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Wie funktioniert ein Tintenstrahldrucker?

Tintenstrahldrucker gehören zu den sogenannten Non-Impact-Druckern, da beim Ausdruck keinerlei Berührung zwischen Druckkopf und Druckmedium stattfindet. Diese Drucker haben die Aufgabe, Tinte auf das Druckmedium aufzubringen, wobei in erster Linie Papier bedruckt werden kann. Jedoch gibt es verschiedene Techniken, die hierbei unterschieden werden müssen. Neben dem traditionellen Bubble-Jet Verfahren gibt es noch die bewährte Piezo-Technik. Diese Unterschiede sollen nachfolgend kurz erläutert werden.

Die normale Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers

Canon Pixma iX6850 A3+ Professionelle Farbtintenstrahl drucker schwarzNach dem Installieren des Druckertreibers auf Ihrem PC müssen Sie lediglich Ihren neuen Tintenstrahldrucker mit einer 230 Volt Steckdose verbinden und im einfachsten Fall den Drucker mit einem USB-2.0-Kabel mit dem USB-Port Ihres Rechners verbinden. Schalten Sie den Drucker ein und legen ausreichend Papier in die Papierkassette bzw. das hintere Aufnahmefach. Wichtig ist, dass Ihr Betriebssystem den Drucker als aktiven Drucker bzw. Standard-Drucker registriert hat. Dieser sollte in der Systemsteuerung hinterlegt sein.

Wenn Sie von Ihrer Textverarbeitung drucken möchten, sollte im Druckmenü-Fenster dieser Drucker aufgeführt sein. Nach dem Absenden des Druckauftrages zieht der Drucker automatisch den entsprechenden Papierbogen ein und druckt zeilenweise den gewünschten Text bzw. die Grafik aus. Nach dem Ausdruck können Sie das bedruckte Papier direkt aus der Papierausgabe herausnehmen.

Während des Betriebs hören Sie den Drucker arbeiten, wobei der Druckkopf dementsprechend von links nach rechts seine Druckzeilen erstellt. Dabei wird das Druckbild bidirektional erstellt, wodass bei jedem Richtungswechsel das Druckpapier etwas weiter nach oben geschoben wird. Am Ende jeder Seite wird diese ausgeworfen und findet sich in der Papierauslage wieder.

Das Bubble-Jet bzw. Drop on Demand Verfahren

Epson SureColor SC-P600 Tintenstrahldrucker (Wi-Fi, Scannen) schwarzDas Bubble-Jet Druckverfahren wird auch als Drop on Demand, kurz DOD, bezeichnet. Bei dieser Vorgehensweise wird die flüssige Tinte vom Tintenbehälter durch eine Druckdüse geleitet und von dort auf das Druckmedium. Es wird nur dort ein Farbpunkt gebildet, wo auch wirklich nur ein Druckzeichen erscheinen soll.

Bei der Bubbel-Jet Technik gelangt die Patronentinte in eine kleine Kammer mit einem hitzebeständigen Metallplättchen. Dieses dient als Heizelement, welches kurzfristig auf eine Temperatur von mehreren Hunder Grad Celsius erhitzt wird. Ähnlich wie bei einem Wassertropfen verdampft die Tinte hierbei ein wenig und bildet einen kleinen Pfropfen bzw. eine Dampfblase. Diese Farbblase spritzt von der Druckdüse auf das Druckmedium, also die Papieroberfläche und bildet dort einen winzigen Farbpunkt. Dieser Mini-Tintentropfen erreicht einen Durchmesser von höchstens 0,3 mm.

Da sich das Metallplättchen in der Druckkopfkammer schnell wieder abkühlt, zieht sich die verbleibende Dampfblase wieder zusammen, sodass sich neue Tinte in der Kammer sammeln kann. Durch regelmäßiges Erhitzen und Ausstoßen von Farbtropfen ergibt sich letztlich das gewünschte Druckbild.

Diese Druckweise wurde bei den ersten Tintenstrahldruckern verwendet. Da die frische Tinte erst wieder in die Kammer nachfließen kann, wenn die Dampfblase sich zusammengezogen hat, benötigt der Druckkopf zum Drucken etwas mehr Zeit. Dies ist auch einer der Gründe, warum ältere Tintenstrahldrucker keine sehr hohe Druckgeschwindigkeit erreichen konnten. Zu jener Zeit dominierten in Bezug auf Geschwindigkeit lediglich die Laserdrucker.

Nachfolgend noch einmal kurz der Entstehungsprozess eines Tintentröpfchens:

  • Erhitzung der Tinte in der Kammer auf über 100 Grad Celsius innerhalb einer Mikrosekunde,
  • Bildung einer Dampfblase,
  • Dampfexplosion,
  • Tintenblase entsteht und platzt durch den Überdruck,
  • der Tintenspritzer wird auf das Papier übertragen,
  • durch den Unterdruck wird neue Tinte in die Kammer nachgezogen.

Beachten Sie, dass im vorgenannten Absatz lediglich von einer Tintenkammer die Rede ist. In Wirklichkeit haben Tintenstrahldrucker mehr als 100 Tintenkammern in ihrem Druckkopf, sodass eine entsprechend hohe Druckauflösung gewährleistet werden kann.

Leider sorgt dieser ständige Temperaturwechsel beim Druckkopf für einen schnelleren Verschleiß. Ein solcher Druckkopf kommt auf eine Lebensdauer von etwa 50.000 DIN A4-Seiten, wobei sich auf jeder Seite 4.000 Zeichen befinden.

Drucker, welche diese Bubble-Jet Technik verwenden, lagern den Druckkopf daher in die Tintenpatrone aus. Dies hat den Vorteil, dass nach jedem Wechsel einer solchen Tintenpatrone auch gleichzeitig ein neuer Druckkopf zur Verfügung steht. Die für diese Drucker angebotenen Patronen werden daher auch als Druckköpfe bezeichnet. Zu den traditionellen Herstellern gehören in diesem Bereich HP, Lexmark und teilweise auch Canon bei älteren Modellen. Gerade bei HP ist diese Technik auch heute noch weit verbreitet. Hier finden Sie neben der schwarzen Einzelpatrone häufig eine Tricolor-Tintenpatrone mit den drei Grundfarben in einem Gehäuse.

Das Piezo-Verfahren

Epson Expression Premium XP-645 3-in-1 Tintenstrahl-Multifunktionsgerät (Drucker, Scanner, Kopierer, WiFi, Duplex, CD-DVD Druck, Einzelpatronen) weißZu den schnellsten Verfahren der Tintenstrahl-Technik gehören die Druckköpfe mit Piezo-Technik. Hierbei werden elektrische Impulse verwendet, um einen Dünnfilm-Widerstand innerhalb der Druckdüse zu erhitzen. Bei diesem Verfahren wird anschließend ein sehr feiner Tintentropfen aus der Düse herausgedrückt. Die Funktionsweise ist recht einfach. Die Drucktinte kann nur aus der Düse gepresst werden, indem sich das Volumen der Tintenkammer extrem verkleinert. Dies wird dadurch erreicht, dass an einem Piezo-Element eine Spannung angelegt wird. Der Piezo-Kristall verformt sich und verkleinert auf diese Weise das Kammervolumen. Er drückt dabei gegen eine kleine Membrane, die dafür sorgt, dass die Drucktinte aus der Düse herausgestoßen wird.

Grundsätzlich ist dieses Verfahren wesentlich schneller als die traditionelle Bubble-Jet Technik. Ebenso erreicht auch der hierauf ausgerichtete Druckkopf eine längere Lebensdauer. Der Druckkopf erreicht durchschnittlich eine Lebensdauer bis zu 500.000 DIN A4-Seiten. Diese Tintenstrahldrucker sind daher mit einem fest eingebauten Druckkopf versehen. Dabei können Sie kostengünstige Einzelpatronen verwenden. Diese sind besonders praktisch und können auf einfache Weise ersetzt werden.

Die Patronen enthalten keine Technik mehr und beinhalten lediglich die Tinte. Dennoch werden herstellerspezifische Tintenpatronen angeboten, die mit einem Chip ausgestattet sind, um ggf. den Füllstand besser kontrollieren zu können.

Leider ist die Herstellung dieser Druckköpfe etwas teurer, sodass auch diese Drucker in der Anschaffung teurer sind. Die meisten renommierten Druckerhersteller bieten diese Tintenstrahldrucker mit Piezo-Druckkopf an.

Das Continuous Ink Jet-Verfahren

Im industriellen Bereich werden leistungsstarke Tintenstrahldrucker benötigt, die eine sehr hohe Druckgeschwindigkeit erreichen müssen. Hierbei wird das Continuous Ink Jet-Verfahren eingesetzt. Jede Druckdüse ist bei diesen Druckern mit einem Ventil ausgestattet. Die Tintentröpfchen werden kontinuierlich beschleunigt und mithilfe von Elektronen in die gewünschte Richtung bewegt.

Trotz eines andauernden Tintenflusses sind diese Drucker relativ sparsam im Verbrauch. Die nicht verwendete Resttinte wird in einem Behälter aufgefangen und kann später wieder verwendet werden.

Wie erfolgt der Ausdruck?

Der Ausdruck erfolgt durch eine mechanische Bewegung des Druckkopfes. Dieser bewegt sich horizontal auf einer Schiene über die gesamte Druckbreite. Während des Druckens wird das Papier vertikal am Druckkopf vorbeigeführt. Wenn Sie Ihren Tintenstrahldrucker öffnen, um zum Beispiel eine Tintenpatrone zu wechseln, werden Sie feststellen, wie der Druckkopf in seine Parkposition fährt. Hier können Sie besonders gut erkennen, wie dieser auf seiner Schiene nach links oder rechts bewegt wird.

HP OfficeJet 3833 MultifunktionsdruckerDas Papier wird über kleine Gummiwalzen an eine Papierwalze gedrückt, damit dieses absolut plan anliegt. Ansonsten würde sich der Druckkopf dort verheddern und einen unsauberen Ausdruck erzeugen. Bei älteren Druckern kann es schon einmal Probleme mit dem richtigen Papiertransport geben. In diesem Fall sind die Andruckrollen abgenutzt und viel zu glatt, um das Papier zu bewegen. Am Ende des Druckvorganges erfolgt immer ein Seitenvorschub, damit die bedruckte Seite in die Papierausgabe gelegt werden kann.

Neben dem wechselweise beweglichen Druckkopf gibt es noch die sogenannte MemJet-Drucktechnologie. In diesem Fall reicht der Druckkopf über die gesamte Druckbreite. Eine horizontale Druckkopfbewegung ist in diesem Fall überflüssig. Bei diesen Druckern muss lediglich das Papier an den Druckdüsen vorbeigeführt werden. Da der Druckkopf sehr breit ist, besteht dieser verständlicherweise aus sehr vielen einzelnen Druckdüsen. Diese Drucker erreichen eine Geschwindigkeit, die vergleichbar mit einem Laserdrucker ist.

Die verschiedenen Tintenarten

Bei den meisten Tintenstrahldruckern werden die Druckfarben Schwarz, Magenta, Cyan und Gelb verwendet. Damit lassen sich alle möglichen Farbabstufungen darstellen. Es handelt sich hier um die sogenannten Primärfarben. Unabhängig davon unterscheiden sich die Tintenpatronen in der Beschaffenheit des Farbstoffes. Sie müssen hier zwischen nicht-pigmentierten und pigmentierten Farben unterscheiden.

Nicht-pigmentierte Tinten sind chemisch hergestellt und können im Laufe der Zeit schneller verblassen als pigmentierte Tinten. Sie sind auch nicht UV-beständig und erreichen nur eine geringe Lebensdauer. Die meisten Druckerhersteller empfehlen pigmentierte Tinten, da hier der Farbstoff in Form von winzig kleinen Farb-Pigmenten vorliegt. Es handelt sich um wesentlich stabilere Tinten, die lichtecht sind und eine lange Brillanz aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist, dass pigmentierte Tinten auf dem Papier sehr wischfest sind und sich nur sehr schwer wieder lösen lassen. Dies ist wichtig zu wissen, wenn Sie einmal pigmentierte Tinte aus einer Flasche in eine leere Tintenpatrone nachfüllen müssen.

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