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Die generelle Idee des Druckkopfes beim Thermodrucker ist die gleiche wie beim Nadeldrucker: Der Druckkopf enthält eine oder mehrere Reihen des eigentlichen „druckenden“ Teiles. Nun handelt es sich bei diesem Teil im Gegensatz zum Nadeldrucker nicht um Nadeln sondern um Heizwiederstandselemente, die ebenfalls einzeln angesteuert werden können und durch die Erhitzung des Farbbandes oder des Papiers (Thermopapier) die Farbe freisetzen. Das geschieht bei laufendem Druckkopf und hat eine hohe horizontale Auflösung bei zeitgenauem Ansteuern der Heizelemente. Jedoch haben die Heizelemente auch einen Nachteil: Durch das Aufheizen und Abkühlen ist die Randschärfe in Druckrichtung gegenüber der Querrichtung merklich beeinträchtigt. Ferner ist die Druckauflösung von Modell zu Modell sehr unterschiedlich, denn während die Auflösung quer zur Druckrichtung maßgeblich von der Dichte der Heizelemente im Druckkopf bestimmt wird, hängt die Auflösung in Druckrichtung von der Geschwindigkeit des Kopfes sowie Ansteuerung und physikalischem Verhalten der Heizelemente ab. Dadurch ergeben sich oftmals asymmetrische Druckauflösungen, z.B. 300x150dpi.
Wie schon besprochen kann das Farbpigment beim Thermodruck auch im Papier enthalten sein, wobei es sich dann um den sogenannten Thermodirektdruck handelt. Der Drucker enthält somit kein Farbband und das spezielle Thermopapier ist mit einer Beschichtung versehen, die Farbbildner, Entwickler etc. enthält. Fährt der erhitzte Druckkopf über die beschichtete Seite des Papiers so wird die meist schwarze Farbe aus den Bestandteilen aufgebaut und wird auf dem Papier sichbar. Das Darstellen von Graustufen erfolgt dabei meist durch Rastern, da die Wärmeabgabe des Druckkopfes nicht so genau gesteuert werden kann, dass nur eine partielle Einfärbung des Papier möglich ist.
Ein Drucker, der die Methode des Thermotransferdruck nutzt, besitzt zwar ein Farbband, doch handelt sich dabei nicht um ein eingefärbtes Gewebeband, sondern eine spezielle mit Farbe beschichtete Thermotransferfolie, die im Grunde die gleichen Bestandteile hat wie beim Thermopapier: Farbpigment, Binder, Entwickler. Die beschichtete Seite ist dem zu bedruckenden Papier zugewandt. Die „Rückseite“ des Folienbandes ist ebenfalls beschichtet um die Farbe sowie das Papier vor der Hitze des Druckkopfes zu schützen. Diese Schicht wird „Backcoating“ genannt. Wie beim Thermopapier wird die Farbe aus der Farbbeschichtung freigesetzt sobald der Druckkopf die Folie erhitzt und somit die Farbe auf das anliegende Papier aufgetragen wird. Das schließt aber auch ein, dass sich die Farbe immer komplett vom Band löst und dadurch keine Abstufungen möglich sind.
Wie das „Sublimation“ im Namen des Verfahrens verrät, handelt sich hierbei um ein Aufdampfungsverfahren, d.h. dass die auf die Transferfolie aufgebrachte Farbe beim Erhitzen in den gasförmigen Zustand (Sublimation) übergeht und so direkt in das zu bedruckende Material eindringt und dort auskondensiert. Dadurch ist der Drucker aber auch in der Lage nur ein Teil der Farbe aufzubringen, indem die Energiezufuhr an einem Druckpunkt reguliert wird. Damit ist man in der Lage bis zu 64 Abstufungen zu erreichen, was zu einer recht guten Farbgenauigkeit führt.
Bei diesem Druckverfahren wie auch beim Transferdruck ist es möglich mehrfarbig zu drucken, was aber erfordert die gleiche Druckposition überlicherweise viermal (CMYK) anzusteuern, weswegen diese Verfahren sehr zeitaufwendig sind. Ferner ist das entstandene Druckbild anfällig für äussere Einflüsse (Sonnenstrahlung, Wärme) und musst daher meist mit einer zusätzlichen Schutzschicht überzogen werden um dauerhafte Haltbarkeit (nach Herstellern bis zu 25 Jahren) zu gewährleisten.