Zašto je LED sušenje važno za vašu tiskaru

Kao dio naše serije Krivulja učenja, Simon Eccles istražuje sve veću upotrebu LED svjetlosnih nizova za ultraljubičasto stvrdnjavanje fotopolimernih tinti u inkjet pisačima velikog formata.

LED diode su atraktivna tehnologija koja generira intenzivnu svjetlost uz minimalnu potrošnju energije, a pritom emitira vrlo malo topline i obično uživa u vrlo dugom vijeku trajanja. Počinju zamjenjivati energetski zahtjevne, vruće i kratkotrajne živine lampe (poznate i kao metal-halogene) na modernim UV inkjet pisačima.

Niska potrošnja energije, hladan rad, velika fleksibilnost u korištenju, dugi vijek trajanja i malo problema s odlaganjem znače da su LED diode vrlo atraktivna tehnologija, kako u praktičnom smislu tiska, tako i kao ekološki prihvatljivija alternativa živinim žaruljama.

Točne uštede variraju ovisno o sustavima, a omjer cijene i performansi LED dioda te izlazna snaga stalno se mijenjaju. Međutim, kao okvirna smjernica, Mimaki kaže da tipična UV-LED jedinica za pisač velikog formata, koja daje 10 W UV energije, troši oko 60 W električne energije za lampe plus oko 20 W za ventilator za hlađenje i sklop za kontrolu izlazne snage. Dakle, ukupno 80 W, nešto manje od stare generacije kućne žarulje s volframovom niti od 100 W.

Za usporedbu, ukupna potrošnja energije tradicionalne metal-halogene žarulje iznosi oko 1,2 kW, što je znatno više od potrošnje jednog električnog grijača. Ove žarulje se jako zagrijavaju – između 600 i 800 stupnjeva Celzija unutarnje temperature – i generiraju toplinsko zračenje koje se prenosi na ostale komponente pisača, uključujući glave, tintu i, što je najvažnije, medij.

U usporedbi s tim, metal-halogena lampa troši oko 15 puta više električne energije od UV-LED sustava za sušenje. Međutim, budući da se UV-LED diode mogu uključiti ili isključiti gotovo trenutno, pisači ih trebaju uključiti samo tijekom stvarnog ciklusa ispisa. Nakon što se metal-halogena lampa isključi, ne može se ponovno uključiti dok se ne ohladi.

Stoga se općenito ostavlja stalno uključenim dok se pisač koristi. S 50%-tnim radnim ciklusom, UV-LED niz troši samo 1/30 električne energije kao metal-halogenidne žarulje. To ne znači da je cijeli pisač 30 puta učinkovitiji s LED diodama.

Svi pisači imaju zajedničke elemente poput motora, upravljačke elektronike, dovoda tinte i vakuumskih pumpi. Dakle, stvarna razlika u potrošnji energije pisača u cjelini bila bi manja. Unatoč tome, pisač s metal-halogenom lampom troši tri do deset puta više električne energije od onog s UV-LED-om, kaže Mimaki.

Korištenje UV-LED dioda ne utječe puno na kupovnu cijenu pisača, pa s vremenom LED diode samo štede sve više i više novca, kao kombinacija manje potrošnje električne energije, nižeg održavanja i praktički nikakvih troškova zamjene. Osim očiglednog smanjenja računa za struju, ovo može biti važan faktor za tvrtke koje pokušavaju smanjiti svoj ugljični otisak ili dobiti certifikat za ugljičnu neutralnost, te može imati određenu važnost za ugljične kredite.

Hladne komponente

LED diode (svjetleće diode) su električne komponente u čvrstom stanju koje se široko koriste u modernim rasvjetnim sustavima, a stalno se pojavljuju nove primjene. UV diode (općenito nazvane UV-LED) su samo specijaliziranije i skuplje. Za potrebe sušenja tinte ugrađuju se u nizove od više LED dioda.

Proizvode relativno uski raspon UV valnih duljina u usporedbi sa širim rasponom živinih lampi. Najbolje je koristiti tinte koje su formulirane za maksimalnu osjetljivost u tim valnim duljinama. Proizvođači pisača moći će isporučiti vlastite tinte za LED upotrebu na vlastitim pisačima, ali to je faktor koji treba imati na umu ako koristite tinte trećih strana.

Za razliku od živinih lampi, UV-LED diode ne emitiraju infracrveno svjetlo ili toplinsko zračenje. To znači da se medij za ispis ne zagrijava značajno tijekom ispisa, pa se mogu koristiti materijali osjetljivi na toplinu.

Alternativno, možete koristiti tanje plastike poput vinila nego što biste to učinili s živinim žaruljama, jer se neće saviti pod LED diodama. Tanji medij znači uštedu na materijalima i lakše role, s prednostima u cijelom lancu opskrbe, od dostavnih kamiona do odlaganja otpada. Elektronika upravljačkog programa do LED dioda se zagrijava, pa kućišta žarulja s velikim nizom i dalje trebaju hlađenje vodom ili ventilatorom, ali kao što smo vidjeli, to zahtijeva puno manje energije nego živine.

Niže temperature lampe mogu značiti i manje zagrijavanje okoline u tiskarnici. Obično je to dobra stvar, iako u nekim hladnim klimama to može značiti da zimi morate malo pojačati grijanje tvornice kako biste to kompenzirali, pa gubite dio cjenovnih pogodnosti.

S druge strane, u toplim klimama operateri će cijeniti hladniju prešaru, a neće vam trebati toliko snage klima uređaja ako ga imate ugrađenog. Vijek trajanja MH žarulje obično se smatra oko 1000 sati (do vremena smanjenja svjetla od 30%). Ako žarulja radi 8 sati dnevno, morat će se zamijeniti nakon 125 dana (oko 6 mjeseci s 20 radnih dana/mjesečno).

Dulji životni vijek

Vijek trajanja jednog čipa s UV-LED-om je oko 10 000–15 000 sati, ovisno o rasipanju topline. Ako UV-LED radi 8 sati dnevno, s vijekom trajanja od 10 000 sati, traje 1250 dana (oko 5 godina uz pretpostavku 250 radnih dana godišnje).

Budući da su UV-LED diode isključene u načinu rada bez ispisa, stvarni vijek trajanja bio bi dulji. Većinu UV-LED dioda nikada ne bi trebalo zamijeniti tijekom vijeka trajanja pisača. Stare visokotlačne živine lampe stvarale su ozonski plin, koji je opasan za operatere i potrebno ga je ukloniti ventilacijom.

Međutim, to se uvelike prevladava korištenjem stakla koje filtrira specifičnu valnu duljinu koja stvara ozon. LED diode također ne stvaraju ozon. Živa je otrovna pa se žarulje moraju zbrinuti u skladu s propisima o zaštiti okoliša. LED diode ne sadrže značajne opasne materijale, a budući da dulje traju, ionako je manje otpada.

Brzo prebacivanje

Još jedna velika prednost je što se LED diode mogu brzo paliti i gasiti ili mijenjati intenzitet bez oštećenja. Živine žarulje rade tako da zapravo izazivaju kratki spoj kroz živu u žaruljama. Za njihovo paljenje potrebna je specijalizirana elektronika, a nakon što se upale, želite ih održavati u radu, pa se obično ostavljaju upaljene tijekom cijele smjene, trošeći energiju i stvarajući toplinu, bez obzira ispisujete li ili ne.

Brzine pisača variraju, pa se razlikuju i energetske potrebe UV sušenja. Mogućnost mijenjanja intenziteta živine lampe promjenom ulazne snage ograničena je, pa su one cijelo vrijeme uključene na punoj snazi, a mehanički zatvarači koriste se za kontrolu količine svjetlosti koja dopire do medija ili za potpuno isključivanje.

Nasuprot tome, LED diode se mogu mijenjati tako brzo da se to može koristiti za promjenu svjetlosnog izlaza, iako je također moguće mijenjati svjetlinu promjenom razine ulazne snage. Budući da se LED diode uključuju samo kada je potrebno i mogu se pulsirati kako bi se smanjila njihova izlazna snaga, njihov vijek trajanja može se produžiti na godine, potencijalno više od vijeka trajanja pisača.

Veće emisije svjetlosti razvijaju se stalno, istaknuo je Chad Taggart, potpredsjednik marketinga i razvoja u Phoseonu, američkoj tvrtki za razvoj LED lampi za sušenje sa sjedištem u SAD-u. „Snaga LED dioda u smislu zračenja i gustoće energije ili doze dramatično se povećava“, rekao je. „Svake dvije do tri godine udvostručujemo izlazni kapacitet. Na primjer, prešli smo s 4 vata po cm2 u 2008. na 8 u 2010., na 16 u 2012. Nema razloga da u budućnosti ne dosegne 24 ili više.“

„Vjerujemo da percepcija male potrošnje energije proizlazi iz toga što ljudi ne prate našu tehnologiju. Danas imamo mnogo kupaca u velikom formatu koji koriste LED diode za najveće dostupne brzine. Neki pisači hlade se zrakom, neki vodom. Obično su naši proizvodi s najvećom potrošnjom vodeno hlađeni. Ako ih držite hladnima, trajat će 20 000 ili 30 000 sati.“

Iako elektronika, firmware i drugi problemi znače da je malo vjerojatno da bi krajnji korisnici mogli modificirati postojeći UV živin printer za korištenje LED dioda, proizvođačima je sve lakše ugraditi ih bez većih modifikacija.

Na primjer, tvrtka Integration Technology Ltd (ITL) u Velikoj Britaniji predstavila je MZero LED žarulje na sajmu FESPA 2012. Riječ je o izravnoj zamjeni komponenti za njihove MZero jedinice živinih žarulja, koje se već koriste na glavama pisača u širokoformatnim pisačima.

Pisači koji su od početka dizajnirani za UV-LED diode mogu biti manji, jer je potrebno manje prostora za hlađenje i ventilatore za ispuhivanje.

Koji pisači koriste LED?

Proizvođači inkjet pisača sve više ugrađuju LED diode u nove UV pisače čim se oni lansiraju.
Mimaki tvrdi da je prvi uveo LED diode za široki format, na UJV-160 2008. godine, nakon što je razvoj započeo 2003. godine.

Na sajmu FESPA Digital u Londonu prošle godine, ista tvrtka predstavila je dva brza LED pisača s LED sušenjem, plošni JFX500-2131 i UJV500-160 s rolnim punjenjem. Fujifilmov Acuity 1600 LED s rolnim punjenjem te Rolandov VersaUV 640 LEJ i plošni 640 LJF s rolnim punjenjem također su među pisačima koji koriste LED diode.

EFI VUTek koristi UV-LED diode prilikom uvođenja novih varijacija svojih HS i GS linija pisača. Međutim, za njihov najbrži ravni pisač, HS 100 Pro, same LED diode nisu dovoljno snažne. Umjesto toga, koriste se u hibridnom sustavu sušenja, gdje su LED diode montirane na nosač glave i odmah nakon ispisa pričvršćuju tintu kako bi točkice ostale oštre, dok snažnije živine lampe obavljaju potpuno sušenje.

Promjenom relativnog vremena rada dvaju setova lampi EFI omogućuje variranje razine prianjanja i sjaja tinte.

Na FESPA Digitalu u Münchenu ove je godine Mutoh predstavio tri nova printera s UV-LED lampama.

To su kompaktni 24-inčni ValueJet 628, konvencionalniji ValueJet 1626UH za krute i rolne materijale. Treći je novi “stolni” plošni uređaj A3 formata, ValueJet 426UF, koji će konkurirati Mimakijevoj obitelji UJF-3042/6042 te Rolandovim malim plošnim uređajima LEF-12 i LEF-20, koji također koriste LED žarulje.

Za što ne rade

Početni trošak izrade vrlo velikih, visokosnažnih LED nizova znači da još nisu prikladni za najbrže UV ravne tiskarske strojeve kao što su najveći HP FB strojevi ili Inca Onsets, ili za nizove pune širine na hibridnim tiskarskim strojevima s solventnim UV tintom.

Međutim, s obzirom na rastuću izlaznu snagu i pad cijena UV-LED dioda posljednjih godina, čini se neizbježnim da će se ovaj trend nastaviti do te mjere da će zamjena živinih para na svim novim pisačima biti pristupačna u roku od nekoliko godina.

Zasad LED diode nisu isplative ni za nizove pune širine. To sprječava njihovu upotrebu u hibridnim tintama s UV-solventnim bojama koje trenutno isporučuju Mimaki (JV400SUV), Fujifilm (Vybrant F1600) i Colorific (koji prodaje komplete za konverziju za eko-solventne pisače Roland, Mimaki i Mutoh).

U ovom slučaju, u tinti se koristi mala količina otapala koja se ispire na podlozi pisača kako bi se tinta pričvrstila, a zatim se suši pomoću UV lampe pune širine, oko 60 cm nizvodno od nosača spremnika. LED lampa od 40 do 60 inča koštala bi bogatstvo.

Međutim, potreban je niži UV svjetlosni izlaz nego za lampe koje se koriste na nosačima za skeniranje (koje trebaju prenositi više energije jer osvjetljavaju samo malo područje dok nosač prolazi preko njega), pa se mogu koristiti UV cijevi niskog tlaka. One troše manje energije od živinih lampi i stvaraju manje topline bez ozona.

Vidljiva i bežična budućnost

Iako nisu izravno povezane s UV tiskarskim strojevima, LED diode vidljive valne duljine sve se više koriste za opću rasvjetu, uključujući tiskare. Vjerojatno će tijekom sljedećeg desetljeća postupno zamijeniti konvencionalne žarulje sa žarnom niti i fluorescentne žarulje za rasvjetu prostorija i vanjske površine.

Ne samo da imaju prednosti uštede energije, hladnog rada i dugovječnosti o kojima je gore bilo riječi, već je ugradnjom u RGB klastere boja moguće mijenjati izlaz boja. LED diode se u konačnici mogu ugraditi u zidne i stropne panele s svjetiljkama koje svijetle, tako da konvencionalne žarulje ili trake mogu potpuno nestati.

Današnje LED žarulje uklapaju se u standardne grla za žarulje. Trenutno su puno skuplje od energetski štedljivih fluorescentnih žarulja koje su postale uobičajene diljem Europe u posljednjih nekoliko godina. Međutim, cijene će padati kako stopa prihvaćanja bude rasla, dok će ih njihova niža potrošnja energije i dulji vijek trajanja učiniti popularnima među korisnicima. Za razliku od energetski štedljivih ‘CFR’ (kompaktnih fluorescentnih reflektorskih) žarulja koje sadrže živu, kod LED žarulja postoji i manji problem zbrinjavanja na kraju životnog vijeka.

Svijetlo bijele LED diode sve su poznatiji prizor kao dnevna svjetla na automobilima, a tek se počinju nuditi i kao glavna prednja svjetla, iako danas koštaju više čak i od plinskih prednjih svjetala.

Tu je i računalni aspekt. LED diode se trenutno razvijaju u oblik bežičnog sustava za prijenos podataka, nazvanog Li-Fi. To bi se u budućnosti moglo ugraditi u LED svjetiljke, a funkcionira tako da LED diode uključuje i isključuje tisuće puta u sekundi, tako da oko to ne primjećuje. Ima potencijal za puno veću propusnost od današnjeg radiofrekventnog Wi-Fi-ja.

Sažetak

Dakle, LED diode se nalaze na raskrižju. Postaju sve isplativije na nekim pisačima, dok veće platforme još nisu sasvim tu.

I dalje postoje troškovi prenamjene vaših sustava za sušenje, ali uštede koje možete ostvariti samo u vijeku trajanja žarulje brzo će isplatiti investiciju, a vi ćete poboljšati svoje ekološke performanse uz uštedu novca na električnoj energiji.

Ako želite ulagati u profitabilniju budućnost, vaga se naginje prema LED sušenju – a uz uštede koje pomažu profitu, kao i okolišu, to je očiti izbor za svaki printer.