Know-How: So funktioniert ein Tintenstrahler
von Florian Heise
Erschienen am 14. Oktober 2002 bei Druckerchannel.de, 7 Seite(n)
https://www.druckerchannel.de/artikel.php?ID=55
Der Piezodruck
Frühe Piezotechnik: Querschnitt durch einen der ersten Piezodruckköpfe mit röhrenförmigen Kristallen.Bereits 1977 entwickelte Siemens den ersten Tintendrucker, der mit Piezoelementen arbeitete. Dieser Drucker nannte sich PT80i und besaß zwölf Düsen im Druckkopf.
Ein paar Jahre später folgten die ersten Piezo-Tintendrucker von Epson (1984) sowie die Konkurreten mit thermischen Tintendrucksystem von Canon und HP.
Bei Siemens maß man den thermischen Druckverfahren damals keine Bedeutung zu – ein Fehler, denn diese verkauften sich nach ihrer Einführung bestens. Ein Grund hierfür waren die wesentlich geringeren Herstellungskosten der thermischen Druckköpfe.
Die elektormechanischen Köpfe mit Piezoelementen enthalten mehr Einzelteile. Sie waren (und sind) einfach aufwendiger zu produzieren als die kompakten, in großen Stückzahlen auf Silizium-Wafern herstellbaren Thermo-Druckköpfe. Letztlich ist dieser Aufwand nur vertretbar, wenn die Druckköpfe eine sehr lange Haltbarkeit aufweisen – und daran wurde seither vor allem bei der Firma Epson gearbeitet.
Neben Siemens hatte man sich auch Mannesmann und Kodak mit Piezodruck befasst. Auf dem Markt handelsüblicher Tintenstrahler mit Piezotechnik spielen diese Hersteller heute aber kaum noch eine Rolle. Piezodruck steht hier mittlerweile unbestritten für Produkte der Firma Epson, die alle ihre Tintendrucker der Stylus-Serie mit entsprechenden, fest montierten Permanentdruckköpfen ausstattet.
Tropfen durch Pumpen
Anstatt mit einem thermischen Element die Tinte zu verdampfen (was in den Düsen zu Ablagerungen führt), funktioniert die Piezodrucktechnik rein mechanisch.
Wie der Name verrät, arbeiten die Druckköpfe hier mit Piezokristallen. Diese haben die Eigenschaft, sich beim Anlegen von elektrischer Spannung zu verformen. Diese machanische Verformung wird zur Erzeugung des erforderlichen Tintendrucks in den Düsen genutzt.
Anders als die ursprünglichen Siemens-Konstruktionen, verwendet Epson heute nicht mehr Piezokristalle in Form von Röhrchen, sondern versieht jede Düse im Druckkopf mit einer Piezoscheibe. Je nach Polarität der angelegten Spannung (positiv oder negativ), verformt sich die Scheibe in die eine oder andere Richtung. Der Piezokristall drückt dabei gegen eine Membran, die wiederum auf die Tinte im Düsenkanal drückt und dadurch einen Tintentropfen aus der Düse schleudert.
Der Verformungsvorgang dauert nur etwa fünf Mikrosekunden. Dadurch sind mit Piezodruckköpfen sehr hohe Feuerfrequenzen erreichbar, was hohe Arbeitsgeschwindigkeiten der hiermit ausgestatteten Drucker ermöglicht.