Alles, was Sie über Inkjet-Druckköpfe wissen müssen

Der Druckkopf ist das Herzstück jedes Inkjet-Druckers. Trotzdem beschäftigen sich die meisten Dienstleister nur damit, wenn etwas nicht wie erwartet funktioniert. Hier haben wir in zehn Fragen alles zusammengestellt, was Einsteiger (aber auch Profis) über Inkjet-Druckköpfe wissen müssen, aber vielleicht noch nie fragen wollten.

1. Seit wann gibt es Inkjet-Druckköpfe?

Die ersten funktionsfähigen Digitaldrucker mit Inkjet-Köpfen wurden Anfang der 1970er von IBM auf den Markt gebracht. Sie waren aber für den Einsatz in der Industrie gedacht. Mitte der 1980er Jahre kamen HP und Epson mit Inkjet-Druckern für den Büroalltag auf den Markt. Zunächst waren die Drucker noch Schwarzweiß, gegen Ende der 1980er gab es erste Farbdrucker, die auf Papier bis zum Format A3 arbeiteten. Als Ende der 1990er Jahre der digitale Großformatdruck auf der Bildfläche erschien, wurden die Inkjet-Druckköpfe leistungsfähiger, und es wurden dank Mehrfarben-Druck pro Drucker eine größere Zahl eingebaut.

2. Wo werden CIJ-Druckköpfe eingesetzt?

Die ersten Inkjet-Drucker arbeiteten mit dem Continuous Ink Jet (CIJ) Verfahren, man nennt es auch Continuous Flow oder Continuous Drop. Die Düsen erzeugt einen kontinuierlichen Strom von Tintentröpfchen, die durch ein elektrisches Feld geleitet werden, das die Tröpfchen nach Bedarf ablenkt oder abfängt. Die nicht Benötigten werden in einen Auffangbehälter zurückgeführt und die Tinte wiederverwendet.
Beim CIJ-Druck werden hohe Geschwindigkeiten mit sehr feinen, uniformen Tröpfchen erreicht, doch der Tintenverbrauch ist im Vergleich zum DoD-Inkjet hoch. Sie kommen daher vor beim schnellen Druck von Adressen oder einfachen Etiketten zum Einsatz, sowie für einige industrielle Anwendungen.

3. Was ist DoD-Inkjet?

Bei Inkjet-Druckköpfen im DoD (Drop-on-demand) -Verfahren wird jedes Tröpfchen, das aus der Düse kommt, auch platziert. Der Tropfen wird beim thermischen Inkjet und Bubble Jet durch kurzes Erhitzen erzeugt. Bei Piezo-Inkjet-Köpfen übernimmt das ein Kristall, der von einer elektrischen Spannung angeregt wird. In der grafischen Industrie und für Bürodrucker kommt ausschließlich DoD-Inkjet zum Einsatz.

4. Wie funktionieren Piezo Inkjet Druckköpfe?

Piezo Inkjet Druckköpfe verwenden piezoelektrische Kristalle, die sich verformen, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Dadurch wird die Tintenkammer verkleinert und ein Tropfen aus der Düse gedrückt. Diese Technik wurde Ende der 1980er Jahre von Epson entwickelt und ermöglicht eine hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Druckköpfe. Piezo Inkjet Druckköpfe können auch verschiedene Tropfengrößen erzeugen. Sie werden etwa von Epson, Fujifilm, Konica Minolta, Kyocera, Toshiba und Xaar hergestellt.
In Piezo-Köpfen lassen sich viele verschiedene Tintenformulierungen nutzen. Denn die Tinte muss nicht erhitzt werden. Dadurch kann man beispielsweise auch hitzeempfindliche und leicht flüchtige Komponenten einsetzen.

BILDUNTERSCHRIFT: Skizze der Funktionsweise von Thermo- und Piezo-Druckköpfen. Grafik: S. Angerer

5. Wodurch zeichnen sich Thermo-Inkjet-Kopfe aus?

Thermo Inkjet Druckköpfe verwenden ein winziges Thermoelement, das die Tinte in der Kammer erhitzt und verdampft. Dadurch entsteht eine Blase, die den Tropfen aus der Düse ausstößt. Das Grundprinzip wurde von HP und Canon fast gleichzeitig Ende der 1970er Jahre patentiert. Die technischen Details zwischen Canon Bubble Jet (Video) und den HP Thermo Inkjet-Druckköpfen sind jedoch unterschiedlich.

Thermische Inkjet Köpfe sind kostengünstiger und einfacher zu produzieren als Piezo Inkjet Druckköpfe. Sie haben jedoch eine geringere Lebensdauer und können meist nur eine Tropfengröße erzeugen. Auch die HP Pagewide-Technologie (Video) ist eine Variante des Thermo-Inkjet-Verfahrens.

6. Was ist ein Greyscale / Graustufen Inkjet Druckkopf?

Graustufen-Druckköpfe heißen auch „Variable Dot“, denn sie ermöglichen feine Abstufungen und präzise Details ohne zusätzliche Kopfüberfahrten. Dazu stoßen sie Tintentropfen in unterschiedlichen Volumen aus. Je nach Modell reicht die Spannbreite von wenigen Picolitern bis 50 pl und mehr.

Unterschiedliche Tröpfchengrößen ermöglichen eine für das menschliche Auge bessere Bildqualität bei gleicher physikalischer Düsendichte. Beispielsweise wirken scharfe Ränder oder Buchstaben durch das Setzen kleinerer Tropfen glatter und gefälliger. Zur wahrgenommenen Bildqualität tragen außerdem noch die Genauigkeit der Positionierung und Uniformität der Tropfen, ihre minimale und maximale Größe, die Anzahl der Druckfarben sowie der Betrachtungsabstand bei. Greyscale-Druckköpfe arbeiten nach dem Piezo-Prinzip.

7. Woran erkennt man einen „binären“ Inkjet Druckkopf?

Bei binären Inkjet-Druckköpfen gibt es nur zwei Möglichkeiten: Tröpfchen oder keine Tröpfchen. Das bedeutet, dass jeder Tropfen die gleiche Größe hat. Je kleiner der Tropfen, desto langsamer der Drucker. Denn bei sehr kleinen Tröpfchen sind mehr Kopfüberfahrten nötig, um die Motive brillant darzustellen. Für den industriellen Inkjet-Druck kommen oft binäre Köpfe zum Einsatz, weil diese schnell größere Mengen an Flüssigkeit wie Lack oder Primer aufbringen können.

8. Welche Vorteile bieten MEMS-Druckköpfe?

MEMS steht für mikro-elektro-mechanisches System, das heißt, jedes System, dessen Komponenten Abmessungen im Bereich von 1 Mikrometer haben.

Bei Inkjet versteht man unter MEMS-Köpfen aber in der Regel solche, die ähnlich wie Computer-Chips auf Silizium-Basis produziert werden. Man nennt sie deshalb zur Abgrenzung auch Si-MEMS oder Thin Layer bzw. Thin Film Inkjet. Die ersten Si-MEMS-Druckköpfe waren von Bürodrucker und Heimgeräte gedacht. Sie arbeiteten im thermischen oder Bubble Jet-Verfahren.

Heute gibt es auch Piezo-Köpfe, die mit Silizium-Wafern hergestellt werden, etwa Epson PrecisionCore-Köpfe (Video)

BILDUNTERSCHRIFT: HP Pagewide Druckkopf (Screenshot).

9. Was unterscheidet Single-Pass und Multi-Pass-Köpfe?

Ob ein Drucker als Single Pass oder Multi Pass bezeichnet wird, hängt weniger von den verwendeten Inkjet-Köpfen als dem Druckverfahren ab. Beim Multi-Pass-Verfahren fährt die Druckeinheit mehrfach über eine Stelle auf dem Substrat. Deshalb kann man weniger leistungsstarke Köpfe einsetzen wie beim Single-Pass-Verfahren, wo das Drucksubstrat linear unter dem Druckbalken durchläuft.

Der Single-Pass-Druck verwendet hauptsächlich wasserbasierte Tinte für Papiere und Wellpappe sowie den Textil-Direktdruck. Bei EFI-Single-Pass-Druckern der Nozomi-Familie (Video) kommen UV-härtende Tinten zum Einsatz. Der Multi-Pass-Druck arbeite mit allen gängigen Inkjet-Fluiden, also wasserbasierten, lösemittelhaltigen, Latex- oder UV-härtenden Tinten.

10. Haben Laserdrucker auch Druckköpfe?

Laser- oder Tonerdrucker haben keine Druckköpfe. Ein Laser beschießt eine statisch aufgeladene Walze, und löscht dadurch die Ladung an Stellen, wo keine Farbpulver aufgetragen werden soll. Die so präparierte Druckwalze überträgt die Partikel auf den Bedruckstoff und fixiert sie durch Hitze (Video).
Den richtigen Druckkopf finden?

Zwar kann man Druckköpfe auch einzeln erwerben, doch für Druckdienstleister ist es die Verbindung zwischen Inkjet-Druckkopf, Ansteuerung, Mechanik und Software, die den Unterschied ausmacht. Deshalb werden Digitaldruck-Maschinen mit vorher festgelegten Druckköpfen ausgeliefert. Die Konfiguration ist nicht veränderbar. Daher können nur Tinten verwendet werden, die für den in der Maschine verbauten Druckkopf zugelassen sind.

Piezo-Druckköpfe sind dabei zumeist teurer und halten länger als thermische Druckköpfe. Diese werden bei manchen Druckern gleich zusammen mit der Tinte getauscht. Als Faustregel kann man zwar sagen, dass der Unterhalt eines Druckers umso teurer kommt, je mehr Druckköpfe verbaut sind. 

Allerdings hängen die Austauschkosten von vielen weiteren Faktoren ab: Kann der Inkjet-Druckkopf selbst eingebaut und zentriert werden oder muss dazu ein Techniker kommen? Lassen sich Köpfe regenerieren und evtl. nochmals einsetzen? Handelt es sich um ein Druckkopf-Modell, dass auf dem Markt sehr häufig ist, und daher auch von weiteren Anbietern bezogen werden kann?

Druckdienstleister sollten also weiterhin die Beratung durch Hersteller oder Fachhändler in Anspruch nehmen.  

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