لماذا تُعد المعالجة بمصابيح LED مهمة لورشة الطباعة الخاصة بك

كجزء من سلسلة منحنى التعلم لدينا، يبحث سايمون إكليس في الاستخدام المتزايد لمصفوفات ضوء LED للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية لأحبار البوليمر الضوئية في طابعات الحبر ذات التنسيقات الكبيرة.

مصابيح LED هي تقنية جذابة تولد ضوءًا شديدًا بأقل قدر من استهلاك الطاقة، بينما تنبعث منها حرارة قليلة جدًا وتتمتع عادةً بعمر طويل جدًا. وقد بدأت هذه المصابيح تحل محل مصابيح بخار الزئبق المتعطشة للطاقة والساخنة وقصيرة العمر (المعروفة أيضاً باسم الهاليد المعدني) في طابعات الحبر الحديثة للأشعة فوق البنفسجية.

إن انخفاض استهلاك الطاقة، والتشغيل البارد، والمرونة الكبيرة في الاستخدام، والعمر الطويل، وقلة مشاكل التخلص من المصابيح، يعني أن مصابيح LED تقنية جذابة للغاية من الناحية العملية للطباعة وكبديل أكثر ملاءمة للبيئة لمصابيح الزئبق.

تختلف الوفورات على وجه التحديد باختلاف الأنظمة، ويتغير أداء تكلفة مصابيح LED ومخرجات الطاقة طوال الوقت. ومع ذلك، كدليل تقريبي، تقول Mimaki أن وحدة الأشعة فوق البنفسجية LED النموذجية لطابعة ذات تنسيقات كبيرة، والتي تنتج 10 وات من طاقة الأشعة فوق البنفسجية، تستهلك حوالي 60 وات من الكهرباء للمصابيح بالإضافة إلى حوالي 20 وات لمروحة التبريد ودائرة التحكم في الإخراج. إذن، 80 وات إجمالاً، أي أقل قليلاً من الجيل القديم من المصابيح المنزلية ذات الفتيل التنغستن بقدرة 100 وات.

وعلى سبيل المقارنة، يبلغ إجمالي استهلاك الطاقة لمصباح هاليد معدني تقليدي حوالي 1.2 كيلو وات، وهو ما يزيد عن سخان نار كهربائي بشريط واحد. تعمل هذه المصابيح بدرجة حرارة عالية جدًا – ما بين 600 إلى 800 درجة مئوية داخليًا – وتولد حرارة مشعة تنتقل إلى بقية مكونات الطابعة، بما في ذلك الرؤوس والحبر والأهم من ذلك الوسائط.

ومن ثم، فإن مصباح الهاليد المعدني يستهلك حوالي 15 ضعف كمية الكهرباء التي يستهلكها نظام المعالجة بالأشعة فوق البنفسجية – LED. ومع ذلك، نظرًا لإمكانية تشغيل أو إيقاف تشغيل مصابيح UV-LED بشكل شبه فوري، لا تحتاج الطابعات إلى تشغيلها إلا أثناء دورة الطباعة الفعلية. بمجرد إطفاء مصباح الهاليد المعدني، لا يمكن تشغيله مرة أخرى حتى يبرد.

وبالتالي، يتم تركها بشكل عام قيد التشغيل باستمرار أثناء استخدام الطابعة. مع دورة تشغيل بنسبة 50٪ تستهلك مصفوفة الأشعة فوق البنفسجية – LED فقط 1/30 من الكهرباء مثل الهاليد المعدني. هذا لا يعني أن الطابعة بأكملها أكثر كفاءة بمقدار 30 مرة مع مصابيح LED.

تحتوي جميع الطابعات على عناصر مشتركة مثل المحركات وإلكترونيات التحكم وإمدادات الحبر ومضخات التفريغ. لذا فإن الفرق الفعلي في استهلاك الطاقة للطابعة ككل سيكون أقل. ومع ذلك، فإن الطابعة المزودة بمصباح هاليد معدني تستهلك من ثلاثة إلى عشرة أضعاف استهلاك الطابعة المزودة بمصباح UV-LED، كما تقول Mimaki.

لا يُحدث استخدام مصابيح LED بالأشعة فوق البنفسجية – الليد فرقًا كبيرًا في سعر شراء الطابعة، لذا فإن استخدام مصابيح LED بمرور الوقت يوفر المزيد والمزيد من المال، حيث إن ذلك مزيج من استخدام أقل للكهرباء وصيانة أقل وعدم وجود تكاليف استبدال تقريبًا. بصرف النظر عن التخفيض الواضح في فواتير الكهرباء، يمكن أن يكون هذا عاملاً مهماً للشركات التي تحاول تقليل بصمتها الكربونية أو الحصول على شهادة حياد الكربون، وقد يكون له بعض الصلة بأرصدة الكربون.

مكونات رائعة

الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LEDs) هي مكونات كهربائية ذات حالة صلبة تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الإضاءة الحديثة، مع ظهور استخدامات جديدة طوال الوقت. أما النوع الباعث للأشعة فوق البنفسجية (وتسمى بشكل عام الصمام الثنائي الباعث للضوء UV-LED) فهي أكثر تخصصاً وأغلى ثمناً. ولأغراض معالجة الحبر يتم تركيبها في صفائف من مصابيح LED متعددة.

فهي تنتج نطاقًا ضيقًا نسبيًا من الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية، مقارنةً بالنطاق الأوسع لمصابيح بخار الزئبق. من الأفضل استخدام الأحبار التي تمت صياغتها لتحقيق أقصى قدر من الحساسية في تلك الأطوال الموجية. سيتمكن مصنعو الطابعات من توريد أحبار ذات علامات خاصة لاستخدام مصابيح LED على طابعاتهم الخاصة، ولكن هذا عامل يجب أن تكون على دراية به إذا كنت تستخدم أحبار طرف ثالث.

على عكس المصابيح الزئبقية، لا تبعث الأشعة فوق البنفسجية – LED ضوء الأشعة تحت الحمراء أو الحرارة المشعة. وهذا يعني أن وسائط الطباعة لا تسخن بشكل كبير أثناء الطباعة، لذا يمكن استخدام المواد الحساسة للحرارة.

وبدلاً من ذلك، يمكنك استخدام مواد بلاستيكية أرق مثل الفينيل أكثر رقة من المصابيح الزئبقية، حيث إنها لن تنثني تحت مصابيح LED. وتعني الوسائط الأقل سمكًا توفيرًا في المواد ولفائف أخف وزنًا، مع فوائد في جميع مراحل سلسلة التوريد بدءًا من شاحنات التوصيل وحتى التخلص من النفايات. تسخن الإلكترونيات المشغّلة لمصابيح LED، لذلك لا تزال علب المصابيح ذات المصفوفات الكبيرة تحتاج إلى بعض الماء أو التبريد بالمروحة، ولكن كما رأينا، يحتاج ذلك إلى طاقة أقل بكثير من الزئبق.

قد يعني انخفاض درجات حرارة المصباح أيضًا انخفاض التدفئة المحيطة في غرفة الضغط. وعادةً ما يكون هذا أمرًا جيدًا، على الرغم من أن هذا قد يعني في بعض المناخات الباردة أنه قد يتعين عليك رفع درجة حرارة المصنع قليلاً في الشتاء للتعويض عن ذلك، وبالتالي تفقد بعض فوائد التكلفة.

من ناحية أخرى، في المناخات الدافئة سيقدر المشغلون غرفة ضغط أكثر برودة، ولن تحتاج إلى طاقة تكييف هواء كبيرة إذا كنت قد قمت بتركيبها. عادةً ما يُعتبر عمر المصباح لمصباح MH حوالي 1000 ساعة (حتى وقت تقليل الضوء بنسبة 30%). إذا كان المصباح يعمل لمدة 8 ساعات يوميًا، فسيتعين استبداله خلال 125 يومًا (حوالي 6 أشهر مع 20 يوم تشغيل/شهر).

عمر أطول

يبلغ العمر التشغيلي للشريحة الواحدة المزوّدة بمصباح UV-LED حوالي 10,000 إلى 15,000 ساعة اعتمادًا على تبديد الحرارة. إذا كانت رقاقة UV-LED تعمل لمدة 8 ساعات في اليوم، مع عمر افتراضي يبلغ 10000 ساعة، فإنها تدوم لمدة 1250 يومًا (حوالي 5 سنوات بافتراض 250 يوم عمل في السنة).

نظرًا لإيقاف تشغيل مصابيح UV-LED في وضع عدم الطباعة، فإن عمر الخدمة الفعلي سيكون أطول. لن تحتاج معظم مصابيح UV-LEDs إلى الاستبدال أبدًا خلال العمر التشغيلي للطابعة. تولد مصابيح الزئبق عالية الضغط القديمة غاز الأوزون الذي يشكل خطرًا على المشغلين ويحتاج إلى استخراجه عن طريق التهوية.

ومع ذلك، يتم التغلب على ذلك إلى حد كبير باستخدام زجاج يقوم بتصفية الطول الموجي المحدد المولد للأوزون. لا تولد مصابيح LED الأوزون أيضًا. الزئبق سام، لذا يجب التخلص من المصابيح بما يتماشى مع اللوائح البيئية. لا توجد مواد خطرة كبيرة في مصابيح LED، ولأنها تدوم لفترة أطول فإن النفايات تكون أقل على أي حال.

التبديل السريع

ومن المزايا الكبيرة الأخرى أنه يمكن تشغيل مصابيح الدايود المبتعث للضوء وإيقاف تشغيلها بسرعة، أو تغيير شدتها دون حدوث ضرر. تعمل المصابيح الزئبقية عن طريق ضرب قوس قصير الدائرة عبر الزئبق الموجود في المصابيح. ويتطلب الأمر إلكترونيات متخصصة لتشغيلها وبمجرد تشغيلها، فإنك تريد إبقاءها قيد التشغيل، لذلك عادةً ما تُترك قيد التشغيل طوال فترة النوبة، باستخدام الطاقة وتوليد الحرارة سواء كنت تطبع أم لا.

تختلف سرعات الطابعة وبالتالي تختلف متطلبات الطاقة للمعالجة بالأشعة فوق البنفسجية أيضًا. لا يوجد سوى مجال محدود لتغيير شدة خرج مصباح الزئبق عن طريق تغيير مدخلات الطاقة، لذا فهي تعمل بكامل طاقتها طوال الوقت وتستخدم مصاريع ميكانيكية للتحكم في كمية الضوء التي تصل إلى الوسائط أو لإيقافها تمامًا.

على النقيض من ذلك، يمكن تبديل مصابيح LED بسرعة كبيرة بحيث يمكن استخدام ذلك لتغيير ناتج الضوء، على الرغم من أنه من الممكن أيضًا تغيير السطوع عن طريق تغيير مستويات طاقة الإدخال. نظرًا لأن مصابيح LED لا يتم تشغيلها إلا عند الحاجة إليها ويمكن تشغيلها بشكل نبضي لتقليل خرج الطاقة، يمكن تمديد عمرها الافتراضي إلى سنوات، وربما أكثر من عمر الطابعة.

أشار تشاد تاغارت، نائب رئيس التسويق والتطوير في شركة Phoseon، وهي شركة أمريكية مطورة لمصفوفات مصابيح المعالجة بمصابيح LED، إلى أنه يتم تطوير انبعاثات ضوئية أعلى طوال الوقت. وقال “تزداد قوة مصابيح LED من حيث الإشعاع وكثافة الطاقة أو الجرعة بشكل كبير”. “كل سنتين إلى ثلاث سنوات نضاعف قدرة الإخراج. على سبيل المثال، انتقلنا من 4 واط لكل سم2 في عام 2008 إلى 8 في عام 2010، إلى 16 في عام 2012. ولا يوجد سبب يمنع أن تصل إلى 24 أو أكثر في المستقبل.

“نحن نعتقد أن التصور السائد عن الطاقة المنخفضة ناتج عن عدم مواكبة الناس لتقنيتنا. لدينا العديد من العملاء في مجال التنسيقات الكبيرة اليوم الذين يستخدمون مصابيح LED لأعلى السرعات المتاحة. بعض الطابعات مبردة بالهواء، وبعضها مبردة بالماء. عادةً ما تكون منتجاتنا الأعلى طاقة مبردة بالماء. إذا حافظت عليها باردة فستدوم لمدة 20,000 أو 30,000 ساعة.”

على الرغم من أن الإلكترونيات والبرامج الثابتة وغيرها من المشكلات تعني أنه من غير المحتمل أن يتمكن المستخدمون النهائيون من تعديل طابعة مصباح زئبقي بالأشعة فوق البنفسجية الموجودة لاستخدام مصابيح LED، إلا أنه أصبح من السهل على الشركات المصنعة تركيبها دون إجراء تعديلات كبيرة.

فعلى سبيل المثال، قدمت شركة Integration Technology Ltd (ITL) في المملكة المتحدة مصابيح MZero LED في معرض FESPA 2012. وهي عبارة عن تبديل مباشر لمكونات وحدات مصابيح MZero الزئبقية التي تستخدم بالفعل في عربات الرأس في الطابعات ذات التنسيق العريض.

يمكن أن تكون الطابعات المصممة من البداية لمصابيح الأشعة فوق البنفسجية – LED أصغر حجمًا، حيث تقل الحاجة إلى بناء مساحة لمراوح التبريد والاستخراج.

ما هي الطابعات التي تستخدم تقنية LED؟

تقوم الشركات المصنعة للطابعات النافثة للحبر بتركيب مصابيح LED في الطابعات الجديدة التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية بشكل متزايد عند إطلاقها.
تدعي شركة Mimaki أنها أول من أدخلت مصابيح LED للتنسيق العريض، على الطابعة UJV-160 في عام 2008، بعد أن بدأت تطويرها لأول مرة في عام 2003.

في معرض FESPA الرقمي في لندن العام الماضي، قدمت الشركة نفسها زوجًا من الطابعات المعالجة بال LED السريعة، وهي الطابعة المسطحة JFX500-2131 والطابعة UJV500-160 التي يتم تغذيتها باللف. من بين الطابعات التي تستخدم مصابيح LED أيضًا طابعة Acuity 1600 LED التي يتم تغذيتها بالأسطوانة من Fujifilm وطابعة VersaUV 640 LEJ من Roland التي يتم تغذيتها بالأسطوانة وطابعة LJF المسطحة 640 LJF من رولاند.

تستخدم EFI VUTEk مصابيح LED بالأشعة فوق البنفسجية حيث إنها تقدم أشكالاً جديدة من نطاقات طابعاتها HS وGS. ومع ذلك، بالنسبة لأسرع طابعاتها المسطحة للغاية، وهي HS 100 Pro، فإن مصابيح LED وحدها ليست قوية بما فيه الكفاية. وبدلاً من ذلك، يتم استخدامها في نظام المعالجة الهجين، حيث يتم تركيب مصابيح LED على عربة الرأس وتثبيت الحبر مباشرة بعد الطباعة للحفاظ على وضوح النقاط، بينما تقوم مصابيح الزئبق الأكثر قوة بإجراء المعالجة الكاملة.

يسمح تنويع التوقيت النسبي لمجموعتي المصابيح ل EFI بتغيير مستويات الالتصاق واللمعان للأحبار.

قدمت موتوه في معرض FESPA الرقمي في ميونيخ هذا العام ثلاث طابعات جديدة مزودة بمصابيح UV-LED.

وهي طابعة ValueJet 628 المدمجة مقاس 24 بوصة، وطابعة ValueJet 1626UH الأكثر تقليدية للمواد الصلبة واللفافة. الطابعة الثالثة هي الطابعة المسطحة الجديدة “المكتبية” ذات التنسيق A3 وهي ValueJet 426UF، لمنافسة عائلة UJF-3042/6042 من Mimaki والطابعتان المسطحتان الصغيرتان LEF-12 وLEF-20 من رولاند، اللتان تستخدمان أيضًا مصابيح LED.

ما لا تعمل من أجله

تعني تكلفة الإنشاء الأولية لمصفوفات LED الكبيرة جدًا والعالية الإخراج أنها ليست مناسبة بعد لأسرع مكابس مسطحة بالأشعة فوق البنفسجية مثل أكبر ماكينات HP FB أو Inca Onsets، أو لمصفوفات العرض الكامل على مكابس الحبر الهجين المذيب والأشعة فوق البنفسجية.

ومع ذلك، بالنظر إلى زيادة مخرجات الطاقة وانخفاض أسعار الأشعة فوق البنفسجية – LED على مدى السنوات الأخيرة، يبدو أنه لا مفر من استمرار هذا الاتجاه إلى درجة أنه من الممكن استبدال بخار الزئبق في جميع الطابعات الجديدة في غضون بضع سنوات.

حتى الآن لم تعد مصابيح LED فعالة من حيث التكلفة في المصفوفات كاملة العرض أيضًا. وهذا يحول دون استخدامها في طابعات الحبر الهجين المذيب والأشعة فوق البنفسجية التي يتم شحنها حاليًا من قبل Mimaki (JV400SUV) وFujifilm (Vybrant F1600) وColorific (التي تبيع مجموعات تحويل لطابعات Roland وMimaki وMutoh ذات المذيبات البيئية).

في هذه الحالة، يتم استخدام كمية صغيرة من المذيب في الحبر، الذي يومض على سرير الطابعة لتثبيت الحبر، الذي يتم معالجته بعد ذلك بواسطة مصفوفة مصباح الأشعة فوق البنفسجية بعرض كامل على بعد حوالي 60 سم في اتجاه مجرى النهر من عربة الطباعة. قد تكلف مصفوفة مصباح LED مقاس 40 إلى 60 بوصة ثروة.

ومع ذلك، هناك حاجة إلى ناتج ضوء الأشعة فوق البنفسجية أقل من المصابيح المستخدمة في عربات الطباعة بالمسح الضوئي (التي تحتاج إلى نقل المزيد من الطاقة لأنها تضيء مساحة صغيرة فقط أثناء مرور العربة فوقها)، لذلك يمكن استخدام أنابيب الأشعة فوق البنفسجية ذات الضغط الخفيف. تستخدم هذه المصابيح طاقة أقل من المصابيح الزئبقية، وتولد حرارة أقل بدون أوزون.

المستقبل المرئي واللاسلكي

على الرغم من أنها ليست ذات صلة مباشرة بمكابس الأشعة فوق البنفسجية، إلا أن مصابيح LED ذات الطول الموجي المرئي تشهد استخدامًا متزايدًا للإضاءة العامة، بما في ذلك مصانع الطباعة. ومن المرجح أنها ستحل تدريجياً محل المصابيح المتوهجة والفلورية التقليدية لإضاءة الغرف والإضاءة الخارجية خلال العقد القادم.

فهي لا تتمتع فقط بفوائد توفير الطاقة والتشغيل البارد وطول العمر التي تمت مناقشتها أعلاه، ولكن من خلال بنائها في مجموعات ألوان RGB، من الممكن تغيير إخراج اللون. في نهاية المطاف، يمكن دمج مصابيح LED في ألواح الجدران والسقف المتوهجة بحيث تختفي المصابيح التقليدية أو المصابيح الشريطية تمامًا.

تتلاءم مصابيح LED الحالية مع مقابس المصابيح القياسية. وهي الآن أغلى بكثير من مصابيح الفلورسنت الموفرة للطاقة التي أصبحت شائعة في جميع أنحاء أوروبا في السنوات القليلة الماضية. ومع ذلك، ستنخفض أسعارها مع ارتفاع معدلات استخدامها، في حين أن انخفاض استهلاكها للطاقة وعمرها الأطول سيجعلها شائعة بين المستخدمين. وعلى عكس المصابيح “العاكسة الفلورية الموفرة للطاقة” (مصابيح الفلورسنت المدمجة)، التي تحتوي على الزئبق، فإن مشكلة التخلص من المصابيح الموفرة للطاقة أقل في نهاية عمرها الافتراضي.

أصبحت مصابيح LED البيضاء الساطعة مألوفة بشكل متزايد كمصابيح تشغيل في السيارات، وقد بدأ طرحها كمصابيح أمامية رئيسية أيضاً، على الرغم من أن تكلفتها أعلى من المصابيح الأمامية التي تعمل بتفريغ الغاز اليوم.

هناك جانب حوسبة أيضاً. يجري حالياً تطوير مصابيح LED إلى شكل من أشكال نظام نقل البيانات اللاسلكية، يسمى Li-Fi. يمكن دمج هذا النظام في وحدات مصابيح LED في المستقبل ويعمل عن طريق تشغيل وإطفاء مصابيح LED آلاف المرات في الثانية الواحدة، بحيث لا تلاحظها العين. ولديها القدرة على عرض نطاق ترددي أعلى بكثير من تقنية الواي فاي ذات الترددات اللاسلكية الحالية.

الملخص

لذا، تقع مصابيح LED بدقة عند مفترق طرق. فقد أصبحت فعالة من حيث التكلفة بشكل متزايد في بعض الطابعات، في حين أن المنصات الأكبر حجمًا لم تصل بعد إلى هذا الحد.

لا تزال هناك تكاليف يجب تحملها في تحويل أنظمة المعالجة الخاصة بك، ولكن التوفير الذي يمكنك تحقيقه في عمر المصباح وحده سيدفع ثمن الاستثمار بسرعة ويحسن من أدائك البيئي مع توفير المال على الكهرباء.

إذا كنت ترغب في الاستثمار في مستقبل أكثر ربحية، فإن الموازين تميل نحو المعالجة بمصابيح LED – وبدعم من التوفير الذي يساعد على تحقيق أرباح أكبر في المستقبل بالإضافة إلى البيئة، مما يجعلها خيارًا واضحًا لأي طابعة.