Am Horizont zeichnen sich strengere EU-Vorschriften für die Verwendung von Quecksilberdampf-Härtungslampen ab. Welche alternative Aushärtungstechnologie sollten Unternehmen einsetzen?

Besitzer von Großformat-Digitaldruckern wissen, dass die Tinten nach der Ausgabe der Drucke getrocknet werden müssen. Sie wissen auch, dass sie zwei Aushärtungsoptionen haben: Quecksilberbogenlampen oder LEDs.

Beide reagieren auf bestimmte Wellenlängen des Lichts und nutzen die Energie des Spektrums, um die Fragmentierung und Polymerisation von Fotoinitiatoren in Tinten zu initiieren und trockene, elastische, flexible und dauerhafte Oberflächen zu schaffen.

Die Leistung einer Lichtquelle bestimmt ihre Helligkeit und diese wiederum definiert die Eigenschaften einer Aushärtungstechnologie und damit ihre Leistungsmerkmale.

Deshalb sind Leistung und Anwendungsanforderungen die wichtigsten Überlegungen, wenn Sie Geräte mit Quecksilberlichtbogen- und LED-Härtung vergleichen.

Zu den Leistungsmerkmalen gehören:
– Geschwindigkeit und Tiefe der Aushärtung
– Qualität der Farb- und Glanzkontrolle
– wie lange es dauert, bis das Aushärtungssystem einsatzbereit ist
– sein Energieverbrauch
– die Flexibilität der Tinte und des Bedruckstoffs
– die Langlebigkeit und Beständigkeit des Aushärtungssystems im Laufe der Zeit.

Auch die Betriebskosten und die Vorschriften sind zunehmend wichtige Unterscheidungsmerkmale. Berücksichtigen Sie all diese Faktoren im Zusammenhang mit Ihren Geschäfts- und Anwendungsanforderungen, und Ihre Entscheidung, welche Option Sie wählen sollten, wird klar sein. Machen Sie sich nicht zu viele Gedanken über die Einhaltung von Vorschriften, denn das ist gar nicht so schlimm, wie Sie vielleicht denken.

Quecksilber gleiten lassen

Quecksilberbogenlampen sind die Arbeitspferde der Härtungsindustrie. Sie erzeugen UV- und IR-Licht in den Bereichen 240-270 nm und 350-380 nm des Spektrums und haben eine Lebensdauer von etwa 1.500 Stunden.

Sie verbrauchen eine Menge Energie und erzeugen Wärme. Dies beschleunigt die Vernetzung der Polymere, beschädigt aber empfindliche Substrate, so dass dies eine Einschränkung für den Druck dünner Materialien darstellt.

Diese Lampen benötigen Zeit zum Aufwärmen und Abkühlen, so dass sie auch dann eingeschaltet bleiben müssen, wenn die Druckmaschine nicht in Betrieb ist, was die Stromrechnung in die Höhe treibt.

Trotz dieser Nachteile dominiert die Quecksilber-Lichtbogenhärtung den Markt, weil sie so sehr produktiv ist. Und obwohl sie ausgereift ist, taucht sie immer noch in neuen Druckmaschinen wie der H-UV von Komori mit Inline-Härtung auf.

Die Technologie wird den Großformat-Digitaldruck weiterhin dominieren, bis LEDs mit ihrer Leistung mithalten können, insbesondere mit der Geschwindigkeit und der Tiefe der Aushärtung. Der Wendepunkt wird noch eine Weile auf sich warten lassen, könnte aber früher kommen als erwartet.

Töten oder heilen?

Entwickler haben viele Gründe, in die LED-Härtungstechnologie zu investieren, nicht zuletzt die RoHS-II-Verordnung der Europäischen Union, die die Verwendung von Schwermetallen wie Blei, Quecksilber und Cadmium verbietet.

RoHS II ist der Bruder der Richtlinie über Elektro- und Elektronik-Altgeräte (WEEE) und bezieht sich speziell auf elektrische und elektronische Geräte.

Die Kontrolle von Chemikalien fällt in den Bereich der Richtlinie zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe (REACH), die sich auf Gesundheit und Sicherheit konzentriert.

RoHSII wurde entwickelt, um Energieeinsparungen und Ökodesign zu fördern und die Verwendung gefährlicher Stoffe zu reduzieren.

Aus diesen Gründen ist sie ziemlich locker mit zahlreichen Ausnahmen und über 80 Befreiungen, einschließlich der Verwendung von Quecksilber in bestimmten Situationen, z.B. wenn keine gleichwertige alternative Technologie verfügbar ist.

Selbst wenn die Ausnahmeregelungen auslaufen, können Quecksilberdampflampen ersetzt und Maschinen weiter betrieben werden, ohne gegen die Vorschriften zu verstoßen.

LED-Technologie

LEDs haben eine geringere Strahlkraft als Quecksilberdampflampen, weil die angelegte Spannung niedrig ist. LEDs emittieren Licht im sichtbaren Teil des Spektrums von 400 nm bis 700 nm oder im nahen Infrarot (700 nm und 2000 nm), so dass nur ein Teil der von ihnen emittierten spektralen Energie UV-Licht ist.

Da sie nur einen Bruchteil der Energie von Quecksilberdampflampen verbrauchen, müssen sie nicht aufgewärmt oder abgekühlt werden, so dass sie sofort einsatzbereit sind und keine Energie verbrauchen, solange sie nicht in Betrieb sind.

Sie sind außerdem billig und haben eine sehr lange Lebensdauer. Die von ihnen erzeugte Wärmemenge ist unbedeutend, so dass sie auch bei sehr schwachen Substraten verwendet werden können, aber ihr Mangel an Energie bedeutet, dass LEDs derzeit nur langsam aushärten.

Da Tintenpigmente das Licht im LED-Emissionsbereich absorbieren können, konkurrieren sie manchmal mit Fotoinitiatoren um das Licht.

Sie können auch versehentlich in der Dose oder auf der Druckmaschine aushärten. Dies und ihr schmaler Reaktionsbereich bedeutet, dass LED-härtende Tinten speziell formuliert werden müssen.

Die LED-Härtung ist noch eine relativ unausgereifte Technologie für grafische Anwendungen, aber die Entwicklung von kurzwelligen UV-LEDs macht rasche Fortschritte.

Kontinuierliche technologische Forschung ist in der grafischen Industrie eine Selbstverständlichkeit, und die Entwickler suchen ständig nach neuen Wegen, um alte Probleme zu lösen.

Ihre Bemühungen können aus Gründen der Kosten, der Umweltverträglichkeit, der Energieeffizienz, der Einhaltung von Vorschriften, der Leistung und sogar der Bequemlichkeit erfolgen – alles, was ihnen einen Vorteil gegenüber der Konkurrenz verschafft.

Die Entwickler haben bereits clevere Wege gefunden, um das Beste aus beiden Aushärtungsoptionen herauszuholen. LEDs in Kombination mit Quecksilberlichtbogenhärtung können eine Vorhärtung, das sogenannte Pinning, ermöglichen.

Diese partielle Aushärtung einzelner Druckfarben kontrolliert die Tonwertzunahme und verbessert die Farbqualität und den Glanzgrad. Quecksilberbogenlampen vervollständigen die Aushärtung.

Sollten wir uns über RoHSII Sorgen machen?

Nein, zumindest noch nicht. Ein wichtiger Grundsatz der EU-Gesetzgebung ist, dass die Anwendung von EU-Vorschriften Wachstum und Entwicklung nicht untergraben darf. Wir sind daher zuversichtlich, dass die RoHSII-Vorschriften nicht willkürlich angewendet werden.

RoHSII-Ausnahmen gelten für Nieder-, Mittel- und Hochdruck-Quecksilberdampflampen, die ab April 2015 schrittweise aus dem Verkehr gezogen werden, sobald geeignete Ersatztechnologien verfügbar sind.

Die Verordnung nimmt auch „ortsfeste Großanlagen“ aus, die sie als „eine groß angelegte Kombination mehrerer Gerätetypen …, die von Fachleuten zusammengebaut und installiert werden und die dazu bestimmt sind, dauerhaft an einem vorher festgelegten Ort genutzt zu werden“ definiert.

Selbst ohne die Ausnahmeregelungen fallen also viele Druckereien, z.B. solche mit großen Flachbetten, nicht in den Geltungsbereich von RoHSII. Laut unserem Ansprechpartner in der Europäischen Union kann eine Druckmaschine „bis zum Ende ihrer Lebensdauer mit Ersatz-Quecksilberbogenlampen ausgestattet werden.“

Das Aufkommen der LED-Härtung, die eine Alternative zur Quecksilberlichtbogentechnologie darstellt, hat die Palette der für den Druck von Großformatprojekten verfügbaren Maschinen erweitert.

Sie unterstützen eine breite Palette von Leistungs- und Kostenanforderungen und verschiedene wirtschaftliche Modelle für Hersteller, Druckereien und deren Kunden. Die Wahl ist eine Frage der Abstimmung von Leistungs- und Qualitätsanforderungen auf die Anwendungsinvestitionen.

Die Erwartungen an die Produktion und die Technologie bestimmen die Akzeptanz von LED und die Geschwindigkeit, mit der sie die Quecksilberlichtbogenhärtung ersetzen.

Aber es ist nur eine Frage der Zeit, bis die LED-Technologie die Leistung der Quecksilberlichtbogenhärtung erreichen kann. Wenn wir diesen Punkt erreichen, wird sie nicht mehr praktikabel sein, aber dieser Punkt ist noch in weiter Ferne.