Thermal InkJet (TIJ) Drucker - Funktionsweise
Thermal-InkJet-Drucker (TIJ) werden überwiegend im industriellen Einsatz zur Produktkennzeichnung verwendet. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo Texte, Mindesthaltbarkeitsdaten, Chargennummern, Barcodes, 2D-Codes (z. B. DataMatrix, QR) oder Logos direkt auf das Produkt oder die Verpackung aufgebracht werden müssen – oft bei hohen Geschwindigkeiten und wechselnden Produkten.
Das Thermal-InkJet-Verfahren (TIJ-Verfahren) ist eine Entwicklung des Druckerherstellers Hewlett Packard (HP) aus den USA. Prinzipiell ist die HP-Thermal-InkJet-Technik mit der Technik moderner Bürotintenstrahldrucker vergleichbar. Für den industriellen Bedarf wurde diese Technologie jedoch weiterentwickelt und in robuste Kennzeichnungssysteme integriert, die speziell für den Dauereinsatz an Produktionslinien ausgelegt sind.
HP TIJ 1.0, HP TIJ 2.5 und HP 45
Die Schreibköpfe im Thermal-InkJet-Bereich bestehen hauptsächlich aus Kartuschen, in denen sowohl die Druckdüsen als auch das Tintenreservoir untergebracht sind. Man unterscheidet dabei unter anderem:
- HP TIJ 1.0 Kartuschen
für kleine, leichte und mobile Geräte, z. B. Handdrucker oder kompakte Systeme für flexible Anwendungen. - HP TIJ 2.5 Kartuschen
für stationäre industrielle Kennzeichnungsanlagen. In diesem Bereich hat sich vor allem die HP 45-Kartusche sehr stark verbreitet. Sie enthält eine hohe Anzahl von Mikrodüsen in einer Linie und ermöglicht damit hochauflösende Druckbilder bei gleichzeitig hoher Liniengeschwindigkeit.
In industriellen Thermal-InkJet-Systemen von WOLF-Signiertechnik werden diese HP-Drucktechnologien in ein robustes Gehäuse integriert. Ergänzt werden sie durch:
- eine leistungsfähige Steuerung (Controller) mit Bedienoberfläche,
- Schnittstellen zur Produktionslinie (z. B. Sensoren, Encoder, SPS-Anbindung),
- Halterungen zur Montage an Förderbändern oder Verpackungsmaschinen.
So entsteht aus der reinen HP-Drucktechnologie ein komplett integriertes Kennzeichnungssystem für die industrielle Praxis.
Funktionsweise des Thermal-InkJet-Verfahrens
Die Funktionsweise des Thermal-InkJet-Verfahrens beruht darauf, dass die Tinte durch Kapillarwirkung aus dem Tintenreservoir in Richtung der Düsen steigt. Die Tinte füllt dabei feine Kanäle, die zu den Düsenöffnungen führen.
Den Düsenöffnungen vorgelagert befinden sich winzige elektrische Heizelemente (Thermoelemente/Heizwiderstände). Diese erwärmen die im Düsenkanal befindliche Tinte in extrem kurzen Zeitintervallen so stark, dass sich eine kleine Gas- bzw. Dampfblase bildet.
Wird eine für die verwendete Tinte ausreichende Temperatur erreicht, vergrößert sich diese Blase schlagartig und ein Tintentropfen wird aus der Düsenöffnung herausgeschleudert. Durch die Energie, die bei der Bildung und dem Kollaps der Gasblase entsteht, kann der Tintentropfen eine Strecke von etwa 3–5 mm bis zur Oberfläche des Bedruckstoffes zurücklegen.
Durch den Volumenverlust im Düsenkanal fließt mittels Kapillarwirkung weitere Tinte aus dem Reservoir nach. Dieser Vorgang wird elektronisch präzise gesteuert und kann – je nach System – bis zu etwa 15.000-mal pro Sekunde pro Düse stattfinden.
Da in einer Kartusche hunderte solcher Düsen nebeneinander angeordnet sind, entsteht beim Vorbeilaufen des Produktes am Druckkopf ein gestochen scharfes Druckbild aus vielen mikroskopisch kleinen Tropfen.
Steuerung an der Produktionslinie
In der industriellen Anwendung wird der Thermal-InkJet-Drucker typischerweise direkt an der Verpackungs- oder Abfülllinie montiert:
- Produktsensor: Ein Sensor erkennt das ankommende Produkt auf dem Förderband.
- Geschwindigkeitserfassung: Optional misst ein Encoder die tatsächliche Bandgeschwindigkeit und Produktposition.
- Controller: Auf Basis dieser Signale berechnet der Controller den exakten Zeitpunkt, zu dem die Tintentropfen abgeschossen werden müssen.
- Druckprozess: Während das Produkt die definierte Druckposition passiert, werden die einzelnen Düsen gezielt angesteuert – Punkt für Punkt entsteht Text, Code oder Logo.
So kann der Druck exakt an der gewünschten Stelle und synchron zur Linie erfolgen, sogar bei hohen Geschwindigkeiten oder variablen Produktabständen.
Tinten für verschiedene Materialien
Für Thermal-InkJet-Systeme stehen unterschiedliche Tinten zur Verfügung, die auf das jeweilige Einsatzgebiet abgestimmt sind:
- Wasserbasierte Tinten
ideal für saugende Materialien wie Papier, Karton, Holz oder bestimmte Etikettenoberflächen. - Lösemittelbasierte und schnelltrocknende Tinten
für nicht saugende oder schwer bedruckbare Substrate, z. B. Glas, lackierte Oberflächen, Folien, Metall, Blisterverpackungen. - Spezialtinten
mit besonderen Eigenschaften wie erhöhter Abriebfestigkeit, UV-Beständigkeit oder besonderem Kontrast (z. B. für dunkle Untergründe).
Die Wahl der richtigen Tinte ist entscheidend für Haftung, Trocknungszeit und Lesbarkeit – insbesondere bei Barcodes und 2D-Codes.
Typische Einsatzbereiche von Thermal-InkJet-Systemen
Thermal-InkJet-Drucker von WOLF-Signiertechnik werden in vielen Branchen eingesetzt, unter anderem:
- Lebensmittel- und Getränkeindustrie
- Pharma- und Kosmetikindustrie
- Chemische Industrie
- Logistik, Karton- und Tray-Bedruckung
- Elektro- und Metallindustrie
Typische Anwendungen sind:
- Mindesthaltbarkeitsdaten (MHD)
- Chargen- und Losnummern
- Uhrzeit- und Datumskennzeichnung
- Barcodes (EAN, Code 128 etc.)
- 2D-Codes (DataMatrix, QR-Code)
- Logos, Piktogramme und einfache Grafiken
Durch die hohe Auflösung eignen sich TIJ-Systeme besonders für kleine Schriften, feine Linien, detaillierte Codes und klare Lesbarkeit.
Vorteile der Thermal-InkJet-Technik im industriellen Einsatz
Im Vergleich zu anderen Kennzeichnungsverfahren bietet die Thermal-InkJet-Technologie eine Reihe von Vorteilen:
- Hohe Druckauflösung
Ideal für kleine Schriften, Logos und 1D-/2D-Codes mit hoher Lesesicherheit. - Sauberes System
Kein Tintennebel wie bei manchen kontinuierlichen Tintenstrahlsystemen (CIJ), kaum Verschmutzung im Umfeld des Druckers. - Wartungsarm
Druckkopf und Tintenreservoir sind in einer Kartusche vereint. Bei nachlassender Qualität oder Tintenende wird einfach die Patrone getauscht – ohne aufwändige Reinigungsprozesse. - Einfache Handhabung
Schneller Wechsel von Kartuschen, Layouts und Druckbildern; ideal bei häufigen Produkt- und Formatwechseln. - Flexible Integration
Kompakte Bauweise, einfache Montage an Förderbändern oder Maschinen, verschiedene Schnittstellen zur Anbindung an bestehende Anlagen und Steuerungen. - Hohe Prozesssicherheit
Durch präzise elektronische Ansteuerung, Sensorik und optionale Anbindung an übergeordnete Systeme.
Grenzen und technische Rahmenbedingungen
Wie jedes Kennzeichnungsverfahren hat auch die Thermal-InkJet-Technik ihre Rahmenbedingungen:
- Druckabstand
Der optimale Abstand zwischen Druckkopf und Produkt liegt typischerweise bei wenigen Millimetern. Das Produkt muss also relativ genau an der Druckposition geführt werden. - Materialabhängigkeit
Nicht jede Tinte haftet auf jedem Untergrund. Die Auswahl der richtigen Tinte und ggf. Vorversuche sind wichtig, besonders auf schwierigen Materialien. - Sehr hohe Geschwindigkeiten / große Druckhöhen
Für extrem hohe Liniengeschwindigkeiten oder sehr große Druckbilder können je nach Anwendung andere Verfahren (z. B. CIJ oder mehrere Köpfe kombiniert) sinnvoll sein. In vielen Standard-Anwendungen bietet TIJ jedoch ein sehr attraktives Verhältnis aus Qualität, Kosten und Aufwand.
Fazit
Thermal-InkJet-Drucker mit HP-Technologie – insbesondere mit Kartuschen wie HP TIJ 2.5 bzw. HP 45 – sind leistungsfähige, saubere und wartungsarme Systeme für die industrielle Produktkennzeichnung. Durch präzise Tropfenerzeugung mittels kurzzeitig erhitzter Tinte, hohe Düsenanzahl und intelligente Steuerung entstehen bei hoher Liniengeschwindigkeit gestochen scharfe und gut lesbare Kennzeichnungen direkt in Ihrer Produktion.
Synonyme
Thermo-Inkjetdrucker
TIJ-Drucker