Wie funktioniert das: Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern

Einst konnte der Ausfall von einigen wenigen Düsen ganze Quadratmeter von Druck ruinieren. Heute ist ein automatischer Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern Standard. Aber wie funktioniert das eigentlich genau? Für diesen Artikel habe ich bei einigen bekannte Hardware-Lieferanten nachgeforscht.

Sie sind gefürchtet, die winzigen hellen Streifen inmitten eines Drucks. Oder die Stellen, an denen ein knackscharfes Motiv auf einmal schwammig wird, und die Farben nicht mehr stimmen. Denn selbst wenn solche Fehler erst mal gar nicht so auffällig erscheinen, ist ein solcher Druck für einen geringen bis mittleren Betrachtungsabstand meist unbrauchbar.
Warum ist Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern so wichtig?

Wenn auf einem Großformatdruck deutlich sichtbare Fehler auftreten, muss oft viel Material entsorgt werden. Deshalb wird der Druck automatisch oder spätestens vom Bediener abgebrochen, wenn ein Düsenfehler entdeckt wird. Weil das zu ärgerlichen und potenziell teuren Produktionsausfällen führt, haben die Hersteller eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um Druckköpfe und Düsen zu schützen, zu warten und Ausfälle zu minimieren:

• Schutz für Materialberührung der Düsen
• Tintenzirkulation zum Schutz vor Ablagerungen
• Automatische Reinigungsdurchläufe
• Lokalisieren von ausgefallen Düsen
• Regenerieren verstopfter Nozzles
• Kompensation von ausgefallenen Inkjet-Düsen
• Abschluss des laufenden Druckauftrags ohne sichtbare Fehler

BILDUNTERSCHRIFT: Mimaki Nozzle Recovery Sytem. Grafik: Mimaki

Wie kommt es bei Inkjet-Druckern zu Düsenausfällen?

Eine moderner Inkjet-Druckkopf hat dutzende, manchmal hunderte oder sogar tausende mikroskopisch kleiner Düsen. Aus diesen spritzt die Tinte in winzigen Tröpfen. Das geschieht, indem sie entweder kurz, aber heftig erhitzt (Thermo Inkjet, Bubble Jet) oder durch einen Piezo-Element herausgeschleudert wird (Piezo Inkjet). Je mehr Düsen ein Inkjet-Druckkopf hat, desto besser können wenige ausgefallene Exemplare kompensiert werden

Die häufigsten Gründe für einen Düsenausfall mechanische Schäden am Druckkopf sowie verstopfte Düsen. Mechanische Schäden entstehen beispielsweise, wenn der Druckkopf auf dem Substrat aufsitzt, also etwa, weil das Druckmedium wellig ist, oder die Durchlasshöhe von vorneherein zu niedrig eingestellt wurde. Mimaki hat bei machen Modellen deshalb Nozzle Guards eingeführt. Das sind Metallrahmen um die Düsen, die diese vor Materialberührung schützen.

Fast alle modernen Inkjet-Drucker bieten außerdem einen Sensor, der ständig den Abstand vom Druckkopf zum Substrat überwacht, und beispielsweise im Falle eines Substratstaus stoppt, bevor die Düsen durch einen Aufprall Schaden nehmen können.

Der zweite Grund, warum Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern notwendig wird, liegt in verstopften Düsen. Das kann passieren, wenn sich kleine Partikel im Inneren ablagern. Um das zu verhindern, wird die Düsenplatte in der Parkposition möglichst luftdicht abgeschlossen (Capping).

Unreinheiten in der Tinte oder eingetrocknete Tintenreste können ebenfalls leicht zu einem Ausfall der Düsen führen. Deshalb sind die Hersteller dazu übergegangen, die Tinte im Druckkopf zirkulieren zu lassen, um ein Absetzen und Verklumpen zu verhindern. Zusätzlich oder anstatt eines manuellen Reinigungsvorgangs der Druckeinheit sehen Inkjet-Drucker zudem automatische Reinigungszyklen vor, bei denen alle Düsen mit Tinte oder Reinigungs-Fluid durchgespült werden.

BILDUNTERSCHRIFT: Epson nutzt minimale Spannungsunterschiede in den Piezo-Elementen zur Überwachung der Düsen in den PrecisionCore-Köpfen. Grafik: Epson

Wie wird ein Düsenausfall festgestellt?

Wenn der Bediener ein Düsenproblem bemerkt, ist es im Grunde schon zu spät, um den Druck zu retten. Denn dann sind mindestens einige Zentimeter bereits fehlerhaft produziert worden. Deshalb ist bei modernen Druckköpfen wie den Epson PrecisionCore-Modulen eine ständige Kontrolle des Durchfluss- und Ausstoßverhaltens jeder einzeln Düsen vorgesehen. Die Piezo-Elemente im Inneren jeder Düse reagieren auf Spannung und verursachen sie auch selbst, indem sie sich verformen. Kleinste Abweichungen können deshalb zur Selbstdiagnose genutzt werden.

In HP Pagewide-Köpfe sind zehntausende Düsen verbaut. Sie werden mit optischen Sensoren überwacht, sodass ausfallende Düsen sofort lokalisiert werden können. Die Mimaki Nozzle Check Unit (NCU) nutzt eine LED, um den Tröpfchenstrom ständig zu kontrollieren und so schnell auf Unregelmäßigkeiten zu reagieren.

Die meisten Hersteller von Großformatdruckern bauen keine eigenen Druckköpfe. Deshalb sind sie in punkto Düsenkontrolle- und Ansteuerung durch die Vorgaben von Druckkopf-Spezialisten wie Seiko, Fujifilm oder Xaar bis zu einem gewissen Grad eingeschränkt.

Was passiert, wenn eine Fehler bei einer Inkjet-Düse festgestellt wird?

Der schematische Ablauf eines Fehlerausgleichs-Prozesses bei einem Inkjet-Drucker mit einzelnen Düsenausfällen kann man gut am Mutoh Nozzle Area Select Verfahren darstellen. Der Prozessablauf ist bei den verschiedenen Herstellern in den Grundzügen ähnlich.

Stellt der optische Sensor nicht funktionierende Düsen fest, so wird der Druck angehalten und es startet zunächst einen automatischer oder vom Benutzer angestoßener Reinigungszyklus gestartet. Ist das Problem behoben, kann man mit der gleichen Geschwindigkeit weiterdrucken. Ansonsten erfolgt ein zweiter Reinigungsversuch. Ist auch dieser nicht erfolgreich, so kann der Anwender mit Mutoh Nozzle Area Select das betroffene Düsenareal selbst deaktivieren oder dies der Druckerautomatik überlassen. Das Ergebnis ist beiden Fällen gleich, denn nun übernehmen umliegende Düsen die Stellen, die im Normalbetrieb von dem nun abgeschalteten Block bedruckt werden.

Das führt zu einer reduzierten Druckgeschwindigkeit, denn es werden zusätzliche Kopfüberfahrten (passes) notwendig. Druckdienstleister können durch die Fehlerausgleichs-Funktion ihres Inkjet-Druckers laufende Aufträge also beenden.

Selbst der beste Fehlerausgleichs-Prozess bei Inkjet-Druckern ist allerdings nicht als Dauerlösung gedacht. Ziel ist es, die Zeit zu überbrücken, bis einen technische Intervention das Problem dauerhaft beseitigen kann. Zumeist muss dafür ein Druckkopf mit vielen verstopften Düsen regeneriert oder gar getauscht werden.

BILDUNTERSCHRIFT: Prozess zum Fehlerausgleich bei Inkjet-Drucker mit Mutoh Nozzle Area Select. Grafik: Mutoh.

Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern – Fluch oder Segen?

Praktisch jeder Inkjet-Drucker für die grafische Industrie, der heute auf den europäischen Markt kommt, bietet irgendeine Form von Ausgleichsfunktion für fehlende Düsen an. Denn dadurch können auch unerfahrene Bediener Druckaufträge fertigstellen, selbst wenn eine eigentlich ernste Fehlfunktion vorliegt. Für Druckereien ist das ein enormer Vorteil, denn so können knappe Liefervorgaben eingehalten werden. Zudem fällt weniger Abfall durch Fehldrucke an.

Automatische Reinigungszyklen zum Schutze der Düsen bedeuten allerdings auch, da selbst dann teure Tinte oder Reinigungs-Fluid verbracht wird, wenn die Maschine steht, was zu erhöhten Unterhaltskosten führt. Hersteller und Fachhandel profitieren zusätzlich von Fehlerausgleich bei Inkjet-Druckern. Denn die knappen Techniker-Ressourcen können besser eingeteilt werden, wenn es beim Dienstleister nicht zu einem Totalausfall kommt.

Es ist also zu erwarten, dass die Technologie künftig weiter eingesetzt und noch verbessert werden wird.

Aufmacherbild mit freundlicher Genehmigung von Screenshot aus HP Video.