Was ich über meinen Tintenstrahldrucker wissen sollte

Ein paar Grundlagen zu Licht und Farbe

Wenn am Monitor ein Bild erzeugt und uns präsentiert wird, dann geschieht dies weil Licht gemischt wird. Dabei hat man erkannt, dass sich mit der Mischung der Lichtfarben [R]ed, [G]reen und [B]lue alle Farben des sichtbaren Lichtes darstellen lassen. Je stärker diese Farben miteinander gemischt werden, desto heller wird das Licht, bis es beim Mischen aller drei Farben Weiß ergibt. Da, wie schon erwähnt alle Farben zusammengemischt, also addiert, Weiß ergeben, spricht man vom additiven Farbsystem. Weil wir Licht aber nicht drucken können, ist es auch nicht möglich mit diesen drei Grundfarben auf dem Papier Bilder oder Farben korrekt darzustellen. Wenn wir Farbe auf einem Blatt oder in der Natur sehen, sehen wir diese nämlich auch nur, weil die entsprechende Wellenlänge des einfallenden weißen Sonnenlichts absorbiert oder reflektiert wird. Objekte in der Natur strahlen ja selbst kein Licht ab, sondern verschlucken oder reflektieren es. Deswegen sind nachts alle Katzen grau. Im weißen Sonnenlicht befinden sich dabei wie schon bemerkt alle sichtbaren Farben. Trifft das Licht ein Objekt wird ein Teil der Strahlen vom Objekt verschluckt und vom Farbspektrum abgezogen – subtrahiert. Zurück bleibt die Farbe des Objekts oder besser gesagt, vom Objekt werden die übrigen Strahlen des Lichtspektrums reflektiert, also zurückgeworfen und dann von unserm Auge als Farbe wahrgenommen. Dabei wurde erkannt, dass beim Abzug der roten Farbe, die Farbe Cyan, beim Entfernen der Grünanteile das sogenannte Magenta und beim Filtern der Blauanteile dann Gelb übrig bleibt. Somit hätten wir schon mal für unseren Druck [C]yan, [M]agenta und Gelb, im englischen [Y]ellow.

Farben mischen für den Druck

Wenn man diese Farben nun übereinander aufträgt oder druckt, dann sollten sie eigentlich Schwarz ergeben, bilden aber nur ein verwaschenes dunkles Braun. Um dies auszugleichen, wurde entschieden Schwarz zusätzlich hinzuzugeben. Dadurch wird dann auch vermieden, dass zu viel Farbe auf einem Punkt übereinander gedruckt werden muss, um ein sattes Ergebnis zu erreichen.

Durch die Zugabe von Schwarz wird somit der Farbauftrag reduziert, da zu viel Farbe auf dem Papier weit höhere Trockenzeiten und ein ungleichmäßigen Farbauftrag auf dem Papier bedeutet. Dass das Ganze nun nicht [CMYB]lack heißt, liegt dabei nicht an der Verwechslungsgefahr von [B]lue und [B]lack, sondern daran dass in der Drucktechnik die so genannte Keyplate für die Details zuständig ist und für die Ausrichtung der drei Farben im Druck benötigt wird. Das K in CMYK steht also für die Key-Color Schwarz.

Wie wird denn nun aber gedruckt?

Der Tintenstrahldruck basiert vom Grundprinzip her auf den von Lord Kelvin um 1860 gewonnen Erkenntnissen zur Kapillarwirkung - aber erst in den 70er Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts wurde durch Zufall die Anwendung realisiert. In einem Forschungslabor von Canon ist wohl ein Mitarbeiter versehentlich mit einem Lötkolben an die Spitze einer Injektionsspritze gekommen in der sich Tinte befand. Zu seinem Erstaunen wurde dabei ein Tropfen Tinte mit hohem Druck aus der Kanüle hinaus befördert. Hitze, Flüssigkeit und ein dünnes Röhrchen scheinen also einen unmittelbaren Zusammenhang zu haben. Das Prinzip der Kapillarwirkung beschreibt nämlich die unterschiedlichen Möglichkeiten von flüssigen Stoffen sich in engen Spalten oder dünnen Röhrchen auszubreiten.

Seit her und seit den ersten Industriellen Tintenstrahldruckern, die IBM Anfang der 70er Jahre auf den Markt brachte, hat sich dabei an der grundlegenden Technik nicht viel geändert. Allerdings wurde das Verfahren kontinuierlich weiter entwickelt und wird somit in der verbesserten Form auch heute noch angewandt.

Das zu bedruckende Medium, also meist Papier oder Folie, wird dabei von einen kleinen Motor, der mehrere Rollen antreibt durch den Drucker geschoben, während sich der Druckkopf inklusive Tintenpatrone/en über das Medium bewegt und dabei winzige Tintentropfen auf das Papier schießt. Wann und in welchen Mengen die Tinte auf das Papier gespritzt wird, wird elektrisch gesteuert. Die Kombination aus der Bewegung des Papiers, des Druckkopfes sowie Menge und Zeitpunkt der Tropfenabgabe ergeben dann das fertige Druckbild.

Zwei Verfahren werden unterschieden.

Zum einen, das von IBM entwickelt Continuous Ink Jet Verfahren, bei dem durchgängig ein Strahl Tinte aus dem Druckkopf gepresst wird, welcher dabei von einem piezoelektrischen Wandler moduliert Tröpfchen bildet und das Drop on Demand (DOD), also „Tropfen auf Bestellung“ Verfahren, bei dem wiederum zwischen Bubble Jet und Piezo Druck unterschieden wird. Dieses wurde von Canon und HP Mitte der achtziger Jahre erfolgreich am Markt positioniert und wird auf Grund der geringen Produktionskosten heute in den meisten Tintenstrahldruckern verwendeten.

Bubble - Jet (Drop on Demand)

Wie schon erwähnt wird beim Continuous Drop -Verfahren ein durchgängiger Strahl in Tröpfchen unterteilt und die ablaufende Tinte wieder aufgefangen während beim Drop on Demand-Vefahren Tropfen nur dann erstellt werden wenn Sie gebraucht werden. Beim Bubble Jet Drucker passiert dies mittels eines Mikrometer kleinen Heizelements, welches die Tinte im Tintenkanal in kürzester Zeit auf Temperaturen von ca. 300 °C erhitzt. Das in der Farbe enthaltene Wasser dehnt sich dabei schlagartig aus wodurch sich eine Dampfblase bildet, die die Tinte aus der Düse presst bis das Heizelement wieder abgeschaltet wird. Nun bildet sich die Blase zurück, der Tintentropfen reißt ab und schießt mit ca. 10 bis 40 m/s, also bis zu 144km/h auf das Papier. Der beim Abkühlen entstehende Unterdruck saugt nun wieder neue Tinte in den Tintenkanal, so dass der nächste Tropfen abgegeben werden kann. Es dauert dabei weniger als 80 Mikrosekunden bis der Vorgang mit dem nächsten Tropfen fortgeführt werden kann. Gelegentlich wird auf Grund der Erhitzung der Tinte und der Nutzung eines Heizelementes, auch vom thermischen Druckverfahren gesprochen.

Piezo Druck Verfahren

Im Gegensatz zum BubbleJet Verfahren wird beim Piezo-Druck, vornehmlich in Epson-Produkten, nichts erhitzt, sondern rein mechanisch verformt. Piezokristalle, die der Technik den Namen gaben, haben die Eigenschaft sich beim Anlegen einer Spannung zu verformen. Die dabei entstehende Verformung wird genutzt um Druck in der Düse zu erzeugen, welcher den Tropfen aus dem Tintenkanal presst. Obwohl Siemens anfänglich noch Röhrchen benutzte hat Epson das Verfahren mit Scheiben perfektioniert. Je nach Polarität der Spannung wölbt sich dann die Scheibe in die eine oder andere Richtung. Auf Grund der hohen Geschwindigkeit von nur etwa 5 Mikrosekunden also 0,005 Millisekunden, wird eine hohe Frequenz der Tropfenabgabe und somit eine hohe Druckgeschwindigkeit erreicht. Außerdem werden die Piezo-Druckköpfe in den meisten Fällen fest im Drucker verbaut, was zur Folge hat das sich die laufenden Kosten oder Kosten für den Nachkauf von Patronen in überschaubaren Grenzen halten, da dafür nur neue Tanks mit Farbe hergestellt werden müssen die kaum Technik enthalten und demzufolge günstig zu produzieren sind.

Bei Brother wird derzeit ein kapillares Tintensystem verwendet, das auch auf der Piezo-Technik basiert, bei dem der Druckkopf räumlich getrennt von den Patronen auf Schienen über das Papier geführt wird. Die Tintenzufuhr zum Druckkopf erfolgt dabei durch flexible kleine Röhrchen, den so genannten Kapillaren. Dies ermöglicht einen vibrationsärmeren und leiseren Druck, da der Druckkopf ohne die Patronen weit weniger schwer ist und sich diese außerdem eben an einer anderen Stelle im Gerät befinden können. Im Normal Fall natürlich an einer vom Anwender gut zugänglichen Stelle, um einen einfachen Austausch der Patronen zu ermöglichen.

Die Krux mit der Selbstreinigung

Ein generelles Problem das von Benutzern immer wieder bemängelt wird, ist die gelegentlich vom Drucker ausgeführte Druckkopfreinigung, welche die Geräte meist automatisch zu den vom Hersteller festgelegten Zeiten durchführen. Dabei wird immer wieder der Vorwurf laut, die Druckerhersteller würden das ausnutzen um die Tintentanks schneller zu entleeren. Es wird allerdings nur eine geringe Menge Tinte durch die Düsen gepresst und vom Auffangschwamm aufgefangen. Wer bis hierher den ersten Absatz gelesen hat, dem sollte also nach den vorangegangenen Ausführungen klar sein, dass die flüssige Tinte eine gelegentliche Reinigung notwendig macht, damit die Druckköpfe nicht eintrocknen und eine lange Lebensdauer gewährleistet wird. Dabei sind die Reinigungszyklen nicht zufällig gewählt. In aufwendigen Test wird das Druckverhalten der Nutzer simuliert und für Farb- und Schwarzpatronen der optimale Zyklus festgelegt und in der Druckersteuerung gespeichert.

Gelegenheitsdrucker, werden also auch weitaus häufiger mit der automatischen Reinigung konfrontiert sein, als Personen deren Drucker des öfteren in Betrieb ist, da gelegentliche Nutzung die Chance auf ein Austrocknen der Patronen erhöht, was durch die Reinigung zu verhindern versucht wird. Bei Nutzern die Ihre Elektronik durch An,- und Abschaltbare Steckdosenleisten steuern, wird dieser Zyklus immer wieder dadurch unterbrochen, dass das Gerät vom Netz getrennt wird. Somit weiß der Drucker natürlich nicht wie lange der Druckkopf nicht mehr benutzt wurde, muss annehmen dass der Drucker längere Zeit außer Betrieb war und führt zuerst einmal eine intensiv Reinigung durch. Dadurch kommt es zu einer unnötigen Häufung von Reinigungsvorgängen und leider auch zu einem erhöhten, aber vermeidbaren Tintenverbrauch, für den viele Nutzer die Hersteller und ihre Profitgier verantwortlich machen. Allerdings wird in den meisten Handbüchern auf die Notwendigkeit dieser Reinungung hingewiesen, so dass man eigentlich davon ausgehen sollte, dass der Anwender darüber informiert sein müsste.