Verstehen der Druckkopftechnologien

In vielerlei Hinsicht ist der Druckkopf das Herzstück eines Tintenstrahldruckers. Er ist direkt dafür verantwortlich, jeden einzelnen Tintentropfen auf das Substrat zu bringen.

Tintenstrahldruckköpfe sind Wunderwerke moderner Technik, die in der Lage sind, Tausende von Tintentropfen unterschiedlicher Größe genau dort zu platzieren, wo sie benötigt werden. Es gibt verschiedene Ansätze für die Entwicklung von Druckköpfen, aber der bei weitem gängigste für den Großformat-Tintenstrahldruck ist der Drop-on-Demand-Piezodruck.

Der Druckkopf enthält im Wesentlichen eine Tintenkammer mit einem piezoelektrischen Antrieb aus einem Material wie Blei-Zirkonium-Titan (PZT). Wenn eine externe elektrische Ladung an das PZT angelegt wird, verändert es seine Form und drückt einen Tintentropfen aus der Tintenkammer und durch die Düse nach außen. Diese Konstruktion eignet sich für eine breite Palette verschiedener Tintentypen, einschließlich wässriger, lösungsmittelhaltiger und UV-härtender Tinten.

Die einzige echte Alternative ist die Thermotechnologie, die von HP für seine Latexdrucker und von Canon für seine ImagePrograf-Serie verwendet wird. Dabei wird die Tinte in der Tintenkammer erhitzt, bis sie verdampft und eine Blase entsteht, die einen Tintentropfen durch die Düse drückt.

Die Technik ist eigentlich nur für wasserbasierte Tinten geeignet, obwohl HP mit seinen Latex-Tinten, die wasserbasiert sind und sich für die Beschilderung im Freien sowie für einige Textilanwendungen eignen, den Anwendungsbereich erheblich erweitert hat.

Bisher haben wir gesehen, wie sowohl der Piezo- als auch der Thermodruckkopf genügend Druck erzeugen, um etwas Tinte durch die Düse zu drücken, aber das ist nur die Hälfte der Geschichte. Dieser Druck muss sofort wieder abgebaut werden, wodurch ein Teil der Tinte zurück in die Düse gezogen wird.

Dadurch wird die Tintenzufuhr unterbrochen und die Bildung des Tintentropfens gestoppt. Wenn die Tinte zur Düse zurückschnellt, kann sie unweigerlich auf die Düsenplatte spritzen. Die verirrte Tinte kann schließlich zu verstopften Düsen und ausgefallenen Druckköpfen führen.

Binär versus Graustufen

Die Größe der einzelnen Tintentropfen wirkt sich direkt auf die Gesamtausgabequalität aus. Im Allgemeinen erzeugen kleine Tropfen eine gute Schärfe und eine hohe Auflösung und eignen sich gut für Text, während große Tropfen große Flächen schnell abdecken können und gut für den Druck großer ebener Flächen geeignet sind. Viele Drucker, vor allem die größeren, schnelleren Flachbettdrucker, verwenden einen binären Ansatz, bei dem jeder Tropfen die gleiche Größe hat, weil dies schneller ist.

Die Alternative ist, die Größe der Tintentropfen zu variieren, eine Technik, die normalerweise als Graustufendruck bekannt ist. Diese Technik hat eine Reihe von Vorteilen. Erstens lassen sich durch das Mischen größerer und kleinerer Punkte Farbverläufe und leichte Tonwertverschiebungen, z. B. bei einer Himmelslandschaft oder bei Hauttönen, leichter bewältigen.

Es kann auch zu einem geringeren Tintenverbrauch führen, zum Teil, weil einige der Punkte recht klein sind, aber auch, weil es einfacher ist, mit vier Farben glattere Farbverläufe zu erzielen, ohne dass zusätzliche Farben benötigt werden.

Es gibt drei grundlegende Ansätze, wenn auch mit verschiedenen Variationen. Die erste besteht darin, tatsächlich unterschiedliche Tropfengrößen abzufeuern, z. B. durch Variation der elektrischen Leistung, die zur Erzeugung der Tropfen verwendet wird. Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen sehr schweren Tintentropfen abzufeuern, der sich beim Flug durch die Luft ausdehnt und in größere und kleinere Tröpfchen zerfällt.

In der Regel verwenden viele Druckköpfe eine Kombination dieser Methoden. Bei der dritten Alternative, dem so genannten Multi-Pulsing, werden schnell zwei Tintentropfen abgefeuert, die dann zu einem einzigen größeren Tropfen verschmelzen, normalerweise im Flug, bevor sie auf das Substrat treffen.

Abwurf auf Anfrage

Xaar hat gerade diesen 5601 Druckkopf auf den Markt gebracht, der für wässrige Tinten geeignet ist.

Viele Hersteller haben sich den MEMs (Micro Electro Mechanical Systems) zugewandt, weil diese Technologie eine kostengünstige Möglichkeit zur Entwicklung komplexer Teile bietet. Im Wesentlichen wird das System auf einem Silizium- oder Glassubstrat geformt. Das ist nicht die einfachste Technik und erfordert hochentwickelte Fertigungstechnologien im Mikrometerbereich.

Zu den Unternehmen, die die MEMs-Technologie einsetzen, gehört Konica Minolta, das eine Reihe von Druckköpfen wie den KM1024 anbietet, der in Großformatdruckern weit verbreitet ist. Es gibt auch eine schnellere Version, den 1024i, der für UV- und Lösemitteltinten geeignet ist.

Er verfügt über eine im Kopf integrierte Hochleistungsheizung, die die Verarbeitung von Tinten mit hoher Viskosität erleichtert. Er hat eine native Tropfengröße von 13 Picolitern, kann aber bis zu acht Graustufen erzeugen. Die Auflösung beträgt 360dpi.

Dimatix, das jetzt zu Fujifilm gehört, stellt eine Reihe von Druckköpfen her, darunter die Q-Klasse, die in einer Reihe von Großformatdruckern eingesetzt wird. Es gibt 70 Varianten mit unterschiedlichen Tropfengrößen von 10 bis 200 Picolitern in Binär- und Graustufenversionen. Die Köpfe werden in Rahmen montiert, die entweder zwei oder vier Köpfe haben, um bis zu 1024 Düsen zu ermöglichen.

Ricoh stellt auch Druckköpfe her, die für den Einsatz im digitalen Großformatdruck geeignet sind, und hat gerade einen neuen Druckkopf angekündigt, den MH5220. Dieser verfügt über vier Reihen mit 320 Düsen für insgesamt 1280 Düsen und eine Auflösung von 1200 dpi. Er kann mehrere Tropfengrößen von 2,5 bis 9 Picolitern ausstoßen, indem er die Tropfen im Flug zusammenführt.

Xaar verwendet MEMs auch für seine Druckköpfe der Serie Xaar 1003, die für die Verwendung von UV- und Lösemitteltinte geeignet sind. Diese Druckköpfe sind mit einer neuen Schutzfunktion für die Düsenplatte namens XaarGuard ausgestattet, die Schäden an den Druckköpfen verhindern soll, die immer noch eine der Hauptursachen für Druckkopfausfälle sind.

Der neueste Druckkopf von Xaar ist der Xaar 5601, der für die Verarbeitung von wässrigen Flüssigkeiten wie Sublimationstinten in Großformat-Textildruckern entwickelt wurde. Die 5601-Serie hat 1200 Düsen pro Zoll mit einer nativen Tropfengröße von nur 3 Picolitern. Dies kann jedoch mit acht Graustufen kombiniert werden, um eine scheinbare Auflösung von etwa 2440 dpi zu erreichen.

Beide Serien verwenden die TF-Technologie von Xaar, was für Through Flow steht. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass die Tinte durch den Druckkopf an der Rückseite jeder Düse vorbeigeführt wird, um die Möglichkeit zu verringern, dass Luft und Schmutz in der Tinte die Düsen verstopfen.

Epson hat seinen PrecisionCore-Druckkopf entwickelt, der auf seiner Dünnfilm-Piezotechnologie basiert, die in allen seinen Großformatdruckern zu finden ist. Das Grundprinzip: Je dünner der Piezo-Film ist, desto mehr kann er sich biegen, was wiederum eine präzisere Kontrolle über die Art und Weise ermöglicht, wie er die Tinte durch die Düse drückt. Wie die meisten modernen Druckköpfe basieren auch die PrecisionCore-Köpfe auf der MEMs-Technologie.

Drucker-Integration

Epson hat seinen eigenen PrecisionCore-Druckkopf entwickelt, der auf seiner MicroTFP-Technologie basiert.

Es stimmt zwar, dass es nur wenige Unternehmen gibt, die Druckköpfe herstellen, und dass viele Drucker in einer bestimmten Klasse dieselben Köpfe verwenden, aber dennoch kann es erhebliche Unterschiede zwischen den Druckern und ihrer Leistung geben. Die meisten Hersteller von Druckköpfen bieten verschiedene Varianten ihrer Köpfe an, die an die Anforderungen der Druckerentwickler angepasst werden können.

Darüber hinaus arbeiten die Tintenentwickler mit den Druckkopfherstellern zusammen, um sowohl die Art und Weise, wie die Köpfe implementiert sind, als auch die Formulierung der Tinten zu testen und abzustimmen, um die beste Leistung zu erzielen. Das bedeutet, dass getestet wird, wie sich die Tinte auf die Köpfe auswirkt. So wird beispielsweise sichergestellt, dass die Tinte nicht mit der Beschichtung der Düsenplatte oder dem Klebstoff, der die verschiedenen Teile des Kopfes miteinander verbindet, reagiert.

Bei diesen Tests wird auch die optimale Viskosität der Tinte ermittelt, die sich direkt darauf auswirkt, wie die Tintentropfen geformt werden. Das kann bedeuten, dass die Tinten erhitzt werden müssen und dass der Kopf diese Temperatur verkraften muss.

In den meisten Fällen entwickelt der Druckkopfhersteller auch die Antriebselektronik und die Wellenformen, die erforderlich sind, um die Tinte durch die Köpfe zu schießen. Viele Druckerhersteller ziehen es jedoch vor, ihre eigenen Wellenformen zu entwickeln, da sich dies direkt auf die Art und Weise auswirkt, wie die Tintentropfen geformt werden, und auf die Gesamtleistung der Tinte mit den Köpfen.

Wartung

Abschließend sollten Sie noch auf die Bedeutung einer guten Wartung hinweisen. Die Hauptursache für Ausfälle von Druckköpfen sind verstopfte Düsen, die durch regelmäßiges Reinigen der Köpfe weitgehend vermieden werden können.

Ein paar Minuten, die Sie zu Beginn und am Ende jeder Schicht mit dem Abwischen der Düsen verbringen, sollten sicherstellen, dass die Druckköpfe mehrere Jahre halten, was die Ausfallzeiten des Druckers minimiert und Geld spart. In jedem Fall sollten Sie sicherstellen, dass die Druckergarantie den Austausch von mindestens einem Druckkopf pro Jahr umfasst.