Wissenschaft im Alltag: Tintenstrahldrucker - die Mikrodampfmaschinen
Viele reden von der Mikrosystemtechnik, die Hersteller von Tintenstrahldruckern beherrschen sie schon lange. Denn ihre Produkte sind zumindest teilweise mikromechanische Systeme. Zur Makrowelt gehört der Schrittmotor, der mittels Antriebsriemen den Druckkopf über das zu bedruckende Blatt Papier zieht. Zur Welt der Großen zählt auch das Flachbandkabel, das Steuersignale von der Elektronik an den Druckkopf liefert. Der aber arbeitet in mikroskopischen Dimensionen, um winzige Tintentröpfchen mit hoher Präzision auf das Papier zu bringen.
Piezoelektische Tintenstrahldrucker etwa von Epson besitzen einen Druckkopf, der fester Bestandteil des Geräts ist. Ausgetauscht werden nur die Tintenkartuschen, die als Tank für den Tintenvorrat dienen. Seinen Namen verdankt dieser Typus dem Piezo-Effekt: Spezielle Kristalle im Druckkopf ändern ihre Ausmaße, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Auf diese Weise erzeugen sie den notwendigen Hochdruck, um die Tintentropfen aus den Düsen herauszuschießen. Die konkurrierende Technik der Thermo-Tintenstrahldrucker – Hersteller sind zum Beispiel Canon und Hewlett-Packard – integriert Einmal-Druckköpfe in die Kartusche. Die Tinte wird über einen elektrischen Widerstand in Sekundenbruchteilen hocherhitzt, sodass sich eine mikroskopisch kleine Dampfblase bildet, die wiederum vier billionstel Liter Tinte durch eine Düse auf das Papier schleudert.
Unabhängig vom Typ enthält ein Druckkopf auf der Fläche von etwas mehr als einem Quadratzentimeter je nach Modell zwischen 360 und 1200 Tintendüsen. Jede davon wird über einen eigenen Kanal befüllt und durch einen individuellen Piezo-Kristall oder Thermo-Widerstand mehrere hundertmal pro Sekunde abgefeuert. Die Düsen können Tintentröpfchen mit einer Genauigkeit von zehntausendstel Millimetern zu Papier bringen. Der resultierende Punkt durchmisst gerade mal ein Viertel bis ein Zehntel der Dicke eines menschlichen Haares. Auf Spezialpapier lässt sich eine Auflösung bis 4800 mal 1200 dpi (dots per inch, also Punkte pro Zoll) erreichen, das entspricht umgerechnet 1890 mal 472 Punkten pro Zentimeter. Laut Frank L. Cloutier, zuständiger Entwicklungschef von Hewlett-Packard, wäre eine noch höhere Druckauflösung für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar.
Die weitere Entwicklung konzentriert sich deshalb im Wesentlichen auf die Tinten. Sie sollen schneller auf dem Papier trocknen, aber dennoch nicht die Düsen verstopfen und zudem farbecht sein. Das Ziel sind lichtbeständige Drucke, die von einem Fotoabzug kaum zu unterscheiden sind.
Wussten Sie schon?
- Tintenstrahldrucker arbeiten mit denselben additiven Grundfarben, die auch zum farbigen Druck von Zeitungen und Zeitschriften eingesetzt werden: Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz. So überrascht es nicht, dass diese Technik mittlerweile im Großformat zum Einsatz kommt. So genannte Large Format Printer (rechts) konkurrieren mit klassischem Siebdruck zum Beispiel bei der Produktion von Postern, Plakaten und Präsentationsmaterial. Der Markt wächst nach einer Schätzung von Kodak pro Jahr um fünfzig Prozent.
- Für Piezo-Drucker können Billiganbieter leicht günstigere Kartuschen herstellen. In Thermo-Kartuschen jedoch ist ein patentgeschützter Steuerchip integriert, und sie müssen gebrauchte recyceln. Die Originalhersteller begegnen dem durch den Einbau einer Zählfunktion in den Chip. Denn Tintenstrahldrucker werden heute so preiswert verkauft, dass das Grundgerät die Kosten der Hersteller nicht mehr deckt. Den eigentlichen Gewinn erzielen sie mit Verbrauchsmaterial.
- Wenn ein Tintentropfen auf der Oberfläche eines Papiers ohne spezielle Beschichtung auftrifft, wird er von dessen Fasern aufgesogen. Der Punkt franst deshalb unregelmäßig aus. Ausgewiesenes Tintenstrahl-Papier trägt deshalb einen speziellen Wachsfilm, der exakt gedruckte Punkte ermöglich. Da sie auch auf kleiner Fläche konzentriert bleiben, erhöht dieses Prinzip letztlich auch die Auflösung. Nur so ist die heute gewünschte »Fotoqualität« möglich.
Aus: Spektrum der Wissenschaft 3 / 2003, Seite 68
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
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