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Epson Piezo-Tintendrucktechnologie

 
Die Vorteile des Einsatzes der Piezo-Technologie bei Tintendruckern lassen sich schnell aufzählen: Diese Technologie ist robust, hält ein Druckerleben lang, positioniert die einzelnen Tintentropfen kontinuierlich mit größter Präzision und höchster Geschwindigkeit auf dem Papier und erlaubt es, mit den derzeit kleinsten Tropfengrößen der Druckerwelt zu arbeiten. Diese Faktoren zusammengenommen zeichnen diese Drucktechnik als eine der besten heute für Computerdrucker verfügbaren Technologien aus, die in Bezug auf Qualität und Geschwindigkeit vielfach ausgezeichnete Maßstäbe setzt.
All diese Faktoren sind die Ergebnisse einer umfassenden Entwicklungsarbeit, die von den Forschungsabteilungen bei Epson konsequent vorangetrieben worden ist. Die grundlegende Funktionsweise des Piezo-Druckkopfes hat sich in dieser Zeit nicht geändert, es sind aber zahlreiche neue Technologien und Verfahren für eine noch bessere Druckqualität hinzugekommen.

Die Piezo-Technologie
Bei der von Epson entwickelten Piezo-Technologie wird die Tinte mechanisch aus der Düse herausgepresst. Dafür sorgt ein Keramikbauteil, das auch aus Feuerzeugen bekannt ist: der Piezo-Kristall. Dieser Kristall hat eine besondere Eigenschaft, die sich die Epson-Entwickler zunutze gemacht haben: Er dehnt sich aus, sobald eine elektrische Spannung angelegt wird.

Der Piezo-Kristall sitzt {position: relative; float: right; top: 0px; left: 20px; width: 184px;}in den Tintenkanälen der Druckköpfe. Er erzeugt bei angelegter Spannung den nötigen Druck, um die Tinte aus der Düse zu befördern. Da es sich um ein mechanisches Verfahren handelt, kann diese Technik sehr genau gesteuert werden, die sogenannte Impulsdauer ist extrem kurz. Fließt der Strom, erreicht der Druck im Innern der Kammer nach nur 5 Mikrosekunden seinen maximalen Wert. Nach weiteren 5 Mikrosekunden ist er dann nach Wegnahme der Spannung wieder auf Null. Das Ergebnis: Die Entwickler arbeiten mit definierten Zuständen der einzelnen Düse, der gesamte Druckvorgang läßt sich äußerst genau steuern.

 

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Ein Druckerleben lang
Die Piezo-Technologie benötigt eine recht aufwendige Steuerung im Innern des Druckkopfes, damit die gewünschte Druckperfektion erreicht wird. Die Epson-Entwickler setzen daher auf Permanent-Druckköpfe, die nicht ausgetauscht werden müssen. Das spart nicht nur Kosten und schont die Umwelt – es ermöglicht auch eine äußerst präzise Technologie. Da der Druckkopf ein Druckerleben lang hält, kann er erheblich genauer im Gerät justiert werden als dies bei anderen Verfahren der Fall ist. Das Ergebnis ist eine hervorragende Druckqualität, die ihresgleichen sucht.

Die Kanäle im Innern des Druckers nehmen zusammen mit dem Piezo-Element und der Steuerung mehr Platz ein, als beim Bubble-Jet-Verfahren. Deshalb hat ein typischer Piezo-Druckkopf weniger Düsen, als ein nach dem Bubble-Jet-Verfahren arbeitender Drucker. Dies hat keine Auswirkungen auf die Qualität – im Gegenteil: Der Piezo-Druckkopf kann kleinere Punkte zu Papier bringen, da die mechanische Steuerung exakter arbeitet.

 

  Technische Höchstleistungen
Der Piezo-Druckkopf eines Epson Tintendruckers ist ein technologisches Meisterwerk. So spritzt die Tinte zwischen 20.000 und 30.000 Mal pro Sekunde (!) aus einer einzigen Düse. Ein solcher Drucker verfügt typischerweise über 64 bis zu 180 Düsen für die schwarze Tinte und je 48 bis 96 Düsen für jede der drei bis fünf farbigen Tinten. Auf diese Weise steuert der Kopf einige Millionen Vorgänge in jeder Sekunde, wenn er beispielsweise ein farbiges Bild druckt.

Rasterweiten
Der Druckkopf wird von einem Motor bewegt, der bei Epson in der rechten Gehäusehälfte außen sitzt. Dieser Motor ist in der Lage, den Kopf extrem genau zu positionieren – trotz der hohen Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt. Immerhin läuft dieser Kopf einige hundert Mal in der Minute von rechts nach links und zurück. Entscheidend für den Druck ist das Raster, in das der Drucker seine Punkte setzt. Das Raster ist zunächst einmal eine Größe für die Positionierung des Druckkopfes. Wenn ein Drucker in einem 720 dpi-Raster druckt, dann bedeutet dies, daß er den Druckkopf auf 1/720 Inch genau positionieren kann. Ein Inch ist 2,54 Zentimeter groß, der Rasterschritt entspricht folglich 0,000035 Meter.

Heute sind 180 dpi-Raster die untere Grenze, die Tintendrucker verwenden, das Standardmodell nutzt ein 2880 dpi-Raster. Bei Epson werden bis zu 5760 dpi große Raster zugrundegelegt. Die unterschiedlichen Zahlen hängen mit der Höhe und der Positionierung des Druckkopfes zusammen.

Die Größe der Punkte
Erst in einem zweiten Schritt sagt die Rastergröße, die meist auch die maßgebliche Einheit bei den technischen Daten ist, etwas über die kleinste Punktgröße aus. Denn was hilft das feinste Raster, also die genaue Positionierung des Druckkopfes, wenn der herausgespritzte Tintentropfen dann so groß ist, daß zwanzig oder mehr Rasterfelder damit bedeckt werden. Epson bietet die Tintendrucker mit den derzeit kleinsten Tintentropfen an. Diese sind gerade noch 2 Picoliter groß und mit dem bloßen Auge bei normalem Sichtabstand nicht mehr zu erkennen. Diese Tropfen bedecken eine Fläche von 0,00003 Meter, folglich kann ein solcher Drucker hardwareseitig und systembedingt eine maximale Auflösung von 1/180 dpi erreichen. Beim Bubble-Jet-Verfahren sind es im Vergleich höchstens 1/90 dpi.

Micro, Super Micro und Ultra Micro
So wichtig eine kleine Tropfengröße für die kantenfreie Wiedergabe von Buchstaben und Linien ist, so langwierig wäre es, mit diesen kleinen Punkten eine farbige Fläche zu drucken. Deshalb variieren die Punktgrößen der Epson Tintendrucker bei allen Modellen. Zahlreiche Epson Drucker, vom Stylus C62 an aufwärts können 6 verschieden große Punkte gedruckt werden.
 

 
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Der Meniskus-Effekt
Technisch entsprechen die verschiedenen Tropfengrößen einem speziellen Verhalten des Piezo-Elements. Es wurde ja bereits erklärt, daß sich dieses Kristall beim Anlegen einer positiven Spannung nach unten verformt und so die Tinte aus der Düse herauspresst. Nach dem Abfeuern eines Tintentropfens wird der Kristall entladen, er fällt in die gerade Form zurück. Wird er nun negativ geladen, verformt sich der Kristall in die andere Richtung, nach außen. Dadurch werden zwei Effekte erreicht: Zum einen wird die Tinte an der Öffnung der Düse leicht nach innen gezogen und damit wie ein Bogen vorgespannt. Diesen Effekt nennen die Ingenieure "Meniskus Effekt", genauer beschreibt es die englische Bezeichnung „Drastic Pull Ejection Meniscus Control". Er sorgt dafür, dass die Tropfen sehr kontrolliert abgefeuert werden, und dass ein großer Tropfen nicht von mehreren kleinen sogenannten Satelliten „begleitet" wird. Das Ergebnis ist ein sauberes Druckbild.

 

  Zum anderen sorgt das Zurückziehen des Kristalls dafür, dass mehr Tinte nachfließt und ihre Menge genau kontrolliert werden kann. Das Volumen des Tropfens läßt sich auf diese Weise sehr genau steuern, denn die Dauer der Spannung entscheidet über die Größe des Tropfens. Zudem können mit derselben Düse ohne Geschwindigkeitsverlust verschieden große Tropfen hervorgebracht werden. Mit dieser „Variable Sized Droplet Technologie" hat Epson die Vorteile der Piezo-Technology noch weiter verfeinert – zum Nutzen des Anwenders, der noch bessere Ausdrucke erhält.

Verschieden großen Tropfen
Von maßgeblicher Bedeutung für die Qualität der Ausdrucke sind die verschieden großen Tropfen, die ein auf Piezobasis arbeitender Tintendrucker einsetzen kann. Das ist sehr leicht vorstellbar, denn eine Linie, die an den Rändern aus vielen winzig kleinen Punkten besteht, erscheint dem Auge viel gleichmäßiger, als eine Linie aus relativ großen Punkten. So lassen sich zum Beispiel Schriften oder feine Umrisse fast ohne jegliche Treppenbildung zu Papier bringen.

Noch wichtiger ist dieser Effekt beim Farbdruck – vor allem bei Pastelltönen. Bei den Farben werden nämlich die einzelnen Farbpunkte mit zunehmender Helligkeit der Farbtöne immer weiter auseinander angeordnet. Helligkeit entspricht also bei herkömmlichen Tintendruckern einer entsprechend großen weißen Fläche zwischen den farbigen Punkten. Je kleiner nun der einzelne Farbpunkt ist, desto enger können die einzelnen Punkte nebeneinander angeordnet werden, ohne daß der Eindruck der Farbe dunkler wäre. Das reduziert nicht die weiße Fläche insgesamt, aber es ermöglicht ein deutlich geschlosseneres Druckbild. Deshalb ist eine möglichst kleine Tropfengröße bei Farbdruck wünschenswert. Bei Epson sind die kleinsten Punkte so klein, daß sie mit dem bloßen Auge bei normalem Sichtabstand nicht mehr wahrgenommen werden können.