Miksi LED-kovetus on tärkeää painotalollesi?

Osana oppimiskäyrä-sarjaamme Simon Eccles tutkii LED-valojoukkojen lisääntyvää käyttöä suurkuvamustesuihkujen fotopolymeerimusteiden ultraviolettikovettamisessa.

LEDit ovat houkutteleva tekniikka, joka tuottaa voimakasta valoa minimaalisella virrankulutuksella, tuottaa hyvin vähän lämpöä ja on yleensä erittäin pitkäikäinen. Ne alkavat korvata nykyaikaisissa UV-mustesuihkuissa käytettyjä virtaa vaativia, kuumia ja lyhytikäisiä elohopeahöyrylamppuja (eli metallihalideja).

Alhainen virrankulutus, viileä käynti, suuri joustavuus käytössä, pitkä käyttöikä ja vähäiset hävittämisongelmat merkitsevät sitä, että LEDit ovat erittäin houkutteleva tekniikka sekä käytännön tulostuksen kannalta että paljon ympäristöystävällisempänä vaihtoehtona elohopealampuille.

Säästöt vaihtelevat järjestelmästä riippuen, ja ledien kustannustehokkuus ja teho muuttuvat koko ajan. Karkeana ohjeena Mimaki kuitenkin sanoo, että tyypillinen suurkuvatulostimen UV-LED-yksikkö, joka tuottaa 10 W UV-energiaa, kuluttaa noin 60 W sähköä lamppuihin sekä noin 20 W jäähdytystuulettimeen ja ulostulon ohjauspiiriin. Yhteensä siis 80W, mikä on hieman vähemmän kuin vanhan sukupolven 100W:n volframihehkulamppu.

Vertailun vuoksi voidaan todeta, että perinteisen metallihalogeenilampun kokonaistehonkulutus on noin 1,2 kW, mikä on melko paljon enemmän kuin yhden palkin sähkölämmittimen. Nämä lamput käyvät hyvin kuumina – 600-800 astetta C sisäisesti – ja ne tuottavat säteilylämpöä, joka siirtyy tulostimen muihin osiin, kuten tulostuspäähän, musteeseen ja mikä tärkeintä, tulostusmateriaaliin.

Metallihalidilamppu kuluttaa noin 15 kertaa enemmän sähköä kuin UV-LED-kovetusjärjestelmä. Koska UV-LED-lamppu voidaan kuitenkin kytkeä päälle tai pois päältä lähes välittömästi, tulostimien on kytkettävä se päälle vain varsinaisen tulostussyklin aikana. Kun metallihalidilamppu on sammutettu, sitä ei voi kytkeä uudelleen päälle ennen kuin se on jäähtynyt.

Siksi se jätetään yleensä jatkuvasti päälle tulostimen käytön ajaksi. Kun UV-LED-lamppujen käyttöaste on 50 prosenttia, UV-LED-lamppu kuluttaa sähköä vain 1/30:n verran enemmän kuin metallihalogenidit. Tämä ei tarkoita, että koko tulostin olisi 30 kertaa tehokkaampi LEDin avulla.

Kaikissa tulostimissa on yhteisiä osia, kuten moottorit, ohjauselektroniikka, mustesäiliöt ja tyhjiöpumput. Tulostimen virrankulutuksen todellinen ero on siis pienempi. Siitä huolimatta metallihalidilampulla varustettu tulostin kuluttaa Mimakin mukaan kolmesta kymmeneen kertaa enemmän sähköä kuin UV-LED-lampulla varustettu tulostin.

UV-LEDien käyttö ei juurikaan vaikuta tulostimen hankintahintaan, joten ajan myötä LEDit säästävät yhä enemmän rahaa, koska sähkönkulutus on vähäisempää, huolto on vähäisempää ja vaihtokustannuksia ei käytännössä ole. Sähkölaskujen ilmeisen pienenemisen lisäksi tämä voi olla tärkeä tekijä yrityksille, jotka pyrkivät pienentämään hiilijalanjälkeään tai hankkimaan todistuksen hiilineutraaliudesta, ja sillä voi olla merkitystä hiilihyvitysten kannalta.

Siistit komponentit

LEDit (Light Emitting Diodes, valodiodit) ovat kiinteän tilan sähkökomponentteja, joita käytetään laajalti nykyaikaisissa valaistussovelluksissa, ja uusia käyttökohteita ilmaantuu koko ajan. UV-säteilyä säteilevät LED-valodiodit (yleisesti UV-LED) ovat vain erikoisempia ja kalliimpia. Musteen kovettamiseen ne on rakennettu useiden LEDien muodostamiksi ryhmiksi.

Ne tuottavat suhteellisen kapean UV-aallonpituusalueen verrattuna elohopeahöyrylamppujen laajempaan aallonpituusalueeseen. On parasta käyttää musteita, jotka on suunniteltu niin, että ne ovat mahdollisimman herkkiä näillä aallonpituuksilla. Tulostinvalmistajat pystyvät toimittamaan LED-käyttöön tarkoitettuja musteiden omia merkkejä omiin tulostimiinsa, mutta se on syytä ottaa huomioon, jos käytät kolmannen osapuolen musteiden valmistajia.

Toisin kuin elohopealamput, UV-LED-valot eivät säteile infrapunaista valoa tai lämpösäteilyä. Tämä tarkoittaa, että tulostusmateriaali ei kuumene merkittävästi tulostuksen aikana, joten lämpöherkkiä materiaaleja voidaan käyttää.

Vaihtoehtoisesti voit käyttää ohuempia muoveja, kuten vinyylejä, kuin elohopealamppujen kanssa, sillä ne eivät taivu ledien alla. Ohuempi materiaali merkitsee säästöjä materiaaleissa ja kevyempiä rullia, mistä on hyötyä koko toimitusketjussa jakeluautoista jätteiden hävittämiseen. Ledien ohjainelektroniikka kuumenee, joten suurten lamppujen kotelot tarvitsevat edelleen vesi- tai tuuletinjäähdytystä, mutta kuten olemme nähneet, se vaatii paljon vähemmän virtaa kuin elohopea.

Alhaisemmat lamppulämpötilat voivat myös merkitä pienempää ympäristön lämpenemistä painosalissa. Yleensä tämä on hyvä asia, mutta joissakin kylmissä ilmastoissa tämä voi tarkoittaa, että tehtaan lämmitystä on nostettava hieman talvella kompensoimiseksi, jolloin menetät osan kustannushyödyistä.

Toisaalta lämpimässä ilmastossa käyttäjät arvostavat viileämpää painokonehuonetta, eikä ilmastointitehoa tarvita niin paljon, jos se on asennettu. MH-lampun käyttöiän katsotaan yleensä olevan noin 1000 tuntia (siihen asti, kun valon määrä vähenee 30 prosenttia). Jos lamppu toimii 8 tuntia päivässä, se on vaihdettava 125 päivän kuluttua (noin 6 kuukautta, kun käyttöpäiviä on 20/kk).

Pidempi käyttöikä

Yhden UV-LED-sirun käyttöikä on noin 10 000-15 000 tuntia riippuen lämmöntuottokyvystä. Jos UV-LED-lamppu toimii 8 tuntia päivässä ja sen käyttöikä on 10 000 tuntia, se kestää 1250 päivää (noin 5 vuotta, jos oletetaan 250 työpäivää vuodessa).

Koska UV-LED-valot sammutetaan, kun tulostusta ei tehdä, todellinen käyttöikä on pidempi. Useimpia UV-LED-valoja ei tarvitsisi koskaan vaihtaa tulostimen käyttöiän aikana. Vanhat korkeapaine-elohopealamput tuottavat otsonikaasua, joka on vaarallista käyttäjille ja joka on poistettava ilmanvaihdolla.

Tämä ongelma voidaan kuitenkin suurelta osin ratkaista käyttämällä lasia, joka suodattaa otsonia aiheuttavan aallonpituuden. LEDit eivät myöskään tuota otsonia. Elohopea on myrkyllistä, joten lamput on hävitettävä ympäristömääräysten mukaisesti. LED-valaisimissa ei ole merkittäviä vaarallisia aineita, ja koska ne kestävät kauemmin, jätettä syntyy muutenkin vähemmän.

Nopea kytkentä

Toinen suuri etu on se, että LEDit voidaan kytkeä nopeasti päälle ja pois päältä tai niiden voimakkuutta voidaan muuttaa ilman, että ne vahingoittuvat. Elohopealamput toimivat siten, että lamppujen elohopean läpi syntyy oikosulkukaari. Niiden sytyttäminen vaatii erikoiselektroniikkaa, ja kun ne on kerran sytytetty, ne halutaan pitää käynnissä, joten ne jätetään yleensä päälle koko työvuoron ajaksi, jolloin ne kuluttavat virtaa ja tuottavat lämpöä riippumatta siitä, oletko tulostamassa vai et.

Tulostimen nopeudet vaihtelevat, joten myös UV-kovetteen energiantarve vaihtelee. Elohopealamppujen tehon voimakkuutta on mahdollista muuttaa vain rajoitetusti muuttamalla tehonsyöttöä, joten ne ovat käytännössä koko ajan täydellä teholla, ja mekaanisia sulkimia käytetään ohjaamaan materiaaliin pääsevän valon määrää tai sammuttamaan se kokonaan.

Sen sijaan LEDit voidaan kytkeä niin nopeasti, että valotehoa voidaan muuttaa, vaikka kirkkautta on mahdollista muuttaa myös syöttötehoa muuttamalla. Koska LEDit kytkeytyvät päälle vain tarvittaessa ja niiden tehoa voidaan vähentää pulssitoiminnolla, niiden käyttöikä voi olla jopa vuosia, mahdollisesti jopa enemmän kuin tulostimen käyttöikä.

Korkeampia valopäästöjä kehitetään koko ajan, huomauttaa Chad Taggart, yhdysvaltalaisen Phoseonin, LED-kovetuslamppurakenteiden kehittäjän, markkinoinnista ja kehityksestä vastaava varatoimitusjohtaja. ”LEDien teho säteilytehon ja energiatiheyden tai annoksen suhteen kasvaa dramaattisesti”, hän sanoi. ”Kahden tai kolmen vuoden välein teho kaksinkertaistuu. Esimerkiksi vuonna 2008 oli 4 wattia neliösenttimetriä kohti, vuonna 2010 oli 8 wattia ja vuonna 2012 16 wattia. Ei ole mitään syytä, miksi se ei voisi tulevaisuudessa olla 24 tai enemmän.

”Uskomme, että käsitys alhaisesta tehosta johtuu siitä, että ihmiset eivät pysy ajan tasalla teknologiamme kanssa. Meillä on nykyään monia asiakkaita, jotka käyttävät LED-valoja suurimmilla saatavilla olevilla nopeuksilla. Jotkut tulostimet ovat ilmajäähdytteisiä, jotkut vesijäähdytteisiä. Tyypillisesti suuritehoisimmat tuotteemme ovat vesijäähdytteisiä. Jos ne pidetään viileinä, ne kestävät 20 000 tai 30 000 tuntia.”

Vaikka elektroniikka, laiteohjelmisto ja muut ongelmat tarkoittavat, että loppukäyttäjät tuskin voisivat muuttaa olemassa olevaa UV-elohopealampun tulostinta käyttämään LED-valoja, valmistajien on yhä helpompi rakentaa ne sisään ilman suuria muutoksia.

Esimerkiksi Yhdistyneessä kuningaskunnassa toimiva Integration Technology Ltd (ITL) esitteli MZero LED-valaisimet FESPA 2012 -tapahtumassa. Ne ovat suora komponenttivaihto sen MZero-elohopealamppuyksiköille, joita käytetään jo laajakuvatulostimien pääkannattimissa.

Tulostimet, jotka on alusta alkaen suunniteltu UV-LED-tulostimia varten, voivat olla pienempiä, koska jäähdytys- ja poistotuulettimille ei tarvitse varata niin paljon tilaa.

Mitkä tulostimet käyttävät LED-valoa?

Mustesuihkuvalmistajat asentavat yhä useammin LED-valoja uusiin UV-tulostimiin niiden tullessa markkinoille.
Mimaki väittää olleensa ensimmäinen, joka otti käyttöön ledejä laajakuvatulostimissa UJV-160:ssä vuonna 2008, kun se aloitti kehitystyönsä vuonna 2003.

Viime vuonna Lontoossa pidetyssä FESPA Digital -tapahtumassa sama yritys esitteli kaksi nopeaa LED-kovetteista tulostinta, tasotulostimen JFX500-2131 ja rullatulostimen UJV500-160. Fujifilmin rullakäyttöinen Acuity 1600 LED ja Rolandin rullakäyttöinen VersaUV 640 LEJ ja tasokäyttöinen 640 LJF ovat myös LEDiä käyttäviä tulostimia.

EFI VUTEk käyttää UV-LED-lamppuja HS- ja GS-tulostinmallistojensa uusien variaatioiden käyttöönotossa. Sen nopeimmassa tasotulostimessa, HS 100 Pro:ssa, LEDit eivät kuitenkaan yksinään ole riittävän tehokkaita. Sen sijaan niitä käytetään hybridikovetusjärjestelmässä, jossa LEDit on asennettu tulostuspään kelkkaan ja ne kiinnittävät musteen heti tulostuksen jälkeen pitääkseen pisteet terävinä, kun taas tehokkaammat elohopealamput suorittavat täydellisen kovettumisen.

Kahden lamppusarjan suhteellista ajoitusta muuttamalla EFI voi vaihdella painovärien tarttuvuutta ja kiiltoa.

Mutoh esitteli tänä vuonna Münchenin FESPA Digital -messuilla kolme uutta UV-LED-lampuilla varustettua tulostinta.

Nämä ovat kompakti 24-tuumainen ValueJet 628 ja perinteisempi ValueJet 1626UH jäykille ja rullamateriaaleille. Kolmas on uusi A3-kokoinen pöytälaatataso, ValueJet 426UF, joka kilpailee Mimakin UJF-3042/6042-tuoteperheen ja Rolandin LEF-12- ja LEF-20-pienlaatatason kanssa, joissa käytetään myös LED-valaisimia.

Mitä ne eivät tee

Erittäin suurten, suuritehoisten LED-massojen rakennuskustannusten vuoksi ne eivät vielä sovellu kaikkein nopeimpiin UV-tasopainokoneisiin, kuten suurimpiin HP FB -koneisiin tai Inca Onset -laitteisiin, eivätkä liuotin-UV-hybridivärikoneiden täysleveisiin malleihin.

Koska UV-LED-tulostimien teho on kuitenkin kasvanut ja hinnat laskeneet viime vuosina, näyttää väistämättömältä, että tämä suuntaus jatkuu niin pitkälle, että elohopeahöyryn korvaaminen kaikissa uusissa tulostimissa on kohtuuhintaista muutaman vuoden kuluessa.

Toistaiseksi LEDit eivät myöskään ole kustannustehokkaita koko leveydeltään. Tämä estää niiden käytön liuotin-UV-hybridimustetulostimissa, joita Mimaki (JV400SUV), Fujifilm (Vybrant F1600) ja Colorific (joka myy muunnossarjoja Rolandin, Mimakin ja Mutohin ekologisen liuottimen tulostimiin) tällä hetkellä toimittavat.

Tässä tapauksessa musteessa käytetään pientä määrää liuotinta, joka leimahtaa tulostusalustalle ja kiinnittää musteen, joka sitten kovetetaan koko leveydeltään UV-lamppurivistöllä noin 60 cm tulostusvaunun alapuolella. 40-60 tuuman LED-valaisinryhmä maksaisi omaisuuden.

UV-valon teho on kuitenkin pienempi kuin skannaus-tulostusvaunuissa käytettävien lamppujen (joiden on siirrettävä enemmän energiaa, koska ne valaisevat vain pienen alueen vaunun kulkiessa sen yli), joten voidaan käyttää kevyitä UV-putkia. Ne kuluttavat vähemmän virtaa kuin elohopealamput ja tuottavat vähemmän lämpöä ilman otsonia.

Näkyvä ja langaton tulevaisuus

Vaikka UV-painokoneilla ei olekaan suoraa merkitystä, näkyvän aallonpituuden ledejä käytetään yhä enemmän yleisvalaistuksessa, myös painotaloissa. On todennäköistä, että ne korvaavat vähitellen perinteiset hehku- ja loistelamput huone- ja ulkovalaistuksessa seuraavan vuosikymmenen aikana.

Niillä on edellä mainittujen virransäästö-, viileys- ja pitkäikäisyyshyötyjen lisäksi RGB-väriklustereiden rakentaminen mahdollistaa väritehon vaihtelun. Lopulta LEDit voidaan rakentaa hehkuviin seinä- ja kattopaneeleihin, jolloin perinteiset hehkulamput tai nauhalamput voivat kadota kokonaan.

Nykypäivän LED-lamput sopivat tavallisiin hehkulamppujen pistorasioihin,. Tällä hetkellä ne ovat paljon kalliimpia kuin energiansäästöloistelamput, jotka ovat yleistyneet Euroopassa viime vuosina. Hinnat kuitenkin laskevat sitä mukaa, kun käyttöönotto lisääntyy, ja niiden alhaisempi virrankulutus ja pidempi käyttöikä tekevät niistä käyttäjien suosiossa. Toisin kuin energiansäästölamput (CFR), jotka sisältävät elohopeaa, LEDit eivät ole niin hankalia hävittää.

Kirkkaanvalkoiset ledit ovat yhä tutumpi näky autojen ajovaloissa, ja niitä aletaan juuri tarjota myös pääajovaloina, vaikka ne maksavat nykyään enemmän kuin jopa kaasupurkausajovalot.

On myös tietotekninen näkökohta. LEDeistä kehitetään parhaillaan eräänlaista langatonta tiedonsiirtojärjestelmää, jota kutsutaan nimellä Li-Fi. Se voidaan tulevaisuudessa rakentaa ledilamppuihin, ja se toimii kytkemällä ledit päälle ja pois päältä tuhansia kertoja sekunnissa niin, ettei silmä huomaa sitä. Sillä voidaan saavuttaa paljon suuremmat kaistanleveydet kuin nykyisellä radiotaajuisella Wi-Fi:llä.

Yhteenveto

LEDit ovat siis sopivasti tienristeyksessä. Joissakin tulostimissa niistä on tulossa yhä kustannustehokkaampia, kun taas suuremmat alustat eivät ole vielä aivan perillä.

Kovetusjärjestelmien muuntamisesta aiheutuu vielä kustannuksia, mutta jo pelkät polttimoiden käyttöiän säästöt maksavat investoinnin nopeasti takaisin, ja parannat ympäristönsuojelun tasoa samalla kun säästät sähkökuluja.

Jos haluat investoida kannattavampaan tulevaisuuteen, vaaka kallistuu LED-kovetteen puoleen – ja säästöt, jotka auttavat sekä tulosta että ympäristöä, tekevät siitä itsestään selvän valinnan kaikille tulostajille.