Waßmer - Helmut-Schmidt

Helmut-Schmidt-Universität
Institut für Automatisierungstechnik – Prozessdatenverarbeitung
Olt Marcel Waßmer (2004)
Die Drucktechnik „Drop-on-Demand“ bei Tintenstrahldruckern
Univ.-Prof. Dr.-Ing Klaus Krüger
Betreuer : Dipl.-Ing. Dominik Cibis
In dieser Studienarbeit ist die Drucktechnik „Drop-on-Demand“ (DOD) anderen Drucktechniken
gegenüber gestellt worden, und ihre verschiedenen Methodiken wurden analysiert und erklärt. Anhand
des aktuellen Standes der Technik kann eine Möglichkeitenabschätzung für die Herstellung von passiven
Elementen mit Tintenstrahldruckern gezogen werden.
Die rasante Entwicklung von der Entdeckung der Grundlagen über die ersten Anwendungen bis hin zu
den ersten DOD-Systemen ist aufgeführt. Die Weiterentwicklung seit Ende der 80er Jahre ist zu großen
Teilen den kommerziellen Druckern für den wachsenden Computermassenmarkt zu verdanken. Auch
heute werden neue Maßstäbe und Entwicklungsideen oft vom Nutzen zum grafischen Drucken abhängig
gemacht.
Die Untersuchung der einzelnen Methodiken der verschiedenen Tintenstrahltechnologien führt zu der
Erkenntnis, dass die Continuous-Ink-Jet-Technik aufgrund ihrer Arbeitsweise und Eigenschaften als
Verfahren zum Drucken von Dickschichtbausteinen ausgeschlossen werden kann. Hier zeigen sich die
beiden DOD-Methoden Bubble-Jet und Piezo-Jet allen sonstigen Verfahren überlegen und als einzige für
das Drucken von elektrischen Bauteilen geeignet.
Der aktuelle Stand der Tintenstrahldrucker und Mikrodosiersysteme mit Bubble-Jet- und Piezo-JetTechnik ist anhand auf dem Markt verfügbarer Modelle untersucht worden. Ihre Leistungsdaten wie
Auflösungsvermögen oder Möglichkeit, verschiedene Tinten zu verarbeiten wird untersucht und beurteilt.
Es fällt auf, dass sich die Bubble-Jet-Technik nur im grafischen Bereich durchsetzen konnte. Ebenso wird
in dieser Arbeit ein Blick auf zukünftige Entwicklungen geworfen und gezeigt, dass die Entwicklung
neuer Methodiken noch nicht zum Stillstand gekommen ist, und die Grenzen der Miniaturisierung noch
nicht erreicht sind. Der Stand der Technik hat sich gerade in einen Bereich vorgearbeitet, der es möglich
machen kann, passive Elemente zu drucken. Neuentwicklungen oder die Weiterentwicklung vorhandener
Technologien sind notwendig, um ein präzises und
robustes Verfahren zu entwickeln, das sich für eine
Massenfertigung eignet.
Da ein DOD-Drucksystem nur dann funktioniert,
wenn es mit der verwendeten Tinte kompatibel ist,
stehen die Erkenntnisse über Tinten verschiedener,
fertigender Anwendungen ebenfalls im Blickpunkt
dieser Studienarbeit. Tinten müssen als fester
Bestandteil eines Drucksystems betrachtet werden.
Die unterschiedlichen geforderten Eigenschaften der
Tinten sind oft schwer miteinander vereinbar oder
sogar widersprüchlich. Eine Kompatibilität der
Bubble-Jet-Technik mit einer höherviskosen
kolloiden Suspension, die zu Dickschichtbausteinen
verarbeitet werden kann, wird ausgeschlossen. Das
Piezo-Jet-Verfahren ist somit nach aktuellem Stand
die einzige DOD-Methode, die sich prinzipiell für
diese Anwendung eignet. In Bild 1 sind der Aufbau
und die Funktionsweise eines Piezodruckers dargestellt. Durch Anlegen einer Spannung an das
Piezoelement dehnt es sich aus. Dadurch bilden sich
in der Tintenkammer Druckwellen, die die Tinte in
Tröpfchen aus der Düse drücken.
Bild 1: Schema eines Piezo-DOD-Drucksystems [Fuller 02]
In dieser Studienarbeit werden zwei mögliche Wege
zur Konzeption eines Drucksystems hervorgehoben.
Der erste hat eine Tinte zur Grundlage, die sich
zweifelsfrei als Druckmaterial eignet. Danach muss das Drucksystem ausgelegt werden. Der zweite Weg
ist der umgekehrte: Es liegt ein fertiges Drucksystem vor, und eine kolloide Suspension dazu wird
entworfen. Welcher der beiden Wege schneller zum Ziel führt oder führen kann, ist anhand einiger
Beispiele aus bisherigen Arbeiten im Bereich der industriellen Fertigung dargestellt worden.
Die Entwicklung von Tintenstrahldruckern zu Mikrodosiersystemen für die unterschiedlichsten
Anwendungen steht noch am Anfang. Neue Entwicklungen und weitere Miniaturisierung werden die
Mikrodosiersysteme leistungsfähiger und robuster machen.
Die Herausforderungen für die Zukunft bestehen darin, in Versuchen ein System Drucker - Tinte zu
entwickeln, das zuverlässig kompatibel arbeitet. Diese Studienarbeit hat dafür die Hintergründe und
Grundlagen der DOD-Technik beleuchtet.