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 thermische Tintendruck
Erster Tintenstrahler: 12 Düsen produzierten aus jeweils 180 Picolitern grobe Tintentropfen.Im Druckkopf eines thermischen Tintendruckers befinden sich mehrere Druckdüsen. Aus den Düsenkanälen wird die Tinte in schneller Folge ('Feuerfrequenz') auf das Papier gespritzt.
Je kleiner die Tintenmenge pro abgegebenem Tropfen ausfällt, desto feinere Druckpunkte kann ein Tintenstrahler ausgeben. Dies wiederum bestimmt die Fähigkeit, feine Konturen und Bilddetails dazustellen. Von der Anzahl der Düsen im Druckkopf und der Geschwindigkeit, mit der sich einzelne Tröpfchen erzeugen lassen, hängt die erreichbare Arbeitsgeschwindigkeit des Druckkopfes ab – und damit auch letztlich die des Druckers selbst.
Beim Druckkopf des ersten HP-Tintenstrahlers ('Thinkjet', 1984) waren es noch zwölf Düsen, die jeweils einen Tintentropfen mit 180 pl (Picoliter, billionstel Liter) erzeugen konnten. Der Farbdruckkopf eines aktuellen HP Deskjet 990Cxi erzeugt beispielsweise Tröpfchen aus nur fünf Picolitern Tinte und gibt diese über 408 Düsen als kaum noch separat erkennbare Druckpunkte zu Papier.
Feuer Frei
In jedem Düsenkanal eines thermischen Tintendruckkopfes befindet sich ein Heizelement, das in der Fläche etwa 30 x 30 Mikrometer misst (Mikrometer = millionstel Meter). Wird eine elektrische Spannung an das Heizelement angelegt, erhitzt sich dieses extrem schnell auf Temperaturen um rund 300 °C. Dadurch verdampft die ursprünglich flüssige Tinte schlagartig; es entsteht eine Dampfblase im Düsenkanal. Als Folge der Ausdehnung der Tinte beim Verdampfen wird explosionsartig ein Tintentropfen aus der Druckdüse geschleudert.
Bildet sich die Dampfblase im Düsenkanal zurück (Heizelement abgeschaltet), reißt der Tintentropfen von der Düse ab und fliegt mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 Metern pro Sekunde auf das Papier. Mit dem Abkühlen des Düsenkanals entsteht hier ein Unterdruck, wodruch neue Tinte aus der Tintenkammer nachfließt. Danach kann der nächste Tropfen abgefeuert werden.
Der gesamte Vorgang, vom Anlegen der Spannung am Heizelement bis zum Nachfließen der Tinte, dauert weniger als 80 Mikrosekunden (Mikrosekunde = Millionstel Sekunde). Diese Dauer bestimmt die sogenannte Feuerfrequenz eines thermischen Druckkopfes, also die maximale Anzahl an Tropfen, die über jede einzelne Düse in einer bestimmten Zeit kontrolliert abgeben werden können.
Im Beispiel oben liegt die Feuerfrequenz bei 12.500 Tropfen pro Sekunde. Bei 408 Düsen generiert der Kopf also, zumindest rein rechnerisch, über 5,1 Millionen einzelner Tröpfchen in nur einer Sekunde. Bei einer Tintenmenge von nur 5 pl pro Tropfen werden dann in jeder Sekunde gerade einmal 25,5 Millionstel eines Liters an Tinte verwendet.