Exklusiv: Zu Besuch in Hewlett-Packards 'InkJet Manufacturing Organisation' in Dublin – Das Geheimnis Eures Druckers

Der Drucker zählt neben Monitor, Maus und Keyboard zu den wohl am häufigsten von PC-Usern verwendeten externen Peripheriegeräten. Es dürfte kaum jemanden geben, der nicht zu Hause oder im Büro einen Tintenstrahl- oder Laserdrucker stehen hat und ihn auch mehr oder weniger regelmäßig benutzt. Gleichzeitig gehört es zu jenen IT-Geräten, denen wir die wenigste Aufmerksamkeit schenken – es sei denn, die Tintenpatrone ist leer und teurer Nachschub muss her. Oder die Geräte können etwas Besonderes, etwa in 3D oder ohne Tinte und Papier drucken. Das mag zum einen an dem – trotz der zahlreichen Anbieter – immer irgendwie ähnlichem Design liegen, das in aller Regel meilenweit von dem Attribut „sexy“ entfernt ist. Und zum anderen an der in ihnen zum Einsatz kommenden Technik, die im Zeitalter von der Cloud, Tablets und  immer smarteren Phones fast veraltet anmutet. Hinzu kommt, dass Drucker – von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen – für Immobilität und Unflexibilität stehen und darüber hinaus durch den Bedarf an Papier nicht mehr ganz zeitgemäß erscheinen.

Während nun der erstgenannte Aspekt eine reine Geschmackssache ist und Letztgenannter durchaus die interessante Frage impliziert, wie lange Drucker in unserer sich vom (Medium) Papier entfernenden Welt noch Bestand haben werden, möchte ich nachfolgend auf den angesprochenen technischen Aspekt näher eingehen. Davon, dass beim Drucken nämlich nicht nur einfach ein bisschen Tinte auf ein Blatt Papier gespritzt wird, konnte ich mich nämlich in Irlands Hauptstadt Dublin selbst überzeugen. Dort steht ein Werk des US-amerikanischen IT-Konzerns Hewlett-Packard (siehe Teaser-Bild), in das mir das Unternehmen einen exklusiven Einblick gewährte.Zunächst einmal ein paar Fakten: DIMO – die Kurzform für Dublin InkJet Manufacturing Organisation – ist ein knapp 24 Millionen Euro teures, sich über etwa 200 Hektar erstreckendes und 1,2 Millionen Quadratmeter großes Technologie-Forschungszentrum, in dem über 2.700 HP-Mitarbeiter mit der Entwicklung neuer Verfahren im Bereich Tintenstrahl-Druck beschäftigt sind. In einem über 30.000 Quadratmeter großen, speziellen „Cleanroom“ werden dabei die Drucker-Patronen hergestellt – was ich mir näher angucken durfte.

Anhand des Bildes dürfte deutlich werden, warum dieser Bereich des Komplexes seinen Namen trägt. Hier dürfen die Mitarbeiter nur mit Ganzkörper- Schutzanzügen arbeiten, damit die Produktion der Cartridges noch nicht einmal durch die kleinste Hautschuppe verunreinigt wird. Und das darf ruhig wörtlich verstanden werden, wie mir ein HP-Entwickler erzählte. Tatsächlich sei nämlich die Düse eines Patronen-Prototypen einst von einem solchen winzigen Partikel verunreinigt worden und anschließend unbrauchbar gewesen. Er vertraute mir zudem an, dass in diesen Patronen mehr Technik-Aufwand steckt, als im gesamten restlichen Drucker. Um das aber zu verstehen, müssen wir uns zuvor genauer anschauen, welcher Prozess durch das Betätigen des „Drucken“-Button eigentlich in Gang gesetzt wird.

Die Patrone eines Tintenstrahldruckers besteht, vereinfacht gesagt, aus vier Komponenten (siehe Bild rechts): Einem Plastikbehälter für die Tinte, der Tinte selbst, einem Schwamm und dem Druckkopf. Letzterer wiederum besteht aus unzähligen Düsen, durch die die Tinte beim Drucken auf das Papier gespritzt wird. Die Düsen sind dabei nur etwa ein Drittel so breit wie ein menschliches Haar, was das Problem mit der oben angesprochenen Hautschuppe erklärt.

Wenn nun ein Druckauftrag erteilt wird, wird die Tinte in der Patrone zunächst auf – Achtung – circa 300 Grad Celsius erhitzt. Und zwar so lange, bis die teure Flüssigkeit quasi zu kochen beginnt und sich kleine Bläschen bilden. Diese werden dann einzeln durch die Düsen auf das Papier geschossen. Das nachfolgende Bild soll den Ablauf noch anschaulicher machen:

Dass die Tintenbläschen nicht vor sich hin tropfen, sondern tatsächlich hinausgeschossen werden, entspricht der Wahrheit. Sie erreichen nämlich eine Geschwindigkeit von 50 Kilometern in der Stunde. Das klingt zunächst einmal nicht viel, gemessen am geringen Abstand, den der Druckkopf aber zum Papier aufweist, erscheint die Geschwindigkeit in einem anderen Licht. Die Düsen feuern dabei nicht nur jede eines, sondern pro Sekunde 36.000 der Bläschen ab, zusammen genommen etwa 30 Millionen pro Sekunde. Welche Präzision dabei an den Tag gelegt wird, zeigt ein Vergleich: Um so exakt zu zielen wie ein Druckerkopf, müsste ein Mensch eine Weintraube aus einem 30-stöckigen Hochhaus in eine sich auf der darunter liegenden Straße befindende Tasse werfen. Und um es noch ein wenig beeindruckender zu machen: Die Tasse würde dabei von einer Person in der Hand umhergetragen werden, da sich das Papier beim Druck ja auch bewegt.

Um diese Präzision zu erreichen, musste vor allem an einer kritischen Stelle von den HP-Wissenschaftlern lange geforscht werden: der Tinte.

Sie muss nämlich bestimmte Eigenschaften aufweisen, die „gewöhnliche“ Tinte nicht hat. So muss sie etwa, wie zuvor erwähnt, bei einer bestimmten Temperatur die gewünschte Reaktion zeigen, darf weder bereits am Ausgang der Düsen trocknen, noch bevor sie das Papier erreicht. Einmal auf dem Papier, darf die Trockenzeit aber auch nicht zu lange dauern. Wer schon mal aus Versehen mit dem Finger über ein frisch gedrucktes Dokument ge- und es dabei ver-wischt hat, der weiß, wovon ich spreche. Zahlreiche andere Faktoren, die ich hier nicht alle aufzählen möchte, müssen noch erfüllt sein, damit die Tinte optimal für die Druckerpatrone geeignet ist. Und um das zu erreichen, wird sie mit den „Zutaten“ angereichert, die ihr auf dem obigen Screenshot sehen könnt.

Nun gibt es beim Druck aber noch ein weiteres Problem, das dem einen oder anderen entweder aus der eigenen Praxis bekannt ist oder das er oben erkannt hat. Es geht um die Tatsache, dass der Druckkopf nicht verschlossen ist, aber die Düsen nach unten zeigen und die Tinte somit herausfließen könnte. Damit das nicht passiert, kommt der oben erwähnte Schwamm zum Einsatz, der die Tinte aufsaugt und nur in bestimmten Dosen wieder austropfen lässt. Ist der Schwamm beschädigt oder für die Konsistenz der Tinte nicht optimal geeignet, „leckt“ die Patrone. Manch einer von euch wird dieses unerfreuliche Szenario bestimmt schon einmal selbst erlebt haben. Nach dieser zugegebenermaßen etwas oberflächlichen Beschreibung des Druck-Ablaufs kommen wir nun wieder zurück ins Labor.

Um nämlich sicherzustellen, dass die Tinte nicht nur die gewünschten Eigenschaften aufzeigt, sondern auch tatsächlich dort ankommt, wo sie hin soll, müssen die oben erwähnten Bausteine der Drucker-Patrone perfekt angefertigt werden. Und dies geschieht im DIMO-Cleanroom. Die Maschine auf dem obigen Bild misst bis auf ein Hunderstellmillimeter genau, wo die Düsen auf dem Druckkopf platziert werden müssen, wenn die beiden Komponenten in einem späteren Schritt miteinander verklebt werden. Nur falls sich jemand wundern sollte: Das Fotografieren war mir leider aus Gründen der Betriebssicherheit nicht gestattet worden. Die in diesem Artikel verwendeten Bilder wurden mir aber netterweise von HP zur Verfügung gestellt. Tatsächlich war es sogar so, dass während der Rundführung einige Male etwas aufgeregte Betriebsamkeit herrschte und Mitarbeiter eifrig damit beschäftigt waren, hier und dort Monitore auszuschalten, die offenbar wichtige Daten anzeigten. Der amüsanteste Moment war dabei, als einer der abgeschalteten Bildschirme zuvor noch eine Windows-Fehlermeldung anzeigte. Aber zurück zum Thema.

Auf dem Bild rechts ist der Abschnitt im Herstellungsprozess zu sehen, in dem aus Halbleiterscheiben die Düsen für den Druckkopf hergestellt werden. Dass sich auf dem Foto gerade kein Mitarbeiter befindet, dürfte gewollt sein. Erstaunlich fand ich aber, wie wenige HP-Beschäftigte wirklich in diesem Abschnitt tätig waren. Das liegt natürlich an dem fast völlig automatisierten und von Robotern bewerkstelligten Arbeitsschritten, die von den Angestellten per Computer gesteuert werden. Dass der Mensch von der Maschine immer stärker verdrängt wird, ist dann leider die hässliche Seite der modernen, hochtechnologischen Produktion.

Das nachfolgende Foto zeigt euch die Tintenpatronen, in die bereits der Schaum eingesetzt wurde und die in einem nächsten Schritt mit dem Druckkopf verschlossen werden:

Auch dieser Prozess läuft völlig automatisiert und zudem unter strengsten Sauberkeitsbestimmungen ab. Dazu soll zusätzlich zu den bereits erwähnten Vorkehrungen ein bis auf die Öffnungen für das Fließband vollständig abgeschlossener Glaskasten sorgen.

Hierauf folgend wird an der Unterseite der Patrone dann zunächst noch das flexible Strom- und Datenkabel angebracht, bevor sie dann erst von der Maschine gestestet wird,

und dann vom Menschen:

Wie ihr selbst sehen könnt, erfolgt dieser Schritt dann aber nicht mehr im Cleanroom, da die Patrone ja bereits verschlossen ist und somit keine Gefahr besteht, dass sie durch irgendwelche Partikel verschmutzt werden könnte. Es werden im Übrigen hier unter dem Mikroskop die Düsen auf ihre Unversehrtheit und exakte Montage überprüft.

Zu guter Letzt werden die fertigen und einwandfreien Drucker-Patronen dann verpackt und für den Versand vorbereitet:

Ich hätte niemals gedacht, dass hinter einem einfachen Tintenstrahl-Drucker so viel Aufwand, Forschung und Geld steckt. Und erst recht nicht, dass der größte Teil davon allein auf die Druckerpatrone beziehungsweise den Druckkopf entfällt. Aber wie heißt es doch so schön: Man lernt nie aus.

(Marek Hoffmann)