Druckkopf: Mehr Düsen, höhere Druckgeschwindigkeitkeit

Weil sämtliche Hersteller von Großformatdruckern die Geschwindigkeit und Auflösung ihrer Maschinen regelmäßig steigern, wird auch das Design der Druckköpfe komplexer. In aktuellen Druckern arbeiten bis zu 8.000 Düsen, von denen jede einzelne bis zu 40.000 Mal in der Sekunde ein Tintentröpfchen ausstößt. Deshalb benötigt man ausgefeilte elektronische und mechanische Systeme, um solche Drucker zu steuern. Der eigentliche Grundstein aber ist der Druckkopf. In diesem Artikel erklärt EFI-Vutek die Unterschiede, die es bei der Architektur und dem Design von Druckköpfen gibt – und wie sich diese nicht nur auf die Bildqualität, sondern auch auf die Zuverlässigkeit des Systems, seine Wartung und seine Unterhaltskosten auswirken.

Weniger Druckköpfe, mehr Vorteile

Der Druckkopf ist das wahre Herz eines jeden Druckers. Denn die Kombination aus der Düsenanzahl und der Geschwindigkeit, mit der die einzelnen Tröpfchen ausgestoßen werden, ergibt die Endgeschwindigkeit der Maschine. Generell kann man sagen, dass eine größere Düsenanzahl sich auch in einer höheren Geschwindigkeit niederschlägt. Hersteller können diese also auf zwei Arten erhöhen: Indem sie mehr Druckköpfe einbauen oder indem sie die Düsendichte erhöhen. Der Düsendichte kommt zentrale Bedeutung zu, wenn man die Architektur eines Druckers beurteilen will, denn sie wirkt sich auf die Zuverlässigkeit des Systems genauso aus wie auf seine Kosten und seine Druckqualität. Wird ein Druckkopf mit mehr Düsen gewählt, so zieht dies ein einfacheres Design mit weniger Druckköpfen nach sich. 

Druckköpfe sind sehr komplexe Bauteile mit Schaltkreisen, Piezo-Technologie, Kabeln und Zuführungen für die Tinte sowie das benötigte Vakuum. Sinkt ihre Zahl, so verringern sich auch die Punkte, an denen es zu Problemen kommen kann, etwa weil ein Bauteil ausfällt oder eine Verbindung nicht dicht ist. Bei allen Anbietern ist es deshalb so, dass jede neue Druckkopfgeneration mehr Düsen aufweist als der Vorgänger, schlicht um eine einfachere und damit zuverlässigere Architektur zu ermöglichen. 

Druckköpfe sind auf einem Schlitten befestigt, der täglich tausende Male auf seiner Führung hin- und herschießt. Ist die Anzahl der Druckköpfe kleiner, so passen diese auf einen kompakteren Träger. Dieser belastet auch das gesamte System weniger. So können leichtere Rahmen, aber auch einfachere, zuverlässige Systeme zum Bewegen des Druckschlittens eingesetzt werden, was Kosten spart. Anders gesagt: Drucker mit vielen Köpfen sind komplizierter aufgebaut, sie benötigen schwere Führungen mit magnetischen Linearantrieben und eine besonders massive Chassis. Das erhöht die Komplexität und treibt die Kosten nach oben. 

Düsendichte beeinflusst Zuverlässigkeit und Kosten

Alle Düsen in einem Kopf müssen perfekt ausgerichtet sein, damit sich die richtige Druckqualität erreichen lässt. Das ist ein zweistufiger Prozess: Zunächst werden die Düsen mit einem Laser in den Druckkopf geschnitten und danach die Köpfe in den Druckschlitten gesetzt. Der Laser arbeitet sehr genau, doch trotzdem müssen die Druckköpfe noch mechanisch ausgerichtet werden. Dabei treten Toleranzen auf. Wenn der einzelne Kopf mit einer größeren Zahl von Düsen ausgestattet ist, müssen weniger Köpfe ausgerichtet werden, die Toleranzen sinken, und die Druckqualität steigt. Bei der Herstellung spielen diese Toleranzen kaum eine Rolle, deshalb gibt es bei neuen Maschinen selten Probleme bei der Druckqualität. Wenn jedoch später Köpfe ausgetauscht werden, ist es gut möglich, dass diese nicht so exakt ausgerichtet werden können, und somit die Qualität mit der Zeit sinkt. Deshalb führen Köpfe mit höherer Düsendichte während der gesamten Lebensdauer der Maschine zu einer besseren Druckqualität – einfach, weil es weniger Angriffspunkte gibt. 
Die Preise für Druckköpfe unterliegen einer großen Spannbreite, die sich nach der Geschwindigkeit und nach der Ausstattung richtet. Wenn man also den Preis im Vergleich zur Geschwindigkeit beurteilt, sollte man der Kalkulation den Preis pro Düse zugrunde legen. Der liegt bei einem Kopf mit 508 Düsen typischerweise niedriger als bei einem mit 128, da das Material besser ausgenutzt wird und die Produktion effizienter ist. Manche Hersteller fassen Köpfe mit einer niedrigeren Düsenzahl zu Arrays zusammen. So wird das Problem der geringeren Düsendichte zwar kreativ gelöst, doch der Produktionsprozess wird dadurch komplexer und teurer. Zu bedenken ist auch, dass der Ausfall eines einzigen Kopfes in einem Array dazu führen kann, dass das gesamte Array ausgetauscht werden muss, was die Servicekosten in die Höhe treibt. 

Die Wartung von Digitaldruck-Köpfen

Wenn ein Druckkopf ausfällt, hat das in den seltensten Fällen mechanische Gründe, denn er hat praktisch keine mechanischen Teile. Häufiger kommt es schon vor, dass Staub oder Abrieb die Düsen verstopfen. Wenn die Möglichkeit besteht, den Abrieb zu entfernen, ohne dass ein Servicetechniker einspringen muss, vergrößert sich die Zeit, in der der Drucker ohne Störung im Einsatz ist. Wenn man Düsen von Verunreinigungen befreien will, werden die Köpfe zunächst ganz einfach gepurgt. Tritt dadurch keine Besserung ein, haben einige Drucker ein Reinigungssystem mit aggressiveren Lösemitteln. 

Sollte auch das nicht fruchten, muss der Kopf ausgetauscht werden. Das kann bedeuten, dass der Drucker tagelang nicht arbeitet, wenn ein Servicetechniker gerufen werden muss. Oder aber der Druckschlitten ist so aufgebaut, dass der Anwender den Kopf selbst tauschen kann, weil nur eine minimale Ausrichtung erforderlich ist. Ein Ausrichtungssystem ist eine hochpräzise Vorrichtung, die es dem Anwender erlaubt, den Druckkopf schnell zu entfernen und wieder im Schlitten zu positionieren. Damit kann ein Drucker innerhalb einer Stunde wieder flottgemacht werden. Man kann dann versuchen, den verstopften Druckkopf außerhalb des Druckers zu reinigen, indem Lösemittel in umgekehrter Richtung in die Düsen gepumpt wird, damit sich die Verschmutzung löst. Gelingt dies, kann der Druckkopf für die künftige Weiterverwendung eingelagert werden, es entstehen also durch den Austausch praktisch keine Kosten. Die Möglichkeit, Druckköpfe selbst auszutauschen und sie mit aggressiven Lösemitteln zu reinigen, ist eine wichtige Komponente der Maschinenarchitektur, denn sie reduziert sowohl Stillstandszeiten als auch Unterhaltskosten erheblich. 

Druckköpfe sind die wichtigsten Komponenten im Digitaldruck

Druckköpfe sind wichtige Bauteile, sie beeinflussen das gesamte mechanische und elektrische Design eines Druckers ebenso wie seine Leistungsfähigkeit. Im besten Falle sind sie zuverlässig und leicht zu warten und liefern dabei eine optimale Platzierung der Tintentröpfchen – und das während der gesamten Lebenszeit der Maschine. Eine hohe Düsendichte ist dabei ein Schlüsselfaktor, denn sie ermöglicht eine geringere Anzahl von Köpfen und damit eine einfachere Bauart des Druckers, was sich in geringeren Unterhaltskosten niederschlägt.

Übersetzung: Sonja Angerer