VON
Katharina Haerle
IN
Druck mit Wärme: Die Thermodruckverfahren
Ob beim Einkauf an der Supermarktkasse oder der Frankierung im Paketshop – Thermoetiketten sind ein wichtiger Bestandteil des täglichen Lebens. Seit der Entwicklung des Thermodrucks Ende der siebziger Jahre hat sich das Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt und ist heute Teils des Digitaldrucks. Alles zu Technik, Arten und Materialien des Thermodrucks lesen Sie im folgenden Artikel.
Definition: Was versteht man unter Thermodruck?
Der Thermodruck lässt sich in drei Unterarten aufteilen: den Thermodirekt-, Thermotransfer- und Thermosublimationsdruck. Während sich die einzelnen Druckabläufe bei allen Verfahren unterscheiden, haben sie eine Gemeinsamkeit: Sie arbeiten „drucklos“, das heißt, es wird kein Anpressdruck und somit keine Druckplatte benötigt, mit der das Druckmotiv auf den Bedruckstoff übertragen wird. Stattdessen wird das Motiv mithilfe von Hitze übertragen. Anfangs wurden Thermodrucker hauptsächlich bei Faxgeräten eingesetzt, heute finden wir sie vor allem im Supermarkt beim Ausgeben von Kassenzetteln oder in Zügen und Straßenbahnen für den Ausdruck von Fahrkarten vor. Auch Armbänder auf Konzerten und Festivals werden mithilfe von Thermodruckern bedruckt.
Einblick in die Geschichte
Erste Forschungen zum Thermodruckverfahren gab es seit 1976 in der DDR, die aufgrund fehlender Materialqualität jedoch erfolglos blieben. 1981 brachte die japanische Firma Sato den ersten Thermotransfer-Etikettendrucker heraus. Das Prinzip des Thermodirektdrucks blieb trotz dieser Entdeckung lange Zeit unausgereift, da spezielles, thermosensibles Papier benötigt wurde.
Dieses enthielt zur damaligen Zeit zu viele Inhaltsstoffe, die den Druckkopf angriffen und zu einem hohen Verschleiß der Druckteile führten. Im Laufe der Zeit wurde die Zusammensetzung der Inhaltsstoffe verbessert und Mitte der 1980er konnte sich der Thermodirektdruck dann am Markt etablieren, da damals gängige Faxgeräte das Prinzip übernahmen.
Welche Eigenschaften besitzt der Thermodruck?
Thermodrucker erreichen eine hohe Druckgeschwindigkeit, was sie perfekt für den Einsatz im Einzelhandel macht, wo Kunden nicht lange auf ihre Belege warten möchten. Gerade der Thermodirektdruck ist eine günstige Alternative zu Laser- und Tintenstrahldrucker, da hier neben dem Drucker lediglich Papier benötigt wird. Allerdings sind die Drucke empfindlich gegen Kratzer, Knicke und Lichteinfluss.
Thermotransfer- und Thermosublimationsdrucke bieten eine höhere Druckqualität als Thermodirektdrucke, sind aufgrund der eingesetzten Farbbänder aber auch teurer und haben eine langsamere Druckgeschwindigkeit.
Bei den Transfer- und Sublimationsdruckverfahren können verschiedene Bedruckstoffe und Schutzschichten eingesetzt werden, die für unterschiedliche Eigenschaften der Etiketten sorgen:
- Harzbänder bringen eine Beständigkeit gegen Laugen und Säuren mit sich, weshalb sie oftmals für Typenschilder eingesetzt werden, wie wir sie für Kennzeichnungszwecke auf Maschinen vorfinden.
- Wachsbänder hingegen werden eingesetzt, wenn raue Materialien bedruckt werden sollen, da sie unebene Oberflächen ausgleichen.
Wie funktioniert der Thermodirektdruck?
Die Voraussetzung für den Thermodruck bildet ein spezielles, wärmesensibles Papier, ohne welches das Druckverfahren nicht umgesetzt werden kann, anders als beim Digitaldruck oder Offsetdruck. Doch wie ist Thermopapier aufgebaut und wie wird der Druck durch Hitze darauf sichtbar?
Was ist Thermopapier?
Thermopapier erhält seine besonderen Eigenschaften aus einem Gemisch aus drei Komponenten: einem pH-empfindlichen Farbstoff in seiner Leukoform, einem schwach sauren Farbentwickler und einem Lösungsmittel, das die ersten beiden Komponenten voneinander trennt. Unter Wärmeeinwirkung schmilzt das Lösungsmittel und Farbstoff und Entwickler treffen aufeinander. Dadurch wird eine Reaktion erzeugt und das Thermopapier wird schwarz. Alternativ zu Schwarz können auch andere Farben auf dem Papier realisiert werden. Sollen mehrere Farbstufen auf einem Papier aufgebracht werden, bedeutet das einen höheren technischen Aufwand, weswegen Farbdrucke nur selten angewendet werden.
Das Thermopapier ist licht- und temperaturempfindlich und reagiert auf Gerbstoffe, wie sie beispielweise in Taschen oder Portemonnaies aus Leder enthalten sind. Wenn diese Eigenschaften bei der Lagerung des Papiers beachtet werden, ist der Ausdruck auch nach einigen Jahren noch lesbar. „Überhitztes“ Thermopapier, das sich durch Wärme- oder Lichteinfluss komplett schwarz gefärbt hat, kann nicht mehr in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden, der Aufdruck ist verloren.
Haben Sie Fragen zu Thermotransfer Produkten?
Ich helfe Ihnen gerne persönlich weiter.
Blaue Kassenzettel als umweltfreundliche Alternative
Kassenzettel aus Thermopapier sollen nicht im Altpapier entsorgt werden, da die Thermoschicht darauf chemische Inhaltsstoffe beinhaltet. Diese sind umweltbelastend und müssen deshalb in den Restmüll entsorgt werden, damit sie nicht in andere Recyclingmaterialien gelangen. Eine Ausnahme stellt das blaue Thermopapier dar. Hier wird nicht ein chemisches Prinzip zur Färbung des Papiers genutzt, sondern ein Physikalisches.
Das Papier besteht aus drei Schichten: Eine weiße Basisschicht, darüber eine schwarze Farbschicht und obendrauf eine helle Funktionsschicht. Das Papier schimmert blau, da die mittlere, schwarze Farbschicht Bläschen enthält, die das darauf fallende Licht diffus reflektieren und die schwarze Schicht durch die hellere Oberschicht durchscheinen lassen. Durch Erhitzen des Papiers wird die oberste Schicht transparent und das darunterliegende Schwarz wird sichtbar.
Das blaue Thermopapier ist aufgrund der physikalischen Reaktion unempfindlich gegenüber Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit sowie lebensmittelfreundlich für Lebensmittelverpackungen, da es keine Chemikalien enthält.
Das Druckverfahren des Thermodirektdrucks
Der Thermodirektdruck nutzt nicht wie herkömmliche Drucker Tinte und Toner, um das Motiv auf Papier zu übertragen, stattdessen wird wärmesensibles Papier, sogenanntes Thermopapier, eingesetzt. Das Papier wird während des Druckvorgangs mithilfe von zwei Zylindern an den Heizelementen vorbeigeführt. Der erste Zylinder hält das Papier und wickelt es durch Drehung ab.
Der zweite Zylinder sorgt dafür, dass das Papier auf der richtigen Höhe mit dem Druckkopf liegt. Die Beschichtung des Papiers bewirkt, dass sich das Papier an den Stellen, an denen die Wärme darauf trifft, verfärbt und das Druckmotiv auf dem Papier erscheint.
Der Thermodirektdruck ist für Etiketten und Bedruckmaterialien von kurzer Einsatzdauer gedacht, da das Thermopapier licht- und hitzeempfindlich ist – der Druck ist nach längerer Zeit nicht mehr erkennbar. Ein Farbdruck ist durch den Einsatz von farbigem Thermopapier möglich. Da das Verfahren ohne Druckfarben arbeitet, handelt es sich um ein kostengünstiges Verfahren und wird häufig im Einzelhandel für Kassenzetteln oder um Versandetiketten zu drucken, sowie Kofferetiketten am Flughafen eingesetzt.
Wie funktionieren der Thermotransfer- und Thermosublimationsdruck?
Auch der Thermotransfer- und Thermosublimationsdruck arbeiten mit Hitze. Bei ihnen wird aber nicht spezielles Thermopapier eingesetzt, sondern die Etiketten werden mithilfe von Farbbändern bedruckt.
Die Funktionsweise des Thermotransferdrucks
Beim Thermotransferdruck werden Thermotransferfolien eingesetzt, die mit Farbe beschichtet sind. Durch die an der Druckleiste entstehende Wärme wird die Farbe auf dem Farbband geschmolzen und überträgt sich auf das darunterliegende Bedruckmaterial. Die eingesetzte Folie hat eine glatte Oberfläche, wodurch ein exakter Farbübertrag gewährleistet werden kann.
Dabei kann beim Thermotransferdruck nicht nur Papier bedruckt werden: Werden Folie und Drucktemperatur auf den Bedruckstoff abgestimmt, kann beispielsweise auch Kunststoff bedruckt werden. Bei der Auswahl des Bedruckstoffs ist dabei zu beachten: Je glatter die Bedruckoberfläche ist, umso hochwertiger ist der Druck.
Thermotransferdrucke sind lange haltbar, was sie für langfristige Beschriftungen wie Seriennummer-Etiketten, Barcodes oder Inventarschilder ideal macht. Mithilfe von mehrfarbigen Thermotransferfolien kann auch mehrfarbig gedruckt werden. Dafür wird der Bedruckstoff mehrfach hintereinander bedruckt. Allerdings bringt ein farbiger Druck auch höhere Kosten mit sich, da die Farbfolie nur einmal genutzt werden kann, unabhängig von der tatsächlich bedruckten Fläche. Weitere Druckverfahren sind der Hoch-und Tiefdruck sowie das Durchdruckverfahren.
Der Druckprozess des Thermosublimationsdrucks
Ähnlich wie beim Thermotransferdruck läuft auch beim Thermosublimationsdruck eine Farbfolie zwischen Druckleiste und Bedruckstoff hindurch. Mithilfe von sehr hohen Temperaturen im Bereich von 300 bis 400 °C wird das Farbwachs, das sich auf der Farbfolie befindet, in einen gasförmigen Zustand gebracht und auf den Bedruckstoff aufgedampft. Die Temperatur bestimmt dabei die Menge an Farbstoff, die übertragen werden soll: Je höher die Temperatur ist, desto mehr Farbe verdampft und setzt sich auf das Bedruckmaterial ab. So kann die Helligkeit des Bildpunktes gesteuert werden. Mit dem Thermosublimationsdruck kann eine große Farbtiefe, eine gute Farbsättigung und eine hohe Farbauflösung erzielt werden.
Die Heizleiste kann in 256 Stufen unterteilt werden, was bedeutet, dass 256 Nuancen eines Farbtons möglich sind – insgesamt können also 16,7 Millionen verschiedene Farben und 256 Töne pro Farbe gedruckt werden. Dadurch können echte Halbtöne gedruckt und Farbverläufe gleichmäßig ohne auffallende Abstufungen dargestellt werden. Der Thermosublimationsdruck findet vor allen Dingen im Bereich des Fotodrucks Anwendung. Allerdings schafft er keine hohe Druckgeschwindigkeit und die Materialkosten für die Farbfolien sind relativ hoch. Um eine gute Haltbarkeit und Abriebfestigkeit gewährleisten zu können, sollte nach dem letzten Druckvorgang eine transparente Schutzschicht auf den Bedruckstoff aufgebracht werden.
Aufbau der Folientransferbänder
Die Thermotransferfolie ist eine Polyester (PET)-Folie, die doppelseitig beschichtet ist. Ihr Aufbau ist wie folgt:
- Die Rückseitenbeschichtung der PET-Folie schützt den Druckkopf vor Verschmutzungen und elektrostatischer Aufladung durch die Reibung, die entsteht, wenn eine Folie daran vorbeigeführt wird. Zugleich verbessert sie das Gleitverhalten des Thermotransferbands am Druckkopf vorbei.
- Trennschicht: Die Trennschicht ist die PET-Trägerfolie, auf der die Rückseitenbeschichtung und die hitzeempfindliche Farbbeschichtung aufgebracht ist.
- Hitzeempfindliche Farbbeschichtung: Die Beschichtung enthält die Farbpigmente, die beim Erwärmen auf das Etikett „aufgeschmolzen“ werden.
Für die Farbbeschichtung gibt es drei verschiedene Varianten, die eingesetzt werden können:
Das Wachsband ist kaum kratz- und schmierfest und daher nur für kurzzeitige Anwendungen geeignet. Es ist dafür aber sehr günstig und wird beispielsweise für Papieretiketten mit kurzer Einsatzzeit genutzt.
Das Wachs-Harz-Band (Mischband) ist mittel kratz- und schmierfest und bietet auf den meisten Materialien eine gute Druckqualität, weswegen es für die meisten Anwendungsgebiete geeignet ist.
Zuletzt gibt es noch das Harzband. Es weist sehr gute Kratz- und Schmierfestigkeit auf, weswegen es für Etiketten mit hohen Qualitätsanforderungen genutzt wird. Es zeichnet sich durch eine sehr hohe Deckkraft und eine gute Haltbarkeit sowie Lösungsmittelresistenz aus.
Bei einer Farbfolie sind die verschiedenen Farben abschnittsweise nacheinander auf der Folie aufgebracht. Meistens tragen die Folien nur drei Farben: Cyan, Magenta, Gelb. Mittlerweile gibt es aber auch Folien mit allen vier Grundfarben. Manche Folien haben noch eine zusätzliche transparente Schutzschicht (Overlay oder Topcoat), die am Ende auf das Druckmotiv aufgebracht wird.
Wie sind Thermodrucker aufgebaut?
Thermodrucker haben eine relativ lange Lebensdauer, da sie einfach konstruiert sind: So besitzen Thermotransfer- und Thermosublimationsdrucker lediglich drei Zylinder und eine Druckzeile. Auf den mittleren Zylinder wird dabei das Farbband aufgebracht, das an der Druckzeile (Nr. 4) vorbeigeführt wird. Nach dem Druck läuft das nun farbleere Band auf den ersten Zylinder und wickelt sich dort auf. Der dritte Zylinder ganz rechts hält das Bedruckmaterial. Dieses wird unterhalb des Farbbandes ebenfalls am Druckkopf vorbeigeführt, wo mithilfe von Wärme die Farbe vom Farbband auf das Bedruckmaterial aufgeschmolzen wird. Der Thermodirektdrucker ist im Vergleich dazu noch einfacher aufgebaut: Die Zylinder, die das Farbband tragen, entfallen hier, da das Papier direkt und ohne zusätzliche Farbe bedruckt wird.
Der Druckkopf setzt sich aus einer Gruppe von Heizwiderständen, sogenannten Dots, zusammen. Die benutzte Größe dpi (dots per inch) gibt an, wie viele Heizelemente sich in einer Reihe befinden. Je mehr Dots nebeneinander liegen, umso präziser kann gedruckt werden. Die Wärme an der Druckleiste wird nach einem physikalischen Prinzip erzeugt: Fließt Strom durch einen Widerstand, verliert dieser Energie in Form von Wärme. Je größer dabei der Stromfluss ist, umso mehr Wärme wird erzeugt. Die Größe und Anzahl an Dots bestimmen dabei die Auflösung des Druckbilds.
Fazit
Der Thermodruck ist Teil der Digitaldruckverfahren, dabei arbeitet er aber ohne Tinte oder Toner, sondern mit Hitze, was ihn von den anderen Verfahren unterscheidet. Er wird hauptsächlich im industriellen Bereich zu Kennzeichnungszwecken sowie zum Druck von Belegen im Einzelhandel eingesetzt. Im privaten Bereich konnte er sich bisher nicht durchsetzen, was hauptsächlich daran liegt, dass Farbdrucke mit den Thermodruckverfahren noch relativ aufwendig, zeitintensiv und teuer sind.
