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Drucktechnologien: Tinte und Toner

| Autor: Klaus Länger

Mit seinem Jet-Antrieb ist der Tintenfisch im maritimen Ökosystem erfolgreich unterwegs. Im Im Business-Ökosystem gewinnen die Tintendrucker immer mehr Raum.
Mit seinem Jet-Antrieb ist der Tintenfisch im maritimen Ökosystem erfolgreich unterwegs. Im Im Business-Ökosystem gewinnen die Tintendrucker immer mehr Raum. (Bild: Richard Carey - stock.adobe.com)

Der Tintendruck macht im Unternehmenseinsatz dem dort bisher vorherrschenden Laser zunehmend Konkurrenz. Dafür sind inzwischen Farblaserdrucker und MFPs so günstig und sparsam geworden, dass sie auch für SMB-Kunden eine Option sind.

Bei Druckern für den Büroeinsatz oder für Heimanwender gibt es mit dem Tinten- und dem Laser- beziehungsweise LED-Druck zwei vorherrschende Technologien, mit der schwarze oder farbige Punkte auf das Papier gebracht werden, um damit Text oder Bilder darzustellen. Beide Technologien existieren schon seit Jahrzehnten parallel, ohne dass eine die andere verdrängt oder abgelöst hat. Allerdings gab es lange Zeit eine gewisse Aufgabenverteilung: Tintendrucker oder -MFPs waren primär bei Heimanwendern im Einsatz oder als „persönlicher“ Drucker auf oder neben dem Schreibtisch in der Firma. Sie waren gut für den Farb- und Fotodruck geeignet, oder für Dokumente, bei denen es auf die Haltbarkeit weniger ankam. Bei den Druckkosten pro Seite waren Tintendrucker mit ihren teuren Tintenpatronen den Laserdruckern klar unterlegen. Dafür waren die Geräte verhältnismäßig günstig und auch kompakter bei den Abmessungen. Laser- oder LED-Drucker waren bei hohem Druckaufkommen gefragt und wenn es auf einen qualitativ hochwertigen Textdruck ankam. Weitere Pluspunkte waren die hohe Druckgeschwindigkeit und niedrige Seitenpreise. Auf der Sollseite standen dafür eine hohe Leistungsaufnahme der Drucker und Probleme durch Ozon- sowie Feinstaub-Belastung. Viele dieser Stärken und Schwächen scheinen erst einmal konzeptionell bedingt zu sein, also durch das Druckverfahren mit Tinte oder Toner als Druckmedium determiniert.

Tröpfenschleudern mit Dampfblasen oder Piezofedern

Bei Tintendruckern für Heimanwender und Büro gibt es im Prinzip zwei verschiedene Verfahren, die Tinte aus dem Druckkopf auf das Papier zu befördern: Die Bubblejet- und die Piezo-Technologie. Beide zählen zu den Drop-on-Demand-Verfahren, bei denen das Druckbild aus einzelnen Tintentropfen aufgebaut wird, die nur dann den Druckkopf verlassen, wenn sie benötigt werden.

Beim Bubblejet-Verfahren wird die Tinte in den einzelnen Kammern des Druckkopfes durch ein Heizelement erhitzt. Die dabei entstehende winzige Dampfblase presst ­einen mikroskopisch kleinen Tintentropfen aus der Düse des Druckkopfs. Ein Druckkopf besteht aus mehreren hundert Düsen pro Farbe. Während bei vielen günstigen Druckern für Heimanwender der Druckkopf Teil der Tintenpatrone ist und mit dieser gewechselt wird, arbeiten Bubblejet-Business-Drucker in der Regel mit festen Köpfen und jeweils einem Tintentank pro Farbe.

Piezo-Druckköpfe befördern die Tintentröpfchen durch mechanischen Druck aus dem Druckkopf auf das Papier. Dieser wird durch ein Keramikelement erzeugt, das sich durch den piezoelektrischen Effekt verformt, sobald elektrische Spannung ­angelegt wird. Die aktuelle Piezo-Generation bringt auf einem Micro-TFP-Chip, dem eigentlichen Druckkopf, bis zu 800 Düsen in zwei Reihen auf einer Breite von 1,33 Zoll unter. Die Auslöser können bis zu 50.000 Tintentropfen pro Sekunde abfeuern. Deren Volumen liegt dabei zwischen 1,5 und 32,5 Picoliter, also Billionstel Liter.

Ein Piezo-Druckkopf mit Precisioncore-Technologie von Epson. Der Abstand zwischen den Düsen beträgt 84,7 Mikrometer.
Ein Piezo-Druckkopf mit Precisioncore-Technologie von Epson. Der Abstand zwischen den Düsen beträgt 84,7 Mikrometer. (Bild: Epson)

Business Ink: Tinten-Druckköpfe mit voller Seitenbreite

Beiden meisten Tintendruckern funktioniert das Druck verfahren im Prinzip immer noch wie bei der guten alten Kugelkopf-Schreibmaschine: Ein Druckkopf wird horizontal über das Papier bewegt. Die neuste Generation der Business-Ink-Drucker mit hoher Druckgeschwindigkeit arbeitet dagegen mit Druckköpfen, bei denen die komplette Breite des Papiers abgedeckt wird. Die horizontale Bewegung des Kopfs im Drucker fällt damit weg, was mehr Geschwindigkeit und Präzision bringt. Beispiele dafür sind die Page wide-Drucker und MFPs von HP, die Workforce-Enterprise-Serie von Epson oder die HL-S7000-Serie von Brother. Die Druckköpfe bestehen aus mehreren Dies mit Tausenden einzelner Düsen. Epson und Brother setzen dabei auf die Piezo-Technologie, um bis zu 100 Seiten pro Minute zu drucken. HP nutzt ein thermisches Verfahren.

Nahansicht der Dies im Pagewide-Druckwerk.
Nahansicht der Dies im Pagewide-Druckwerk. (Bild: HP)

Drucken mit Toner und Temperatur

Bei Laser und LED-Druckern werden Buchstaben und Bilder ebenfalls aus einem Raster aufgebaut, das aus winzigen Tonerpartikeln ­besteht, die thermisch auf der Papieroberfläche fixiert werden. Bei Laserdruckern wird ein Laserstrahl durch einen rotierenden Spiegel und eine breite Linse auf eine negativ geladene, mit einem Photoleiter beschichtet Bildtrommel gelenkt.

Bei einem Laserdrucker wird ein Laserstrahl durch einen rotierenden achteckigen Spiegel und eine breite Linse auf die Bildtrommel gelenkt.
Bei einem Laserdrucker wird ein Laserstrahl durch einen rotierenden achteckigen Spiegel und eine breite Linse auf die Bildtrommel gelenkt. (Bild: laser printer deflector / Bild: sciencestockphotos.com / BY 4.0)

Die elektrostatische Aufladung übernimmt ein Koronadraht oder inzwischen meist ­eine Ladungswalze. Letztere hat den Vorteil, dass kaum Ozon entsteht. An den Stellen der Trommel, die vom Laserstrahl belichtet werden, wird die Ladung reduziert oder aufgehoben. Das sind dann die Stellen, an denen der negativ geladene Toner haften bleibt. Bei der LED-Technologie kommt ein seitenbreites Array aus Licht emittierenden Dioden zum Einsatz, das Zeile für Zeile die Bereiche der photoelektrisch beschichteten Bildtrommel belichtet, an denen der Toner haften soll, der auf das Papier übertragen wird. In einem A3-Drucker mit 1.200 dpi kommen dafür mehr als 60.000 digitale LEDs zum Einsatz. Die Bildtrommel überträgt dann bei beiden Verfahren das aus Tonerpartikeln entstandene Rasterbild entweder direkt oder über eine Transferwalze beziehungsweise ein Transferband auf das Papier. Das Papier wird anschließend in die Fixiereinheit bewegt. Dort wird es auf etwa 180 Grad aufgeheizt. Der Toner schmilzt und verbindet sich mit der Oberfläche des Papiers.

Der Vorteil von LED- gegenüber Laserdruckern liegt in einer kompakteren Bauweise, da das aufwändige System aus Spiegeln und Linsen entfällt. Zudem führen die Verfechter der LED-Technik gegenüber dem Laser eine höhere Druckqualität durch die geringe Punktgröße von nur 25 Mikrometern an. Bei 1.200-dpi-Lasern soll diese bei 65 Mikrometern liegen. Allerdings können Laser dafür mit variablen Punktgrößen drucken, was mit LED-Druckern nicht möglich ist.

Ökosystem mit Platz für zwei Arten

Der auf dem Papier haftende Toner sorgt bei Laser- oder LED-Druckern prinzipiell für ein klareres Druckbild als bei Tintendruckern. Dort zieht die Tinte in das Papier ein, die Konturen der Druckpunkte fransen aus. Allerdings hat die Entwicklung sehr schnell trocknender pigmentierter Tinte dazu geführt, dass die Druckqualität bei Text auf für Tintendrucker ausgelegtem ­Papier fast genauso gut wie bei Lasern ist. Auch Duplexdruck und die Beständigkeit der Ausdrucke stellen bei Business-Ink-Druckern kein Problem mehr dar. Der Einsatz großer Tintentanks mit relativ günstiger Nachfülltinte statt kleiner und teurer Patronen senkt bei Business-Ink die Druckkosten und steigert die Reichweite. Dafür sind die Geräte tendenziell sogar teurer als vergleichbare Laser- oder LED-Drucker. Bei diesen sind dafür die Kosten für die Verbrauchsmaterialien höher. Auf der anderen Seite hat auch die Entwicklung bei den Laser- und LED-Geräten keine Pause gemacht. Diese sind günstiger, kompakter und leichter geworden. Zudem besteht moderner Toner aus kleineren und regelmäßiger geformten Partikeln, die bereits bei niedrigerer Temperatur schmelzen. So kommen aktuelle Laserdrucker nicht nur mit weniger Toner aus, sondern sie benötigen auch weniger Energie. Denn ein Großteil der Leistungsaufnahme geht auf das Konto der Fixiereinheit. Die ist inzwischen oft so aufgebaut, dass sie schneller aufgeheizt werden kann. Das beschleunigt den Druck der ersten Seite. Wenn es nicht ganz so schnell gehen muss, können moderne Laserdrucker durch Drosselung der Geschwindigkeit Energie sparen.

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