Drucker
Unterscheidung von Druckern:
Impact oder Non-Impact Drucker (Impact = Aufprall):
Impact Drucker sind Anschlagdrucker, welche das zu Druckende durch einen Aufprall auf ein Farbband
auf das dahinterliegende Papier bringen. Ein Beispiel dafür ist der Nadeldrucker.
Vorteile:
- Robust und einfach Aufgebaut, wenig Wartungsaufwand
- Dokumentenecht (Urkundengeeignet)
- Kein spezielles Papier notwendig
- Zeilenweiser Druck möglich -> Endlospapierfähig
- Geringe Verbrauchskosten (Farbband)
Nachteile:
- Starker Lärm
- Niedrige Druckqualität
- Langsam
- Abhörbar
Non- Impact Drucker kommen ohne feste Druck Form aus.
Z.B.: Laserdrucker, Tintenstrahldrucker.
Diese lösten die Impact Drucker in den 1980er Jahren weitgehend ab.
Vorteile:
- Geringer Lärm
- Hohe Druckqualität
- Schneller
Nachteile:
- Mehr Wartungen
- Oft spezielles Papier notwendig
- Hohe Verbrauchskosten (Toner,…)
Typenraddrucker oder Matrixdrucker (Druckerprinzipien):
Typenraddrucker drucken ganze Buchstaben und haben, ähnlich wie eine mechanische Schreibmaschine, einen fixen Zeichensatz. Er schaffte ca. 100 Zeichen pro Sekunde.
Matrixdrucker drucken hingegen punktweise. Er kann also jede Art von Buchstabe oder auch Grafik drucken.
GDI (Graphik Device Interface) oder PCL (Printer Command Language) Drucker
GDI- Drucker haben einen schlechten Prozessor und geringen Speicher. Daher sind diese günstiger. Der Druckvorgang erfolgt über die Ressourcen vom PC.
PCL- Drucker werden mit einer entsprechenden Druckersprache angesteuert. Sie haben einen guten Prozessor eingebaut und verfügen über mehr Arbeitsspeicher. Sie belasten die Ressourcen vom PC nicht.
Druckerprinzipen:
Grundsätzlich wird zwischen Zeilen- und Seitendruckern unterschieden.
Zeilendrucker (Geben Zeile für Zeile aus; Endlospapierfähig):
- Nadeldrucker
- Thermodrucker
- Tintenstrahldrucker
Seitendrucker (Das Blatt wird ausgegeben sobald der Druck vollständig ist):
- Thermotransferdrucker
- Laserdrucker
- Tintenstrahldrucker
Nadeldrucker: Nadeldrucker
Laserdrucker: Laserdrucker
Tintenstrahldrucker: Tintenstrahldrucker
Thermodrucker: Thermodrucker
Nadeldrucker
Im Druckkopf sind mehrere Nadeln senkrecht untereinander verbaut. Jede Nadel wird einzeln gesteuert. Sie werden durch einen Magneten auf ein Farbband geschlagen. Das Farbband ist meist schwarz, kann aber gegen eine beliebige andere Farbe ausgetauscht werden. Es ist sogar möglich in verschiedenen Farben zu drucken. Dazu ist ein 4- Farbband notwendig. Dieses besteht aus den Farben Cyan, Magenta, Yellow und Black. Durch vertikales Verschieben des Farbbandes bevor die Nadel zuschlägt kann die entsprechende Farbe auf das Papier gebracht werden. Wird nur das Farbband verschoben und nicht aber das Papier und die Nadel, kann durch mehrmaliges aufschlagen der Nadel eine Farbe zusammengemischt werden.
Unter dem Farbband befindet sich das Papier, auf dem kleine Punkte entstehen. Je mehr Nadeln der Drucker hat desto enger können die einzelnen Punkte gesetzt werden. Somit steigt die Druckqualität. Durch die Nadeln kann der Nadeldrucker auch Durchschläge erzeugen (praktisch für Lieferscheine die sonst doppelt gedruckt werden müssten). Nachteil: Er ist er beim Drucken sehr laut.
Der erste Nadeldrucker hatte 9 Nadeln. Somit war die Druckqualität nach den heutigen Maßstäben extrem schlecht. Dafür waren aber bis zu 6 Durchschläge (6 Blätter) und 1000 Zeichen pro Sekunde möglich. Sie werden heute noch immer eingesetzt, wo kräftige Durchschläge produziert werden müssen.
In weiterer Folge entstanden Nadeldrucker mit 12, 18, 24, und 48 Nadeln. Durch die steigernde Druckqualität und Geschwindigkeit sank aber die Durchschlagskraft.
Nadeldrucker wurden und werden noch immer häufig als Protokolldrucker eingesetzt, da sie meist mit Endlospapier beladen werden können und so Zeile für Zeile mitprotokollieren können.
Laserdrucker
Der erste Laserdrucker entstand 1970 bei Xerox und kostete damals noch mehr als 100.000$. Erst 1984 kam der erste HP Laserjet mit ca. 3.500$ auf den Markt. Somit wurde er massentauglich.
Schwarzdruck:
Im Laserdrucker befindet sich eine Trommel mit photoelektrisch aktiver Beschichtung, welche durch einen Metalldraht mit hoher Spannung (Lade- Corona) negativ aufgeladen wird. Die Beschichtung behält bei Dunkelheit ihre Ladung. Durch einen Laserstrahl werden auf der Bildtrommel die Stellen belichtet, die später schwarz werden sollen. Bei der Belichtung mit dem Laser verlieren die jeweiligen Punkte ihre Ladung. Nun ist auf der Trommel eine elektrische, spiegelverkehrte Kopie des Druckbildes.
Der Toner ist auch negativ geladen und haftet nur an den Stellen der Bildtrommel die entladen wurden. Die anderen Bereiche, welche nicht entladen wurden, stoßen den Toner ab.
Um den Toner jetzt auf das Papier zu bekommen, wird dieses durch einen Corona- Draht oder einer Ladewalze positiv aufgeladen. Kommt das Papier mit der Bildtrommel in Kontakt, übernimmt es die Tonerpartikel praktisch vollständig.
Der trotzdem noch auf der Bildtrommel haftende Toner wird durch einen Abstreifer entfernt und entweder in einen Restbehälter in der Tonerkartusche oder in einem separaten Resttonerbehälter befördert. Dazu muss die Trommel vorher komplett Entladen werden. Dies geschieht nach jedem Druckerjob. Somit werden Bildtrommeln schneller verschlissen, wenn häufig nur einzelne Seiten gedruckt werden.
Der Toner ist jetzt zwar auf dem Papier, könnte aber leicht abgestreift werden. Damit er dauerhaft auf dem Papier bleibt, wird er durch Fixierwalzen in das Papier eingebrannt ( > 180°C). Damit Tonerpartikel nicht an diesen Walzen haften bleiben, sind sie mit einer Antihaftbeschichtung ausgeführt und werden leicht negativ geladen.
Es gibt spezielle Fixierverfahren die mit 70°C arbeiten, dafür aber wesentlich Aufwendiger und demnach auch teurer sind. Diese benötigen weniger Energie und das zu bedruckende Papier kann Hitzeempfindlicher sein. Resttoner auf den Walzen wird durch einen Flies entfernt.
Bei der Ausgabe des fertig bedruckten Papiers wird die Restladung durch feine Bürsten entfernt, damit es nicht zusammenklebt.
Graustufendruck:
Billigere Laserdrucker realisieren Graustufen durch einen mehr oder weniger Dichten Punkteraster. Bessere verwenden eine Intensitätsmodulierung der Laserdiode. Dabei wird davon ausgegangen, dass ein stärkerer Laserstrahl die Bildtrommel stärker entlädt, als ein schwächerer. Dadurch bleibt mehr oder weniger Toner an der Trommel kleben. Die Auflösung wird erheblich besser.
Dies funktioniert nicht nur beim schwarzen Toner, sondern bei allen drei Farben.
Farbdruck:
Beim Farbdruck müssen alle 4 Farben C, M, Y, K (Cyan, Magenta, Yellow, Key plate (schwarz)) auf das Papier gebracht werden. Dazu werden verschiedene Verfahren verwendet:
Revolververfahren:
Hier werden die Toner in einem Revolvermagazin an die richtige Stelle gebracht. Die Belichtete Bildtrommel nimmt den Toner auf und gib das entstandene Bild an eine Transferfolie weiter. Das Tonermagazin dreht weiter und überträgt die nächste Farbe auf die Transferfolie. Sind alle Farben aufgebracht, überträgt die Transferfolie ihr Bild über eine Übertragungswalze auf das Papier. Die Druckgeschwindigkeit ist mehr als ¼ langsamer.
In- Line- System:
Eine wesentlich schnellere Form des Farblaserdrucks ermöglicht diese Verfahren. Alle Toner werden in einer Reihe angeordnet. Die gesamte Druckeinheit, ohne Fixierung, ist hier 4fach ausgeführt. Somit kann praktisch gleich schnell gedruckt werden, wie beim schwarz/ weiß Laserdrucker. Es wird allerdings mehr Platz gebraucht und der Preis ist deutlich höher.
Toner:
Es gibt grundsätzlich 3 Tonerarten:
Transferflüssigkeit:
Eine Flüssigkeit enthält die geladenen Farbpartikel. Wenn sich die Bildtrommel durch diese Flüssigkeit dreht, bleiben die geladenen Teilchen daran hängen. Diese Teilchen haben eine Größe von nur 1µm und müssen nach dem Auftrag auf das Papier nicht mehr Fixiert werden.
Zweikomponententoner:
Bei diesem sind Entwickler (feines Eisenpulver) und Toner (Farbpulver) getrennt. Das Eisenpulver dient als Träger der Tonerpartikel, wird aber nicht auf das Papier übertragen, sondern wird z.B. wieder in den Tonerbehälter abgestreift und kann somit wiederverwendet werden. Dieser Toner ist wesentlich günstiger, die Konstruktion des Druckers aber viel aufwendiger. Sie werden in Digitaldruckmaschinen und Kopierern mit hohem Druckaufkommen eingesetzt.
Einkomponententoner:
Diese werden von Standardlaserdruckern verwendet. Das Pulver ist zwischen 5 bis 30µm Groß und besteht im Wesentlichen aus Pigmenten (Farbteilchen), Kunstharz und Metalloxiden . Da die Toner auf die jeweiligen Geräte abgestimmt sind, ist es wichtig dass die Zusammensetzung der Toner genau passt.
Toner müssen laut Abfallgesetzt umweltgerecht entsorgt werden. Hersteller müssen die Kartuschen kostenlos zurücknehmen!
LED Drucker
Bei herkömmlichen Laserdruckern muss ein Laser die gesamte Breite durch einen rotierenden Spiegel belichten. LED Drucker haben statt dem Spiegel eine LED Reihe über die gesamte Trommelbreite und belichten diese sehr genau und mit hoher Geschwindigkeit, da mehrere LEDs zugleich leuchten können.
Machine Identification Code:
Da bei Farblaserdruckern die Druckqualität sehr gut und vom Original fast nicht mehr zu unterscheiden ist, drucken Farblaserdrucker kleine, meist gelbe, Punkte in einem für das Modell typischen Muster mit auf das Papier. Diese Punkte sind mit dem freien Auge nicht erkennbar, können aber maschinell erfasst werden.
Tintenstrahldrucker
Den ersten Tintenstrahldrucker stellte IBM in den 70er Jahren vor. Er arbeitet nach dem Matrix-Prinzip und ist ein Non- Impact Drucker. Der Druckkopf besteht aus einem Tintenbehälter mit vielen kleinen Düsen. Das Druckbild wird erzeugt, in dem sehr kleine Tintentropfen auf das Papier gespritzt werden. Der Druckkopf wird über einen „Schlitten“ fast berührungslos über das Papier bewegt. Die Düsen sind wesentlich kleiner als die Nadeln eines Nadeldruckers. Da die Tinte vom Papier aufgesogen wird, kommt es auch auf die Papierqualität an wie gut das Druckergebnis wird. Für aufwendige Grafiken wird oft ein Spezialpapier verwendet. Nachteil beim Drucker ist, dass die gedruckten Farben bei Sonnenlicht langsam verblassen.
Beim Auftragen der Tinte gibt es prinzipiell zwei unterschiedliche Verfahren:
CJI- Drucker (Continuous Ink Jet)
Diese Drucker werden ausschließlich in der Industrie verwendet und erzeugen einen kontinuierlichen (immer andauernden) Tintenstrahl.
Die Tinte wird in eine Kammer gepumpt. Dort wird ein Piezokristall zum Schwingen gebracht, der den Tintenstrom in kleine Tröpfchen zerteilt und in Richtung Papier schleudert. Auf diesem Weg werden die Tintentröpfchen elektrisch aufgeladen und anschließend durch die Ablenkelektroden auf die richtige Stelle gelenkt. Diese Tröpfchen schießen mit 10 bis 40m/s auf das Papier.
Wenn nichts gedruckt werden soll (z.B. zwischen zwei Buchstaben) wird der Tintenstrahl, der nicht abgerissen werden kann, auf die Tintenrückführung gelenkt. Dieser führt die nicht verwendete Tinte wieder zurück in den Tintenbehälter. Umso weiter der Druckkopf vom Papier entfernt ist, desto breiter kann der Druckkopf drucken, es wird aber auch die Auflösung dementsprechend schlechter.
Thermodrucker
Beim Thermodrucker wird durch Hitzeeinwirkung auf ein spezielles Thermopapier oder auf ein Farbband das zu druckende auf Papier gebracht. Es gibt drei Verfahren beim Thermodrucker:
Thermodirektdruck:
Dies ist ein einfach aufgebauter Drucker. Er besteht aus einem Heizelement, unter welchem das Thermopapier durchgezogen wird. Ein Thermodruckkopf mit einzeln ansteuerbaren Heizelementen kann sich entweder quer über das Papier bewegen oder ist so breit wie das Papier und besteht aus vielen kleinen Heizelementen. Das Thermopapier ist mit Wachs/ Harz beschichtet und verfärbt sich bei einer Hitzeeinwirkung. Graustufen werden als Raster gedruckt, da die Toleranz bei der Beschichtung zu hoch ist um saubere Graustufen zu erzeugen.
Die Linien in Druckrichtung sind sehr exakt, da das Heizelement nicht abgeschälten werden muss. Deshalb sollte man z.B. die Linien von Barcodes immer in Papiervorschubrichtung drucken.
Die Druckkosten sind sehr gering, da weder Toner noch Farbbänder gebraucht werden. Auch Endlosdrucke sind möglich. Die Lebensdauer ist sehr hoch, da der Drucker sehr simpel aufgebaut ist. Einsatzbereiche sind u.a. Rechnungsdrucker bei Kassen, Etikettendrucker…
Einzig der Druckkopf ist ein Verschleißteil, da das Papier ständig darunter Vorbeigezogen wird, und dieser abschleift. Die Lebensdauer hängt von der Qualität des Thermopapiers ab. Man geht von ca. 100km pro Druckkopf aus. Die Druckgeschwindigkeit beträgt ca. 300mm/s bis 500mm/s. Das Papier bleicht nach der Zeit aus. Dieser Vorgang wird durch Sonnenlicht (UV), Wasser… beschleunigt.
Durch spezielle Beschichtungen kann das Papier sowohl UV unempfindlich als auch 2 farbig bedruckt werden. Wenn Zwei Farben gedruckt werden, wird der Leuchtstoff durch verschiedene Temperaturen dazu gebracht.
Außerdem ist es möglich 2- lagige Durchschläge zu produzieren. Dazu werden 2 beschichtete Papiere und ein entsprechend Starker Thermodruckkopf eingesetzt.
Thermotransferdruck:
Der Druckkopf ist fast gleich wie beim Thermodirektdruck, nur das zwischen dem Papier und dem Druckkopf eine mit Farbe beschichtete Transferfolie durchgezogen wird. Durch die Temperatureinflüsse wird die Farbe von der Folie gelöst und auf das Papier gepresst. Der Druck ist zwar sehr exakt, jedoch können die Farben nicht gemischt werden. Zwischenfarben werden im Rasterdruck erzeugt, was jedoch die Auflösung stark beeinträchtigt. Wie auch bei den Farbbändern von Nadel und Typenraddruckern besteht auch hier ein Sicherheitsrisiko, da auf den verbrauchten Transferfolien eine Negativkopie der Ausdrucke zu finden ist. Die Haltbarkeit wird dauerhaft angegeben, da es von der Qualität der Farbe abhängt wie lange der Druck bestehen bleibt. Solche Drucker erkennt man durch die Hochglanz Beschichtung.
Thermosublimationsdruck:
Dieser Drucker ist dem Thermotransferdrucker sehr ähnlich. Es wird wieder eine Transferfolie zwischen dem Druckkopf und dem Papier durchgezogen. Hier wird der Farbstoff auf der Transferfolie jedoch so stark erhitzt, dass dieser sofort verdampft und in das Papier eindringt. Somit ist man auch in der Lage, die Farbmenge zu dosieren. So sind bis zu 64 verschiedene Abstufungen möglich. Dies reicht für eine akzeptable Farbwiedergabe vollkommen aus.
Das zu bedruckende Material muss nicht unbedingt Papier sein, sondern darf alles sein, das die Farbe aufnimmt. Daher werden mit diesem Drucker auch Textilien, Schilder usw. bedruckt.
