Print mit modernster Technologie: Der Digitaldruck

Von allen Druckverfahren ist der Digitaldruck der Jüngste. Vor etwa 85 Jahren (Stand 2023) wurde das Druckprinzip entwickelt und erst seit den 90er Jahren werden Digitaldrucker kommerziell vermarktet. Dennoch hat das Verfahren in dieser kurzen Zeit viele technischen Entwicklungen hinter sich und tritt in Konkurrenz zu den schon deutlich länger existierenden analogen Druckverfahren des Hoch-, Tief-, Durch- und Flachdrucks. Hier erfahren Sie, wie sich der Digitaldruck bis heute entwickelt hat und wie er funktioniert.

Die Entwicklung des Digitaldrucks

1938 entwickelte der Amerikaner Chester F. Carlson zusammen mit dem Österreicher Otto Kornei die Elektrofotografie, heute auch Xerografie genannt. Sie basiert auf dem Phänomen, dass sich Materialien mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen anziehen. Dabei wird ein Bild in sechs Schritten erstellt:

1. Ladung: Eine lichtempfindliche Trommel dient als fotoleitende Oberfläche. Sie ist im Dunkeln nicht leitfähig, sondern erhält diese Eigenschaft erst bei Lichteinfluss. Als Vorbereitung auf den Kopiervorgang wird die Platte positiv aufgeladen.
2. Belichtung: Auf die vorgeladene Platte wird durch Belichtung das Druckmotiv als Negativ aufgetragen, es werden somit nur die nicht-druckenden Teile belichtet. Durch die Lichteinstrahlung entlädt sich die Platte an diesen Stellen.
3. Entwicklung: Auf die Platte werden negativ geladene Tonerpartikel aufgetragen. Diese haften durch die Anziehung von negativen und positiven Ladungen an den unbelichteten Stellen der Walze und damit am abzudruckenden Motiv.
4. Transfer: Das Papier, auf das der Toner übertragen werden soll, ist ebenfalls positiv beladen, hat dabei aber eine höhere Ladungsintensität als die Druckplatte. Dadurch entsteht zwischen Papier und Toner eine höhere Anziehungskraft als zwischen Trommel und Toner, weshalb sich dieser auf dem Papier absetzt.
5. Fixierung: Das Papier mit dem abgesetzten Toner wird durch eine erwärmte Walze geführt. Durch die Hitze verbindet sich der Toner mit dem Papier und die Kopie ist fertig.
6. Reinigung: Der Resttoner, der nicht von der Platte auf das Papier übergegangen ist, wird von dieser gereinigt. Dann wird die Walze erneut geladen, das Motiv aufgebracht und ein neuer Kopiervorgang gestartet. Bei Farbdrucken wird jede Farbe separat nach diesen 6 Schritten auf das Papier aufgetragen.

Vermarktung der ersten Kopierer

1940 stieß die Haloid Company, die später in Xerox Company umbenannt wurde, auf die Erfindung von Carlson und erwarb 1947 das Patent dafür. Bereits zwei Jahre später wurde von der Xerox Corporation der erste Kopierer, „Model A“ genannt, vermarktet, der aber keinen Erfolg verbuchen konnte, da er zu viele Arbeitsschritte für den Benutzer beinhaltete. 1963 brachte Teletype Corporation den ersten Tintenstrahldrucker heraus, der als Fernschreiber genutzt wurde. Das Patent für den Drucker sicherten sich dann 1979 aber HP und Canon, die heute noch die Marktführung in diesem Bereich innehaben. 

Schon fünf Jahre später entwickelte und vermarktete HP seinen ersten Tintenstrahldrucker, den HP ThinkJet, der an Büros und Konzerne verkauft wurde. Mit dem HP Deskjet fing 1988 dann die Massenproduktion von Tintenstrahldruckern durch HP an. Auch der Laserdrucker wurde bereits ab 1969 durch das Model „XEROX EARS“ der Xerox Company kommerziell verfügbar. Damit hatte der Digitaldruck den Durchbruch geschafft und es werden bis heute immer schnellere und bessere Drucker nach diesen Verfahren produziert.

Definition: Was ist der Digitaldruck?

Der Digitaldruck ist kein spezifisches Druckverfahren wie beispielsweise der Hochdruck, sondern vereint verschiedene Verfahren, die nicht länger eine physische Druckplatte zur Übertragung des Druckmotivs benötigen. Stattdessen wird das Bild mithilfe von Drucksystemen vom Computer an den Drucker übertragen und dann per Zwischenmedium, wie einer Bildtrommel, oder mithilfe von Druck oder Hitze auf Papier aufgebracht. Dabei kann jede Seite individuell bedruckt werden, da nicht für jedes Druckmotiv erst eine Druckplatte erstellt werden muss. Alle Verfahren beruhen somit auf dem Prinzip von Non Impact Printing, kurz NIP genannt – das steht für berührungsloses Drucken, da hierbei der Bedruckstoff während des Druckprozesses nicht mit einer Druckplatte in Berührung kommt.

Ihr Vorteil besteht darin, dass jeder Bogen individuell bedruckt werden kann, solange das gewünschte Produkt digital realisierbar ist. Mit dem Digitaldruck können Digitaldruckereien auch kleine Auflagen problemlos und kostengünstig gedruckt werden – in erster Linie wird er bei Publikationen in geringen Stückzahlen oder für individuelle Werbemittel angewendet. In der Verpackungsbranche in Deutschland lassen sich damit digital gefertigte Faltschachteln herstellen, die individuell auf das beinhaltete Produkt abgestimmt sind. Hauptsächlich werden von den verschiedenen Verfahren zwei eingesetzt: Tintenstrahldrucker (Inkjet) spritzen mit Tintentröpfchen Zeile für Zeile das Druckmotiv auf das Papier. Bei Laserdruckern wird das Bild als Ganzes mithilfe von elektrisch aufgeladenem Tonerpulver erstellt.

Arten des Digitaldrucks

Bei computergesteuerten Druckern gibt es heute drei Überarten, zwischen denen man unterscheidet. Davon gehören aber nur die letzten beiden zum Digitaldruck selbst, da bei der ersten noch eine physische Druckplatte benötigt wird.

Druck mit Licht: Der Laserdruck

Heutige Laserdrucker funktionieren noch immer nach dem Prinzip der Elektrografie. Pro Seite und Farbe, die gedruckt wird, wird dafür das Druckmotiv auf die Bildtrommel aufgebracht und die sechs Schritte werden wiederholt. Dabei wird mit Rastern gearbeitet, um Halbtöne darstellen zu können.  

Der Vorteil der Drucker liegt in ihrer Schnelligkeit, Zuverlässigkeit und den niedrigen Kosten im kleinen Auflagenbereich, da sie passgenau arbeiten und keine Rüst- und Einrichtezeit sowie nur eine kurze Produktionszeit brauchen. Allerdings neigen die Farbschichten gelegentlich zur Rissbildung und können unter mechanischer Belastung abblättern. Sonderfarben sind prinzipiell nicht darstellbar und der Toner ist relativ teuer. Ebenso ist man bei der Produktion im Format eingeschränkt, da sich maximal die Größe A1+ bedrucken lässt.

Was sind Raster im Druck?

Die meisten Druckverfahren können keine echten Halbtöne – also ineinander übergehende Farbabstufungen – wiedergeben. Durch Punkte werden die unterschiedlichen Tonwerte beim Druck simuliert. Dabei gibt es zwei Rastertechniken:  

Bei der amplitudenmodulierten Rasterung werden unterschiedlich große Punkte in einer gleichmäßigen und strukturierten Anordnung genutzt. Nimmt ein Tonwert zu und wird damit dunkler, dann wird ein größerer Punkt genutzt als bei helleren Tonwerten. Bei der frequenzmodulierten Rasterung hingegen sind die Punkte alle gleich groß, befinden sich aber in einer unterschiedlichen Anordnung. Umso dunkler der dargestellte Tonwert, umso mehr Punkte befinden sich in diesem Bereich.

Arbeit mit Anziehungskraft: Die Magnetografie

Neben dem Laserdruck zählt auch die Magnetografie zu dem Bereich computer-to-print. Sie wurde Anfang der 1980er Jahre entwickelt und kommerziell vermarktet. Das Druckverfahren ähnelt dem Laserdruck sehr, anstelle einer elektrostatischen Aufladung wird aber Magnetisierung genutzt. Auf die Bildtrommel wird das Druckmotiv mithilfe von Magnetisierung übertragen. Die zu druckenden Stellen ziehen dann den ebenfalls magnetisierten Toner an und bilden so das Druckbild ab, das anschließend auf Papier übertragen und mit Hitze fixiert wird.  

Im Gegensatz zur Elektrografie bleibt die magnetische Ladung nach dem Druckvorgang vorhanden und muss nicht für jeden Durchlauf neu angebracht werden. Dadurch können Kopien schneller und günstiger hergestellt werden. Zudem braucht es auch für die Fixierung des Toners eine niedrigere Hitze als bei der Elektrografie, was das Verfahren schonender gestaltet. Allerdings weist die Magnetografie eine schlechtere Druckqualität auf. Anwendung findet sie in Rechenzentren, Behörden und Instituten zur Produktion von Barcodes auf Etiketten im Digitaldruck oder auch von Werbeversand.

Druck mit Geschwindigkeit: Der Inkjet

Der Inkjet-Druck, auch Tintenstrahldruck genannt, funktioniert mit zwei verschiedenen Prozessen: dem Drop-on-Demand- (DOD) und dem Continuous-Verfahren. Bei beiden Verfahren werden Tintentröpfchen mithilfe von Druckaufbau in der Farbwanne auf das Papier geschleudert, wodurch das Druckmotiv abgebildet wird.  

Beim DOD-Verfahren wird nur dann Tinte durch den Druckkopf geleitet, wenn auch tatsächlich ein Druckpunkt auf das Bedruckmaterial gesetzt werden soll. Anders ist es beim Continuous-Verfahren, hier werden kontinuierlich Tintentropfen aus den Druckköpfen geschossen. Bei freien Druckflächen werden die Tropfen mithilfe von elektrostatischen oder magnetischen Mechanismen von ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt und stattdessen in einen Auffangbehälter umgeleitet.

Der Inkjet zeichnet sich durch eine hohe Druckqualität und Leuchtkraft aus, zudem sind mit ihm auch Großformatdrucke möglich. Allerdings ist der Druck nicht auf allen Materialien anwendbar und es wird nur eine langsame Druckgeschwindigkeit erreicht.

Fazit

Der Digitaldruck bündelt viele verschiedene Druckverfahren, bei denen das Druckbild direkt per Datenstrom vom Computer an den Drucker übermittelt wird, ohne dabei eine statische Druckform zu nutzen. Sie alle haben verschiedene Vor- und Nachteile, lassen sich aber durch ihre diversen Druckeigenschaften in unterschiedlichen Bereichen einsetzen. Der Digitaldruck lohnt sich vor allen Dingen im kleinen bis mittleren Auflagenbereich, für Personalisierungen und Individualisierungen sowie für den Druck von Unikaten wie beispielsweise Visitenkarten oder Fotobüchern, die sich mit den analogen Druckverfahren nicht wirtschaftlich drucken lassen. Das Thermodruckverfahren dagegen im Einzelhandel für Kassenbelege. Somit stellt der Digitaldruck eine gute Ergänzung zu den analogen Druckverfahren dar, deren Effizienz wiederum im großen Auflagenbereich liegt, den sie kostengünstiger und schneller produzieren können.