zusammen mit dem Tintentank ausgetauscht. Generell gilt: Je mehr Druckköpfe installiert sind, desto höher sind die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership – TCO).

Die Kosten für den tatsächlichen Austausch eines Tintenstrahldruckkopfes hängen jedoch von vielen anderen Faktoren ab: Kann der Tintenstrahldruckkopf von Mitarbeitern vor Ort installiert und ausgerichtet werden? Muss ein Techniker des Herstellers hinzugezogen werden? Können Druckköpfe regeneriert und möglicherweise wiederverwendet werden? Handelt es sich um ein Druckkopfmodell, das auf dem Markt sehr verbreitet ist und daher auch aus vielen Quellen bezogen werden kann?

Drucker sollten sich daher weiterhin bei den Herstellern oder im Fachhandel beraten lassen.