-->
I.1 Sejarah perkembangan inkjet
Inkjet adalah teknologi pencetakan dotmatrix tanpa sentuh (non-impact), dimana tetesan tinta disemprotkan (jetted) dari celah kecil ke posisi spesifik sebuah media untuk membentuk gambar (image) yang diiinginkan. Mekanisme pengubahan/pemecahan aliran tinta menjadi tetesan (droplets) di deskripsikan pertamakali oleh Lord Rayleigh pada tahun 1878. Pada tahun 1951 Elmqvist dari Seimens mendaftarkan hak paten alat ink-jet pertama berdasarkan metode pemecahan aliran tinta penemuan Rayleigh. Penemuan ini selanjutnya mendasari penemuan alat bernama Mingograph, yaitu perekam grafik atau sinyal tegangan analog dengan menggunakan metode inkjet. Di awal 1960-an Dr.Sweet dari Stanford University mendemonstrasikan metode baru yaitu bahwa dengan mengaplikasikan pola tegangan bertekanan pada sebuah celah/lobang kecil dapat memecah/mengubah aliran tinta menjadi tetesan tinta yang seragam ukuran dan jaraknya. Saat mekanisme pemecahan/pengubahan aliran tinta dapat dikontrol, sinyal listrik dapat dimasukkan ke dalam tetesan-tetesan tinta secara selektif dan handal saat terjadi aliran tinta secara kontinyu. Tetesan-tetesan tinta yang mengandung listrik ketika melewati medan lisrik akan dialihkan arahnya menuju sebuah saluran untuk disemprotkan kembali dan tetesan-tetesan tinta yang tidak mengandung lsitrik akan terbang langsung ke media untuk membentuk gambar (image). Proses printing seperti ini disebut ink-jet kontinyu (continuous ink-jet). Di akhir 1960-an, penemuan Dr. Sweet mendasari penemuan produk A.B. Dick Videojet dan produk Mead DIJIT. Pada tahun 1970-an IBM mematenkan teknologinya dan secara besar-besaran meluncurkan program pengembangan adaptasi teknologi ink-jet untuk printer produksi mereka. Dan tahun 1976 IBM memperkenalkan printer IBM-4640.
Pada tahun yang hampir bersamaaan Profesor Hertz dari Lund Institute of Technology dari Swedia bersama rekan-rekannya secara independen mengembangkan beberapa teknik ink-jet yang mempunyai kelebihan dalam memodulasi karakteristik aliran tinta (ink-flow) untuk mencetak dengan modus gray-scale. Salah satu dari metode profesor Hertz untuk mendapatkan modus pencetakan gray-scale (hitam putih) adalah mengontrol jumlah tetesan (drops) tinta pada tiap pixel yang dihasilkan. Dengan mengatur jumlah tetesan tinta, volume pada tiap tetesan tinta pada tiap pixel juga dikontrol, sehingga jumlah tiap warna juga di kontrol untuk mendapatkan warna gray yang diinginkan. Metode ini lisensinya diberikan kepada beberapa perusahaan antara lain Irish Graphics dan Stork untuk membuat gambar berwarna kualitas tinggi.
Sementara pengembangan teknologi Ink-jet kontinyu (continuous Ink-Jet) berlangsung dengan intensif, pengembangan teknologi drop-on-demand ink-jet juga mulai dipopulerkan. Teknologi drop-on-demand mengeluarkan tetesan-tetesan (droplets) tinta hanya bila digunakan saja. Pendekatan ini menghilangkan kompleksitas dalam pengisisan listrik pada tetesan (droplet) tinta dan perangkat pembangkit medan listrik dan juga kerumitan-kerumitan lain akibat proses sirkulasi tinta pada teknologi continuous ink-jet.
Zoltan, Kyser dan Sears adalah beberapa pionir awal penemuan teknologi drop-on-demand ink-jet. Penemuan mereka diaplikasikan pada produk Seimen PT-80 Serial Character Printer (1977) dan Silonic (1978). Pada printer-printer ini tetesan tinta dikeluarkan dengan menggunakan gelombang tekanan yang dihasilkan dari gerakan mekanis Piezoelectric Ceramics.
Banyak ide, sistem dan produk drop-on-demand ditemukan, dikembangkan dan diproduksi pada tahun 1970-1980an. Sistem drop-on-demand yang lebih sederhana semestinya membuat teknologi ink-jet semakin handal, tetapi kenyataannya kualitas dari teknologi ink-jet tetap buruk. Masalah-masalah seperti kebuntuan nozzle (nozzle clogging) dan tidak konsistennya kualitas gambar tetap menghantui teknologi ink-jet.
Di tahun 1979, Endo dan Hara dari Canon menemukan metode drop-on-demand baru dimana tetesan tinta dikeluarkan oleh nozzle dengan cara mengembangkan dan kemudian memecah gelembung tinta pada permukaan pemanas kecil yabg terletak dekat nozzle. Canon menyebut teknologi ini bubble-jet. Desain printhead bubble-jet yang sederhana dan kemudahan fabrikasi semiconduktor pendukungnya membuat printhead dapat diproduksi dengan harga murah dan kualitas nozzle yang tinggi. Dan secara bersamaan secara independen Hewlett-Packard mengembangkan teknologi yang sama.
Pada tahun 1984, Hewlett-Packard memperkenalkan Thinkjet Printer. Itu adalah printer murah pertama yang sukses, dan printer tersebut menggunakan teknologi bubble jet. Hewlett-Packard menyebut teknologinya itu dengan nama thermal ink-jet. Harga printhead dari printer thinkjet yang terdiri dari 12 nozzle tersebut cukup murah, hingga dapat diganti tiap kali cartridge tinta kosong. Ide Hewlett-Packard akan disposable ink-jet (ink-jet sekali pakai) ini sangatlah brillian dan original. Mereka menyelesaikan masalah akan keandalan sistem ink-jet yang disebutkan sebelumnya, yaitu dengan cara membuang printhead di saat habis masa pakainya. Sejak saat itu Hewlett-Packard dan Canon terus menerus mengembangkan teknologi ink-jet. Dan usaha mereka terbalas dengan suksesnya serangkaian produk awal mereka. Berbagai macam model printer ink-jet dengan resolusi yang lebih tinggi dan kemampuan warna yang tinggi pula, diproduksi dengan harga yang menawan. Pada akhir 1980an, dengan berbagai macam kelebihan yang dimiliki seperti harga murah, ukuran kecil, tidak berisik dan warnanya yang dihasilkan lebih memikat, printer ink-jet menjadi pilihan alternatif penggunaan printer bagi konsumen rumah tangga dan UKM selain printer impact dotmatrix (printer dengan menggunakan teknologi sentuhan/pita). Saat ini printer ink-jet merajai pasar low-end printer.
Seiring berkembangnya teknologi ink-jet, ahli kimia tinta dan ahli media menyadari bahwa bila tetesan tinta kontak dengan permukaan kertas memiliki kecenderungan untuk menyebar searah dengan kontur serat kertas dan juga masuk/menyerap ke sela-sela dan ruang kosong kertas. Penyebaran tetesan tinta kadang terlalu berlebihan dan tidak beraturan, sehingga menghambat resolusi hasil cetak yang ingin dicapai. Penyerapan kertas terhadap tetesan tinta yang beragam dan banyak pada satu titik, kadang juga terlalu lambat. Warna yang jelek berhubungan dengan penyebaran tinta dan pencampuran tinta yang jelek akibat masalah di atas. Hal ini menjadi masalah besar dalam proses pengembangan teknologi inkjet.
Untuk mendapatkan hasil cetak warna berkualitas tinggi, permukaan media cetak memerlukan pelapisan khusus. Media yang dilapisi secara khusus tersebut harus memenuhi berbagai parameter antara lain volume tetesan tinta, laju penguapan, laju penyerapan/penetrasi tinta, ketebalan pelapisan, ukuran pori-pori media dan sebagainya. Aktivitas pengembangan media ink-jet dimulai di awal 1980an, dan didominasi di negara Jepang oleh perusahaan-perusahaan seperti Jujo Paper dan Mitsubishi Paper Mills. Sekarang, dikarenakan tingginya popularitas ink-jet, permintaan akan media yang lebih baik sangat tinggi, seperti kertas glossy dan kertas photo. Hal ini menarik banyak perusahaan dalam pengembangan media inkjet. Canon, Xerox, Asahi Glass, Arkwright, Folex, 3M dan Imation adalah sebagian perusahan-perusahaan yang terlibat di dalamnya.
Pendekatan lain untuk mendapatkan hasil cetak yang lebih baik tanpa mengandalkan penggunaan media cetak khusus adalah penggunaan tinta solid (padat) atau hot melt (leleh/mencair saat panas) atau phase-change ink (tinta beda fase). Dalam operasinya, tinta tersebut disemprotkan (jetted) dengan dilebur/dilelehkan/dicairkan terlebih dahulu. Saat kontak dengan media cetak tinta tersebut akan memadat, sangat kecil penyebarannya dan sangat kecil pula penyerapannya, sehingga warna yang dihasilkan sangat brillian dengan resolusi yang tinggi. Pengembangan awal dari tinta solid diawali oleh Teletypes untuk perangkat ink-jet elektrostatik. Pengembangan selanjutnya pada teknologi drop-on-demand dilakukan oleh Exxon dan Howtek. Sekarang Tektronix, Dataproducts, Spectra dan Brother ikut terjun dalam pengembangan teknologi ini.
I.2 Peta Teknologi Inkjet
Inkjet telah diimplementasikan pada banyak desain dan memiliki potensi penggunaan yang luas. Peta dasar dari teknologi inkjet ditubjukan pada gambar.1. Dasarnya inkjet terbagi menjadi 2 metode, continuous inkjet dan drop-on-demand inkjet.
Berdasarkan metode deflection drop (pengalihan tetesan), continuous inkjet dapat didesain menjadi binary atau multiple deflection system. Pada sistem binary deflection, tetesan ada yang diisi muatan lsitrik (charged) dan ada yang tidak (uncharge). Yang terisi aliran lsitrik diteruskan langsung menuju media, sedangkan yang tidak terisi muatan listrik dialihkan (deflected) menuju sebuah saluran untuk sirkulasi ulang (gambar2). Pada sistem multiple deflection, tetesan diisi dengan muatan listrik (charged) dan dialihkan (deflected) mennuju media dengan berbagai macam level yang berbeda (Gambar3). Tetesan yang tidak terisi muatan listrik akan dialihkan ke subuah saluran untuk resirkulasi. Pendekatan ini membuat sebuah nozzle dapat mencetak potongan gambar yang lebih kecil. Kedua metode di atas digunakan secara luas pada pasar industrial coding, marking dan labelling. Perusahaan-perusahaan seperti vediojet, Domino, Imaje, Toxot dan Willet secara aktif mengembangkan dan memasarkan produk mereka di pasar tersebut di atas. Baru-baru ini, Nur Advance Technology mendemonstrasikan printer inkjet untuk mencetak billboard berukuran 16,4ft, dengan menggunakan metode continuous inkjet. Sebagai tambahan dari 2 metode di atas, Hertz’s Continuous Inkjet merupakan diklasifikasikan sebagai metode yang berbeda. Metode ini juga sukses di pasaran karena cara uniknya untuk mendapatkan gambar grayscale dengan rentetan tetesan-tetesan kecil. Produsen yang menggunakan metode hertz adalah Iris’s Realistic dan Scitex’s Digital Press.
Gambar2
Continuous Inkjet dengan sistem binary deflection
Gambar3
Continuous Inkjet dengan sistem multiple deflection
Mayoritas teknologi yang dipakai untuk inkjet saat ini adalah drop-on-demand. Berdasarkan mekanisme yang digunakan pada proses formasi penetesan (drop formation process) teknologi drop-on-demand dibagi menjadi 4 metode yaitu, thermal, piezoelectric, electrostatic dan acoustic inkjet. Dari keempat metode diatas yang paling banyak digunakan adalah thermal dan piezoelectric, sedangkan electrostatic dan acoustic masih dalam tahap riset dan pengembangan.
Thermal Inkjet bukan merupakan teknologi pertama yang diterapkan pada produk masal, tetapi thermal inkjet merupakan teknologi yang paling sukses. Berdasarkan konnfigurasinya thermal inkjet dibagi menjadi 2 yaitu roofshooter (gambar4) dimana letak orifice (celah/lobang keluarnya tinta) berada di atas heater (pemanas) dan yang kedua adalah side shooter (gambar5) dimana letak orifice berdekatan dengan heater (tapi tidak diatas). Hewlett-Packard, Lexmark dan Olliveti pritheadnya menggunakan metode roof-shooter, sedangkan side-shooter digunakan Canon dan Epson.
Gambar 4
Roof-shooter thermal ink-jet.
Gambar 5
Side-shooter thermal ink-jet.
Pada metode piezoelectric inkjet, diklasifikasikan berdasarkan 4 mede formasi yaitu, squeeze (peras), bend (lipat), push (tekan) dan shear (potong).
Gambar 6
Mode formasi dasar piringan piezoceramic
Metode squeeze dapat didesain dari tube tipis dari piezoceramic yang mengelilingi nozzle terbuat dari glass/kaca sperti pada Impulse Inkjet yang didesain oleh Gould. Atau dapat didesain dari tube piezoceramic yang dicor pada plastik yang melingkupi saluran tinta. Printer yang menggunakan desain kedua ini adalah Seimen PT-80, yang diperkenalkan tahun 1977. Seimen PT-80 memiliki 12 jet printhead array dan memiliki desain inovatif untuk memudahkan maintenance. Printer ini cukup handal sehingga menjadi printer pertama yang sukses untuk pasar perkantoran.
Desain metode Bend pada umumnya berupa piringan piezoceramic disatukan dengan diafragma dan membentuk transducer elektromekanikal bilaminar yang digunakan untuk mengeluarkan tetesan tinta (gambar 7). Printhead yang menggunakan metode ini adalah Textronix Phaser 300 dan 350, Epson Color Stylus 400, 600 dan 800.
Pada metode Push (gambar 8) sistem kerjanya dapat digambarkan sebagai berikut, tongkat piezoceramic yang melebar menekan tinta keluar menjadi tetesan. Teorinya piezodriver dapat langsung menyentuh dan mendorong tinta. Tapi dalam prakteknya diafragma tipis ditempatkan antara piezodriver dan tinta untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan bila tinta bersentuhan dengan material piezodriver. Printhead yang menggunakan metode ini adalah printer produksi Dataproducts, Trident dan Epson.
Kedua desain metode baik push maupun bend, medan listrik dibangkitkan diantara elektroda yang paralel dengan polarisasi material piezodriver. Sedangkan pada prithead metode shear medan listrik dibangkitkan secara tegak lurus dengan polarisasi material piezo driver (gambar 9). Metode ini prinsipnya mencegah tinta keluar dengan dibendung oleh piezodriver, artinya piezodriver menjadi tembok aktif yang membendung chamber tinta. Spectra dan Xaar adalah perusahaan yang menjadi pioner dsalam teknologi ini.
Gambar 7.
A bend-mode piezoelectric ink-jet design.
Gambar 8.
A push-mode piezoelectric ink-jet design.
Gambar 9.
A shear-mode piezoelectric ink-jet design.
Gambar 10.
Drop formation process of a thermal ink-jet.
I.3. Perkembangan dan tren teknologi saat ini
Desain printhead dan proses Fabrikasi. Saat ini teknologi Ikjet yang paling aktif perkembangannnya baik di laboratorium dan pasaran adalah metode thermal dan piezoeletric drop-on-demand inkjet. Konfigurasi dasar dari thermal inkjet adalah adanya sebuah penyimpanan (chamber) tinta yang mempunyai pemanas dengan nozzle di dekatnya. Dengan dialiri arus, kurang dari beberapa µs melalui pemanas, panas dialirkan dari pemanas menuju tinta. Tinta menjadi sangat panas hingga mencapai temperatur kritisnya untuk membentuk gelembung, untuk tinta water based (basis air) temperatur ini berkisar 300oC. Saat gelembung terbentuk uap air seketika mendorong tinta keluar dari Noozle. Saat semua panas yang tersimpan dalam tinta terpakai, gelembung mulai pecah dipermukaan pemanas. Selanjutnya dengan pecahnya gelembung tinta akan menetes dan menuju ke media/ kertas. Proses pembentukan dan pecahnya gelembung membutuhkan waktu kurang dari 10 µs tinta kemudian kembali keruang penyimpanan (chamber) dan semua proses diatas terulang kembali, tergantung pada geometri saluran (channel) dan sifat fisik tinta. Proses ini berlangsung selama 80-200 µs. Proses ini diilustrasikan pada gambar 10 diatas,sedangkan gambar 11 menggambarkan ulang proses yang sama dengan menambahakan parameter tambahan yaitu electrical pulse, temperature, tekanan, dan volume gelembung terhadap waktu.
Figure 11.
Pressure, temperature, and bubble volume changes during a drop formation cycle of thermal ink-jet.
Figure 12.
A SEM photograph of a channel in the Hewlett-Packard DeskJet 850C color printhead.
Gambar 12 menunjukkan scanning electron microscope (SEM)/ gambar dari mikroskop electron dari hawlett-Packard 800 yaitu printer inkjet dengan pemanas dan lapisan penghalang tinta (piringan celah yang dihilangkan). Printer ini memproduksi 32 pl/tetesan tinta dengan 6000 tetesan tinta per detik. Saluran tinta dalam gambar diatas berukuran sebesar 0,001 inchi tingginya dan sedikit lebih besar pada lebarnya. Bagaimanapun juga stabilitas dimensi, akurasi, dan kesamaan dari saluran diketahui mempunyai efek yang besar pada perfoma semburan (jet) antara lain frekuensi tetesan, volume, dan kecepatan. Dari semua perfoma diatas sangat menentukan kualitas dan hasil dari gambar yang dicetak tren dari industri printer saat ini adalah menyemburkan tetesan yang semakin kecil untuk meningkatkan kualitas gambar, mempercepat frekuensi tetesan, dan semakin banyak noozle untuk mempercepat pencetakan, sementara ongkos produksi semakin ditekan.
Figure 13. A light microscopic photograph of a channel in the Hewlett-Packard DeskJet 890C color printhead.
Figure 14. The basic configuration of a piezoelectric printhead.
Figure 15. The basic pressure requirement for ejecting an ink droplet.
Trend ini lebih jauh mendorong desain printer inkjet. Konsekwensinya, isu keandalan menjadi hal utama. Pada generasi terakhir seri Hewlett-Packard 800, perusahaan tersebut memperkenalkan printhead baru yaitu tricolor 192-nozzle, yang bisa menyemburkan tetesan tinta yang lebih kecil (10 pl) dengan 12.000 tetesan per detik. Gambar 13 menunjukan foto dari saluran tinta inkjet printer Hewlett-Packard Deskjet 890C hasil jepretan mikroskop cahaya. Dengan saluran pemanas berukuran sekitar 1 mili persegi dan tinta dimasukan melalui kedua sisi chamber pemanas. Proses fabrikasi printhead dan pembuatan tinta juga sangat diperhatikan untuk mengurangi kemungkinan Nozzle Clogging (kebuntuan Nozzle). Dengan mengubah arsitektur cairan tinta akan secara signifikan mengurangi hal-hal di atas (kemungkinan Nozzle Clogging). Dan untuk meningkatkan keandala printhead desain printhead baru dengan memodifikasi pintu antara manifold tinta dan chamber pemanas juga mulai diperkenalkan.
Tren lain yang terjadi adalah permintaan akan biaya cetak yang rendah. Oleh karena intu printhead akhirnya diproduksi dengan memiliki penampung tinta yang lebih besar. Produsen juga menyiasatinya dengan membuat printhead yang permanen (menyatu dengan printer) atau semi permanen, sehingga yang diganti cukup cartridgenya saja.
Canon adalah salah satu perusahaan besar yang mengembangkan dan memproduksi printer thermal inkjet. Pada produknya BJC-7000, Canono memperkenalkan printhead dengan 480 Nozzle. Pada saat itu printer ini merupakan printer dengan nozzle prithead terbanyak, yang dipasarkan bagi konsumen rumahan dan kantor. Printer ini memiliki 6 warna dengan 80 nozzle per warna. Perusahaan lain yang ikut mengembangkan printer thermal inkjet adalah Lexmark, Olivetti dan Xerox.
Pada printer dengan metode piezoelektrik drop-on-demand inkjet, deformasi dari material piezoceramic menyebabkan volume tinta berubah dalam penampung tinta yang bertekanan, yang selanjutnya menimbulkan gelombang tekanan yang menyalurkan tinta menuju nozzle. Selanjutnya gelombang tekanan akustik ini juga menyebabkan hilangnya tekanan pada cairan tinta dan dengan adanya tegangan permukaan pada tinta tersebut, tinta yang sedah berbentuk cembung mulai membentuk tetesan (drop). Pada saat tetesan mulai terbentuk, tekanan yang ada harus cukup kuat untuk mendorong tetesan tersebut keluar dari nozzle menuju media. Keseluruhan proses keluarnya tetesan tinta ini ditunjukan pada gambar 15.
Table I. A Current List of the Piezoelectric Drop-On-Demand Ink-Jet Printhead Producers
|
| Producer | Piezo Deformation | Printer Example |
| Tektronix | Bend-mode | Tektronix Phaser 350 & 380 |
| Sharp | Bend-mode | Mutoh RJ-1300 & RJ-1800 |
| Epson | Bend-mode | Epson Color Stylus 400, 600, and 800 |
| Dataproducts | Push mode | Idanit 162Ad |
| Spectra | Shear mode | Polaroid DryJet, 3D Actua 2100 |
| Nu-Kote | Shear mode | Raster Graphics PiezoPrint 5000 |
| Topaz Technologies | Bend/ Calcomp shear combination | CrystalJet |
Figure 16. Cross section SEM photographs of a Tektronix stainless steel jet stack.
Figure 17. Cross section SEM photographs of a bond line in a Sharp stainless steel jet pack.
Figure 18. A cross section SEM photograph of a Spectra printhead.
Pada umumnya deformasi (susunan) dari piezoelectric driver berukuran pada skala submikron, tapi untuk dapat menyalurkan tinta pada volume yang cukup, ukuran piezoelectrik driver biasanya lebih besar daripada orifice (lubang keluaran tinta). Oleh karena usaha memperkecil ukuran piezoelectric driver sudah menjadi perhatian selama bertahun-tahun. Daftar ukuran piezoelectric driver dapat dilihat pada Tabel 1.
Printhead dari printer Textronix (memiliki 352 nozzle) dan Sharp (memiliki 48 nozzle) memiliki tumpukan jet (pemancar) yang terbuat dari stainless steel. Tumpukan Jet tersebut berisi banyak piringan stainless steel terbuat secara photochemical dan digabungkan bersama-sama pada temperatur yang tinggi. Gambar 16 adalah foto SEM dari tumpukan jet Textronik. Terlihat diantara piringan-piringan terdapat ikatan intermetalik terbuat dari Au. Desain ikatan intermetalik harus seragam ketebalannya, hal ini untuk mejaga konsistensi performa dan menjaga kekedapan lapisan agar tinta tidak merembes. Ikatan serupa juga diterapkan pada tumpukan jet pribnter Sharp. Gambar 17, menunjukan foto SEM printhead Sharp yang terbuat dari ikatan intermetalik Ni.
Selain menggunakan Au atau Ni untuk menyatukan logam/metal, solder dan epoxy juga digunakan. Gambar 18 menunjukan foto SEM dari spectra prithead dimana orifice (lobang tinta) yang terbuat dari nikel disatukan pada tumpukan jet dengan menggunakan epoxy dan pada foto yang sama tumpukan logam juga terlihat disatukan dengan solder.
II. Tinta Inkjet
Komponen terpenting dari teknologi inkjet adalah tinta inkjet. Tinta inkjet tidak hanya menentukan kualitas hasil pencetakan sdaja, tetapi juga sangat menentukan karakteristik pengeluaran tetesann tinta dari head dan menentukan keandalan dari keselyurugan sistrem printer bersangkutan. Telah banyak tipe tinta dikembangkan dan digunakan dalam printer inkjet, gambar 26 menunjukan perkembangan berbagai jenis tinta inkjet.
Gambar 26.Peta teknologi tinta inkjet
Tinta inkjet berbasis air banyak digunakan pada printer rumahan dan UKM (Usaha Kecil Menengah), contohnya digunakan pada produk-produk printer keluaran HP (Hewlett Packard), Canon dan Epson. Hal ini dikarenakan kebanyakan dari printer2 di atas menggunakan teknologi thermal inkjet, yang berarti dalam proses pencetakannya membutuhkan proses penguapan dan air adalah pilihan paling tepat digunakan dalam proses tersebut. Pada Tabel II ditunjukan komposisi umum tinta inkjet, viskositas tinta berkisar anatara 2-8 cps.
Table II. Water-Based Ink-Jet Ink Composition
|
Component
|
Function
|
Concentration, %
|
Deionized water
|
Aqueous carrier medium
|
60 - 90
|
| Water soluble solvent |
Humectant, viscosity control
|
5 - 30
|
Dye or pigment
|
Provides color
|
1 - 10
|
Surfactant
|
Wetting, penetrating
|
0.1 - 10
|
Biocide
|
Prevents biological growth
|
0.05 - 1
|
Buffer
|
Controls the pH of ink
|
0.1 - 0.5
|
Other additives
| Chelating agent, defoamer, solublizer etc. |
> 1
|
Tabel II. Komposisi Umum Tinta Inkjet
Gambar 27 menggambarkan karakterristik tinta inkjet basis air bila mendarat pada media yang tidak terlapisi (contohnya kertas biasa). Tinta cenderung menyebar mengikuti serat keertazs dan merasuk kedalam keertas. Tinta basis air pada dasarnya tergantung pada mekanisme pengeringannya, mekanisme ini berdasarkan pada 2 proses utama yaitu merasuk dan menyerapnya tinta pada media cetak. Kadang penguapan juga menjadi perhatian dalam mekanisme ini. Sel;ain mekanisme ini, parameter lain yangh harus diperhatuikan pada tinta adalah warna dan resolusi yang dihasilkan. Selama ini juga diketahui bahwa kertas atau media yang telah dilapisi dengan lapisan yang dapat menyerap air dengan baik sehingga merasuknya dan menyerapntya tinta apada media tyersebut dapatb dikontrol, dapat memberikan hasil warna dan resolusi yang lebih baik. Dan akhir2 ini permintaan akan media yang telah dilapisi secara khusus sangat meningkat, media ini dugunakan untuk mencetak gamabar kualitas foto di rumah dan pencetakan format besar (banner, spanduk dll). Kemampuan printer2 generasi terbnaru dalam penxcetakan dengan resolusi tinggi turut andil dalam meningkatnya permintaan media tersebut.
Figure 27. Drying mechanisms of a water-based ink-jet drop on a plain paper
Figure 28. A SEM photograph of phase-change ink drops on the surface of a bond paper.
Figure 29. A SEM photograph of phase-change ink drops after fuse by cold pressure rollers.
Figure 30. The basic configuration of the Tektronix's Phaser 350 offset drum transfer ink-jet printer.
Figure 31. A SEM photograph of a phase-change ink drop on the surface of aluminum substrate.
Tinta beda fase juga disebut tinta hot-melt atau tinta solid, yaitu tinta yang berbentuk solid pada temperatur ruangan. Tinta ini disemprotkan dari printhead dalam bentuk cair. Saat menyentuh media, tinta ini akan membeku/menjadi padat untuk menghindari penyebaran tinta pada media. Proses menjadi padat yang sangat cepat ini, menjamin kualitas pencetakan yang baik. Gambar 28 menunjukan foto SEM dari tinta beda fase yang menyentuh suatu media (Xerox 4024 Bond Paper). Dapat dilihat, tinta tetap mempertahankan bentuk ‘setengah bolanya’ tanpa ada yang menyebar walaupun permuakaan media berbentuk tak beraturan. Textronix menggunakan teknologi ini pada produknya yaitu printer Phaser 300. Pada prakteknya tinta ini perlu di rekayasa sedemikian rupa untuk meningkatkan daya rekat tinta ke media dan mencegah penghamburan cahaya akibat bentuk tetesan tinta yang berbentuk setengah lingkaran. Gambar 29 dalah foto SEM tetesan tinta Textronix Phaser 300 yang menempel pada suatu media.
Aplikasi teknologi tinta beda fase yang sukses selain di atas adalah pada produk printer Textronix Phaser 350. Gambar 30 menunjukan komponen utama printer Textronix Phaser 350. Pada dasarnya proses printing dimulai dengan pelapisan film silikon oleh drum alumunium yang berputar, selanjutnya tinta disemprotkan melalui drum tersebut. Setelah keseluruhan gambar/image tercetak maka media akan diteruskan ke proses pemanasan yang dilakukan preheated media melalui nip bertekanan. Pemanasan dilakukan secara hati-hati agar temperatur dijaga diantara ‘glass transition temperature’ dan titik leleh tinta. Hal ini untuk mencegah gagalnya kohesi antara tinta dan media.
Foto SEM dari tinta beda fase pada permukaan drum alumunium ditunjukan pada gambar 31.A. sedangkan gambar 32 menunjukan tinta beda fase setelah melewati drum alumunium dan menempel pada permukaan sebuah media. Printer dengan tinta beda fase menghasilkan kualitas cetak yang sangat baik, dan mampu mencetak dengan kecepatan 6 ppm (page per minute) atau 6 kertas per menit. Textronix Phaser 350 sangat sukses di pasar printer untuk perkantoran, perusahaan lain yang ikut mengembangkan dan memasarkan produk berbasis teknologi tinta beda fase adalah Spectra dan Dataproducts.
Figure 32. A SEM of a fused phase-change ink drop on a paper that results from a offset drum transfer process.
Table III menunjukan komposisi umum formulasi tinta beda fase. Operating Temperature (temperatur kerja) berkisar antara 120-140oC, sedangkan viskositas pada temperatur ini berkisar antara 8-15 cps.
Table III. Phase-change Ink Composition
|
Component
|
Function
|
Concentration, %
|
Solid wax mixture
|
Ink vehicle
|
40 to 70
|
Viscosity modifier
|
Lowers viscosity
|
5 to 20
|
Tackifier
|
Imparts adhesion
|
1 to 15
|
Plasticizer
|
Provides flexibility
|
1 to 15
|
Dye or pigment
|
Provides color
|
1 to 10
|
Antioxidant
|
Heat stability
|
0.05 to 2
|
Tinta Solvent-based umumnya dipakai pada aplikasi cat atau percetakan industri, dimana media cetak berupa media yang tidak dapat menyerap cairan seperti logam, plastik atau kaca. Pada media2 tersebut tidak terjadi penyerapan sehingga pencetakan bergantung pada kecepatan penguapan tinta.
Salah satu contoh dari tinta yang tidak berbasis air adalah tinta oil-based (basis minyak). Tinta jenis ini, akhir2 ini dipakai pada printer Raster Graphic Piezoprint 5000 dan Xerox ColorgrafX. Kedua printer ini menggunakan printhead dengan metode Nu-Kote piezo Shear-mode. Pada printhead ini digunakan medan elektromagnet dalam proses pencetakannya, sedangkan penggunaan tinta oil-based menghindari pengaruh medan elektromagnet pada tinta. Selain itu beberapa produsen tinta oil-based meng-klaim bahwa tinta produksi mereka lebih cepat menguap dan dapat menghindari pengerutan kertas akibat air.
Kualitas cetak dan ketahanan dari tinta basis air, beda fase dan oil-based adapat dietrima bial digunakan untuk mencetak pafda media kertas khusus inkjet atau kertas yang telah dila-pisi secara khusus. Bagaimanapun juga ketiga tinta di atas tidak dapat mencetak hasil yang maksimal bila menggunakan media cetak yang tidak dapat menyerap air seperti metal, kaca atau plastik. Untuk solusinya, penggunaan tinta UV-curable (kering dengan bantuan sinar UV/sinar matahari) telah diperdebatkan sejak lama. Tetapi banyak faktor (antara lain kemampuan printhead, photoinitiator/zat untuk memicu proses pengering, monomer tinta yang tidak beracun serta permintaan pasar) membuat perkembangan tinta UV-curable tersendat-sendat. Tetapi akhir2 ini faktor2 penghalang tersebutg di atas mulai teratasi, dan juga permintaan pasar akan tinta UV-curable juga sangat meningkat. Diperkirakan tidak lama lagi pengembangan tinta UV-curable akan sangat pesat akibat faktor2 di atas.
Mekanisme pengeringan pada berbagai sistem tinta inkjet dirangkum pada tabel IV.
Table IV. Drying Mechanisms for Different Ink-Jet Inks
|
Ink
|
Printhead
|
Drying Mechanism
|
Aqueous
|
Thermal/Piezo
|
Continuous Absorption/ Penetration Evaporation
|
Oil
|
Piezo continuous
|
Absorption/Penetration
|
Solvent
|
Continuous piezo
|
Evaporation
|
Hot melt
|
Piezo
|
Solidification
|
UV curable-based
|
Piezo continuous
|
Polymerization
|
Reactive-based
|
Piezo Continuous
|
Oxidation Polymerization
|
