Geschichte und Hersteller von Tintenstrahldruckern

Vorläufer der Tintenstrahldrucker sind technische und medizinische Geräte, die Messwerte als Tintenkurven aufzeichneten. Ihnen folgten als erste Tintenstrahldrucker die Continuous-Ink-Jet-Drucker, die einen kontinuierlichen Tintenstrahl benutzten, der nach Bedarf abgelenkt wurde. Dieses Verfahren wird, in verbesserter Form, auch heute noch bei einigen hochwertigen Tintenstrahldruckern benutzt.

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 Konkurrenten Canon und Hewlett Packard mit dem thermischen Tintendrucksystem. Die Druckköpfe für Piezo-Elemente sind elektromechanisch aufgebaut und somit wesentlich aufwändiger in der Fertigung. Ein Vorteil ist jedoch die Haltbarkeit, denn die Druckköpfe der Epson-Stylus-Serie werden nicht mit den Patronen ausgetauscht und halten ein Druckerleben lang.

Hewlett Packard startete 1984 mit dem 'Thinkjet 1984'. In dem Druckkopf des thermischen Druckers sorgten zwölf kleine Löcher für den Druck. Aus diesen Düsen wurden kleine Tintentropfen in schneller Folge auf das Papier geschossen, ein Tropfen war damals ca. 180 Picoliter (entspricht einem billionstel Liter) groß. Bei Siemens maß man der thermischen Drucktechnik damals keine Bedeutung zu. Ein Fehler, denn Drucker mit diesem Druckverfahren verkauften sich nach ihrer Einführung bestens. Ein Grund hierfür waren die wesentlich geringeren Herstellungskosten der thermischen Druckköpfe. Die elektromechanischen Köpfe mit Piezoelementen enthielten mehr Einzelteile und waren einfach aufwendiger zu produzieren als die kompakten, in großen Stückzahlen herstellbaren Thermo-Druckköpfe. Das ist bis heute so geblieben. Letztlich ist dieser Aufwand nur vertretbar, wenn die Druckköpfe eine sehr lange Haltbarkeit aufweisen. Daran wurde seither vor allem bei der Firma Epson gearbeitet. Neben Siemens hatten sich auch Mannesmann und Kodak mit Piezodruck befasst. Auf dem Markt handelsüblicher Tintenstrahldrucker 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. Anders als die ursprünglichen Siemens-Konstruktionen, verwendet Epson heute nicht mehr Piezokristalle in Form von Röhrchen, sondern bestückt 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 rund fünf Mikrosekunden. Dadurch sind sehr hohe Feuerfrequenzen erreichbar, was hohe Arbeitsgeschwindigkeiten der mit Piezodruckköpfen ausgestatteten Drucker ermöglicht.

Lieferte also der erste Tintendrucker noch relativ grobe Druckpunkte, so arbeiten Drucker wie die aktuellen HP-Deskjet-Modelle oder der Canon BJC-8200 mit feinsten Tröpfchen aus gerade noch vier bis fünf Picolitern, die über mehr als 400 Düsen abgegeben werden und als kaum noch separat erkennbare Druckpunkte aufs Papier gebracht werden. Beim Epson Stylus Color980 sind es sogar nur noch drei Picoliter pro Tintentropfen. Solche geringen Tintenportionen pro Tropfen gestatten die Ausgabe kleinster Druckpunkte, dies erlaubt wiederum besonders feine Farbabstufungen und hohe Detailschärfe im Druck. Damit aber zum Beispiel grobe, einfarbige Flächen in einer Grafik nicht immer so zeitaufwendig aus extrem kleinen Punkten zusammengesetzt werden müssen, ist eine variable Portionierung der für die einzelnen ausgegebenen Tropfen verwendeten Tintenmenge wünschenswert. Dies ist aber mit einem erheblichen technischen Mehraufwand in den Druckköpfen und einer komplexen Ansteuerung der Druckdüsen verbunden. Genutzt werden solche Modulationsverfahren zum Beispiel in den besseren Druckermodellen von Canon und Epson. Canon nennt die entsprechende Technik 'Drop Modulation'.