Inkjet-Druck: Was steckt hinter der Technologie?

Egal ob Transaktions- oder Akzidenzdruck: Wer auf Vollfarb-Personalisierung bei hohen Auflagen setzt, der kommt kaum an einem leistungsfähigen Inkjet-System vorbei. Denn Tonerdrucksysteme wie etwa die HP Indigo sind zwar nach wie vor das Nonplusultra in puncto Qualität im Digitaldruck, aber sie sind – selbst als Rollendrucksysteme – langsamer und haben deutlich höhere Produktionskosten. Was aber steckt hinter der Inkjet-Technologie? Wie funktioniert ein modernes Inkjet-Produktionssystem wie beispielsweise die Canon/Océ ColorStream 3500, die im Hause der Digital Print Group am Produktionsstandort Nürnberg steht?

Tintentrahlpatronen mit Farbband

Das Grundprinzip des vollfarbigen Inkjetdrucks: Aus blauer, roter, gelber und schwarzer Tinte wird das Druckbild erzeugt. (Illustration: © Slavoljub Pantelic / Shutterstock.com)

Wurzeln in den 60er Jahren

Das Inkjet-Verfahren selbst ist gar nicht so neu: Bereits in den 1960er Jahren wurde in den USA die Tintenstrahl-Technologie entwickelt, Anfang der 1970er brachte IBM die ersten funktionsfähigen Tintenstrahl-Druckgeräte auf den Markt, die aufgrund ihrer Permanent-Drop-Technologie jedoch nur für den Einsatz in der Industrie in Frage kamen. HP entwickelte schließlich die ersten Inkjet-Printer fürs Büro und 1988 mit dem inzwischen legendären DeskJet den ersten Tintenstrahldrucker für den Heimbedarf – immerhin mit einer Druckgeschwindigkeit von bis zu zwei Seiten pro Minute und einer Auflösung von 300 dpi. Vor zehn Jahren etwa hielten Vollfarb-Inkjet-Produktionssysteme zunächst bei den großen Transaktionsdruck-Dienstleistern und später auch bei Akzidenzdruck-Dienstleistern Einzug und verdrängen seitdem zunehmend die tonerbasierten Endlos-Druckmaschinen.

Prinzip 1: permanenter Tintenstrom

Ein Grundprinzip eint alle Inkjetdrucksysteme: der kontaktlose Auftrag von Tinte auf das Substrat in Form feinster Tröpfchen. Unterschiede liegen hauptsächlich darin, ob die Tinte permanent versprüht wird (Continuous Inkjet) oder bei Bedarf aus den Düsen strömt – und bei letzterem, wie die On-Demand-Bereitstellung technisch gelöst wird.

Continuous Inkjet: Bei Continuous-Inkjet-Systemen tritt der Tintenstrahl während des Druckvorgangs permanent aus dem Druckkopf aus. Ein piezoelektrischer Wandler sorgt dafür, dass dieser Strahl gleichmäßig in einzelne Tropfen zerfällt. Anschließend entscheidet die elektrostatische Aufladung darüber, welche Tröpfchen das Substrat erreichen und welche nicht: Eine Elektrode lädt die Tropfen unterschiedlich auf, eine weitere Elektrode lenkt die Tropfen, die für das Druckbild nicht benötigt werden, seitlich ab. Die überflüssige Tinte wird gesammelt und dem Kreislauf wieder zugeführt. Das Continuous-Inkjet-Verfahren wird ausschließlich in der Industrie und überwiegend im reinen Schwarzweiß-Druck eingesetzt, zum Beispiel für den Druck von Etiketten, EAN-Codes oder Adressdaten.

Prinzip 2: Drop on demand

Patrone eines Tintenstrahldruckers

Druckerpatronen sind Tintenbehälter mit integriertem Druckkopf. Ein Heizelement erzeugt winzige Dampfblasen; durch den entstehenden Druck wird die Tinte aus den Düsen gepresst. (Foto: © bluehoon / Fotolia.com)

Die weitaus gebräuchlichere Tintenstrahl-Technologie, die sowohl bei Druckdienstleistern als auch im Büro- und Heimbereich eingesetzt wird, ist das Drop-on-demand-Verfahren. Hier werden nur die Tintentropfen aus der Düse gesprüht, die tatsächlich für das Druckbild benötigt werden. Die Bereitstellung der Tinte nach Bedarf basiert jedoch wiederum auf unterschiedlichen Technologien:

Thermo- bzw. BubbleJet-Verfahren: Beim thermischen Tintenstrahldruck wird Wasser oder Lösemittel, das sich in der Tinte befindet, mit Hilfe eines Heizelements erhitzt. Dabei bilden sich blitzartig winzige Dampfblasen, die die Tintentropfen durch den entstehenden Druck aus der Düse pressen. Dieses Verfahren kommt überwiegend bei Druckern für Büroumgebungen oder den heimischen Arbeitsplatz zum Einsatz: Die Druckköpfe sind einfach und kostengünstig herzustellen und lassen sich problemlos in die Druckpatronen integrieren. Nachteil ist allerdings die begrenzte Lebensdauer der Druckköpfe.

Piezoelektrisches Verfahren: Auch beim piezoelektrischen Verfahren wird die Tinte nach Bedarf durch die Düse gepresst. Hier sorgen jedoch keine Dampfblasen für den nötigen Druck, sondern kleinste Keramikelemente, die sich unter elektrischer Spannung verformen. Vorteil der Piezo-Technologie ist zum einen, dass beim Ausdehnen und Zusammenziehen der Kristalle keine Hitze entsteht, die sich negativ auf die Tinte auswirken könnte. Darüber hinaus lässt sich die Tropfengröße über den angelegten elektrischen Impuls steuern. Die Druckköpfe der Piezo-Inkjet-Drucksysteme sind langlebiger als die der thermischen Tintenstrahldrucker, sie erzielen eine höhere Druckqualität und zugleich einen höheres Druckvolumen. Die bei der Digital Print Group in der Twin-Konfiguration eingesetzte Canon/Océ ColorStream 3500 basiert auf dem piezoelektrischen Verfahren. Das Rollendrucksystem kann die Tropfengröße von 3 bis 23 Picoliter modulieren und erreicht so eine optische Auflösung von 1200 dpi. Die Druckgeschwindigkeit liegt bei 75 Metern bzw. 1010-A4-Seiten pro Minute.

Océ ColorStream 3500 (Foto: © Canon / Océ)

Die Canon/Océ ColorStream 3500 ist ein Vollfarb-Inkjet-Produktionssystem, das auf dem piezoelektrischen Verfahren
basiert. Bei einem System dieser Größe sind Tintenbehälter und Druckköpfe über Schläuche miteinander
verbunden. (Foto: © Canon/Océ)