Miért fontos a LED-es gyógyítás az Ön nyomdája számára?

Tanulási görbe sorozatunk részeként Simon Eccles a LED-fénytömbök egyre szélesebb körű használatát vizsgálja a fotopolimer tinták ultraibolya színű keményítésére nagy formátumú tintasugaras nyomtatókban.

A LED-ek olyan vonzó technológia, amely minimális energiafogyasztás mellett intenzív fényt generál, miközben nagyon kevés hőt bocsát ki, és általában nagyon hosszú élettartamú. A modern UV-tintasugaras tintasugaras nyomtatókban kezdik felváltani az energiaigényes, forró és rövid élettartamú higanygőzlámpákat (más néven fémhalogénlámpákat).

Az alacsony energiafogyasztás, a hűvös működés, a nagyfokú rugalmasság, a hosszú élettartam és a kevés probléma az ártalmatlanítással azt jelenti, hogy a LED-ek nagyon vonzó technológia mind a gyakorlati nyomtatás szempontjából, mind pedig a higanylámpák sokkal környezetbarátabb alternatívájaként.

A megtakarítások pontos mértéke a rendszerektől függően változik, és a LED-ek költségteljesítménye és teljesítménye folyamatosan változik. A Mimaki szerint azonban egy tipikus, 10 W UV-energiát kibocsátó, nagy formátumú nyomtatóhoz készült UV-LED egység körülbelül 60 W áramot fogyaszt a lámpák, valamint körülbelül 20 W-ot a hűtőventilátor és a kimeneti vezérlő áramkörök miatt. Tehát összesen 80W-ot, ami valamivel kevesebb, mint a régi generációs 100W-os volfrámszálas háztartási izzó.

Összehasonlításképpen, egy hagyományos fémhalogénlámpa teljes energiafogyasztása körülbelül 1,2 KW, ami meglehetősen több, mint egy egysávos elektromos tüzelőberendezésé. Ezek a lámpák nagyon forrón működnek – 600 és 800 °C közötti belső hőmérsékleten -, és sugárzó hőt termelnek, amely átterjed a nyomtató többi alkatrészére, beleértve a fejeket, a tintát és – ami a legkritikusabb – a hordozót.

Egy fémhalogénlámpa tehát körülbelül 15-ször annyi villamos energiát használ, mint egy UV-LED fényreklámozó rendszer. Mivel azonban az UV-LED-ek szinte azonnal be- és kikapcsolhatók, a nyomtatóknak csak a tényleges nyomtatási ciklus alatt kell bekapcsolniuk őket. A fémhalogénlámpa kikapcsolása után nem kapcsolható be újra, amíg le nem hűl.

Ezért általában folyamatosan bekapcsolva hagyják, amíg a nyomtató használatban van. 50%-os működési ciklus mellett egy UV-LED tömb csak 1/30-ad annyi áramot fogyaszt, mint a fémhalogén. Ez nem jelenti azt, hogy az egész nyomtató 30-szor hatékonyabb a LED-ekkel.

Minden nyomtatónak vannak közös elemei, például motorok, vezérlőelektronika, tintaellátás és vákuumszivattyúk. Így a nyomtató egészének tényleges energiafogyasztása között kisebb a különbség. A Mimaki szerint a fémhalogénlámpás nyomtató még így is háromszor-tízszer annyi áramot fogyaszt, mint az UV-LED-vel ellátott.

Az UV-LED-ek használata nem jelent nagy különbséget a nyomtató beszerzési árában, így idővel a LED-ek egyre több pénzt takarítanak meg, mivel a kevesebb villamosenergia-felhasználás, az alacsonyabb karbantartás és a gyakorlatilag semmilyen csereköltség kombinációja miatt. A nyilvánvaló villanyszámla-csökkenés mellett ez fontos tényező lehet azon vállalatok számára, amelyek csökkenteni próbálják szén-dioxid-kibocsátásukat, vagy szén-dioxid-semlegességre vonatkozó tanúsítványt szeretnének szerezni, és a szén-dioxid-kreditek szempontjából is fontos lehet.

Hűvös alkatrészek

A LED-ek (fénykibocsátó diódák) szilárdtest elektromos alkatrészek, amelyeket széles körben használnak a modern világítási alkalmazásokban, és folyamatosan új felhasználási területek jelennek meg. Az UV-sugárzást kibocsátó (általában UV-LED-nek nevezett) típusok csak speciálisabbak és drágábbak. Tintakeményítési célokra több LED-ből álló tömbökbe építik őket.

A higanygőzlámpák szélesebb hullámhossz-tartományához képest viszonylag szűk hullámhossz-tartományt állítanak elő. A legjobb, ha olyan tintákat használunk, amelyek úgy lettek kialakítva, hogy maximálisan érzékenyek legyenek ezekre a hullámhosszakra. A nyomtatógyártók képesek saját márkájú tintákat szállítani a saját nyomtatóikon használt LED-ekhez, de ez egy olyan tényező, amellyel tisztában kell lennie, ha harmadik féltől származó tintákat használ.

A higanylámpákkal ellentétben az UV-LED nem bocsát ki infravörös fényt vagy sugárzó hőt. Ez azt jelenti, hogy a nyomathordozó nem melegszik fel jelentősen a nyomtatás során, így hőérzékeny anyagok is használhatók.

Alternatívaként vékonyabb műanyagokat, például vinilt is használhat, mint a higanylámpák esetében, mivel ezek nem fognak meghajolni a LED-ek alatt. A vékonyabb hordozók anyagmegtakarítást és könnyebb tekercseket jelentenek, ami az egész ellátási láncban előnyökkel jár, a szállítójárművektől a hulladékártalmatlanításig. A LED-ek meghajtóelektronikája felmelegszik, így a nagyméretű lámpatestek esetében továbbra is szükség van némi víz- vagy ventilátorhűtésre, de mint láttuk, ez sokkal kevesebb energiát igényel, mint a higany.

Az alacsonyabb lámpahőmérséklet kevesebb környezeti fűtést is jelenthet a nyomdában. Ez általában jó dolog, bár néhány hideg éghajlaton ez azt jelentheti, hogy télen a gyár fűtését kicsit fel kell tekerni, hogy ezt ellensúlyozza, így a költségelőnyök egy része elvész.

Másrészt a meleg éghajlaton a kezelők értékelni fogják a hűvösebb préstermet, és ha van ilyen berendezés, akkor nincs szükség annyi légkondicionáló teljesítményre. Az MH-lámpa élettartamát általában 1000 órának tekintik (a 30%-os fénycsökkenésig). Ha a lámpa napi 8 órát üzemel, akkor 125 nap múlva ki kell cserélni (kb. 6 hónap 20 üzemnap/hó mellett).

Hosszabb élettartam

Egyetlen UV-LED-vel ellátott chip élettartama a hőelvezetéstől függően körülbelül 10 000-15 000 óra. Ha egy UV-LED napi 8 órán át működik, 10 000 órás élettartam mellett 1250 napig tart (kb. 5 év, évi 250 munkanapot feltételezve).

Mivel az UV-LED-ek nem nyomtatási üzemmódban kikapcsolnak, a tényleges élettartam hosszabb lesz. A legtöbb UV-LED-et a nyomtató élettartama alatt soha nem kell kicserélni. A régi nagynyomású higanylámpák ózongázt termeltek, amely veszélyes a kezelőkre, és szellőztetéssel kell eltávolítani.

Ez azonban nagyrészt kiküszöbölhető egy olyan üveg használatával, amely kiszűri az adott ózontermelő hullámhosszt. A LED-ek sem termelnek ózont. A higany mérgező, ezért a lámpákat a környezetvédelmi előírásoknak megfelelően kell ártalmatlanítani. A LED-ek nem tartalmaznak jelentős mennyiségű veszélyes anyagot, és mivel hosszabb ideig tartanak, amúgy is kevesebb hulladék keletkezik.

Gyors kapcsolás

Egy másik nagy előnye, hogy a LED-ek gyorsan be- és kikapcsolhatók, illetve az intenzitásuk károsodás nélkül változtatható. A higanylámpák úgy működnek, hogy a lámpában lévő higanyon keresztül rövidzárlatos ív keletkezik. Speciális elektronikára van szükség ahhoz, hogy beinduljanak, és ha már beindultak, akkor folyamatosan működni akarnak, ezért általában a műszak teljes időtartama alatt bekapcsolva maradnak, áramot és hőt termelnek, akár nyomtatunk, akár nem.

A nyomtató sebessége változó, így az UV-hőkezelés energiaigénye is változik. A higanylámpa kimeneti intenzitásának változtatására a bemeneti teljesítmény változtatásával csak korlátozottan van lehetőség, ezért a lámpák gyakorlatilag mindig teljes teljesítményen működnek, és mechanikus zárókkal szabályozzák a hordozóra jutó fény mennyiségét, vagy teljesen kikapcsolják a fényt.

Ezzel szemben a LED-ek olyan gyorsan kapcsolhatók, hogy ez a fénykibocsátás változtatására használható, bár a bemeneti teljesítményszintek változtatásával a fényerő is változtatható. Mivel a LED-ek csak akkor kapcsolnak be, amikor szükség van rájuk, és impulzusokkal csökkenthető a teljesítményük, élettartamuk akár évekre, azaz a nyomtató élettartamánál is hosszabbra növelhető.

Folyamatosan fejlesztik a nagyobb fénykibocsátást, mutatott rá Chad Taggart, a Phoseon marketing- és fejlesztési alelnöke, a LED-es pácoló lámpatestek amerikai fejlesztője. „A LED-ek teljesítménye a sugárzás és az energiasűrűség vagy dózis tekintetében drámaian növekszik” – mondta. „Két-három évente megduplázzuk a teljesítményt. Például a 2008-as 4 watt/cm2-ről 2010-ben 8-ra, 2012-ben pedig 16-ra nőtt a teljesítményünk. Semmi akadálya annak, hogy a jövőben elérjük a 24-et vagy még többet.

„Úgy véljük, hogy az alacsony teljesítményt az emberek azért érzékelik, mert nem tartják naprakészen a technológiánkat. Ma már sok nagy formátumú ügyfelünk van, akik LED-et használnak az elérhető legnagyobb sebességhez. Néhány nyomtató léghűtéses, néhány vízhűtéses. A legnagyobb teljesítményű termékeink jellemzően vízhűtésesek. Ha hűvösen tartja őket, akkor 20 000 vagy 30 000 órát is kibírnak.”

Bár az elektronika, a firmware és egyéb problémák miatt nem valószínű, hogy a végfelhasználók egy meglévő UV-higanylámpás nyomtatót LED-ek használatára tudnának módosítani, a gyártóknak egyre könnyebb nagyobb módosítások nélkül beépíteni őket.

Az egyesült királyságbeli Integration Technology Ltd (ITL) például a FESPA 2012 kiállításon mutatta be az MZero LED lámpákat. Ezek egyenes alkatrészcserét jelentenek az MZero higanylámpás egységekhez, amelyeket már széles formátumú nyomtatók fejkocsikban használnak.

Az eleve UV-LED-hez tervezett nyomtatók kisebbek lehetnek, mivel kevesebb helyet kell beépíteni a hűtéshez és a ventilátorok elszívásához.

Mely nyomtatók használnak LED-et?

A tintasugaras gyártók egyre gyakrabban szerelnek LED-eket az új UV-nyomtatókba, amint azok piacra kerülnek.
A Mimaki azt állítja, hogy a széles formátumú LED-eket elsőként vezette be az UJV-160-as modelljén 2008-ban, miután 2003-ban kezdte meg a fejlesztést.

A tavalyi londoni FESPA Digital kiállításon ugyanez a vállalat bemutatott egy pár gyors, LED-es gyógyítású nyomtatót, a síkágyas JFX500-2131 és a tekercses UJV500-160 nyomtatót. A Fujifilm tekercses Acuity 1600 LED és a Roland tekercses VersaUV 640 LEJ és síkágyas 640 LJF szintén a LED-et használó nyomtatók közé tartozik.

Az EFI VUTEk UV-LED-eket használ, mivel a HS és GS nyomtatócsalád új változatait vezeti be. A leggyorsabb síkágyas nyomtató, a HS 100 Pro esetében azonban a LED-ek önmagukban nem elég erősek. Ehelyett egy hibrid gyógyító rendszerben használják őket, ahol a LED-eket a fejkocsira szerelik, és közvetlenül a nyomtatás után a tintát a pontok élességének megőrzése érdekében rászúrják, míg az erősebb higanylámpák a teljes gyógyítást végzik.

A két lámpakészlet relatív időzítésének változtatása lehetővé teszi az EFI számára, hogy a festékek tapadási és fényességi szintjét változtassa.

A Mutoh az idei müncheni FESPA Digital kiállításon három új UV-LED lámpával ellátott nyomtatót mutatott be.

Ezek a kompakt 24 hüvelykes ValueJet 628, a hagyományosabb ValueJet 1626UH merev és tekercses anyagokhoz. A harmadik egy új „asztali” A3-as formátumú síkágy, a ValueJet 426UF, amely a Mimaki UJF-3042/6042 családjával és a Roland LEF-12 és LEF-20 kis síkágyakkal vetekszik, amelyek szintén LED-lámpákat használnak.

Mire nem alkalmasak

A nagyon nagy méretű, nagy teljesítményű LED-tömbök kezdeti építési költségei miatt még nem alkalmasak a leggyorsabb síkágyas UV-nyomógépekhez, mint például a legnagyobb HP FB gépek vagy az Inca Onsets, vagy az oldószeres-UV hibrid festéknyomógépek teljes szélességű tömbjeihez.

Tekintettel azonban az UV-LED teljesítményének növekedésére és az utóbbi években csökkenő áraira, elkerülhetetlennek tűnik, hogy ez a tendencia folytatódni fog, és néhány éven belül minden új nyomtatónál megfizethetővé válik a higanygőz kiváltása.

Eddig a LED-ek sem költséghatékonyak a teljes szélességű tömbök esetében. Ez megakadályozza, hogy a Mimaki (JV400SUV), a Fujifilm (Vybrant F1600) és a Colorific (amely átalakító készleteket árul Roland, Mimaki és Mutoh öko-oldószeres nyomtatókhoz) által jelenleg szállított szolvens-UV hibrid tintás nyomtatókban használják őket.

Ebben az esetben kis mennyiségű oldószert használnak a tintában, amely a nyomtatóágyon lepereg, hogy a tinta megtapadjon, majd egy teljes szélességű UV-lámpacsoport a nyomtatókocsitól kb. 60 cm-rel lejjebb megszilárdítja azt. Egy 40-60 hüvelykes LED-tömb egy vagyonba kerülne.

Azonban kisebb UV-fényteljesítményre van szükség, mint a szkennelő nyomtatókocsikon használt lámpák esetében (amelyeknek több energiát kell átadniuk, mivel csak egy kis területet világítanak meg, amikor a kocsi áthalad rajta), ezért könnyű nyomású UV-csövek használhatók. Ezek kevesebb energiát fogyasztanak, mint a higanylámpák, és kevesebb hőt termelnek, ózon nélkül.

Látható és vezeték nélküli jövő

Bár az UV-nyomdákhoz közvetlenül nem kapcsolódik, a látható hullámhosszú LED-eket egyre gyakrabban használják általános világításban, beleértve a nyomdákat is. Valószínű, hogy a következő évtizedben fokozatosan felváltják a hagyományos izzólámpákat és fénycsöveket a helyiségek és a kültéri világításban.

Nemcsak a fent említett energiatakarékosság, hűvös működés és hosszú élettartam előnyeivel rendelkeznek, hanem az RGB színklaszterekbe építésükkel a színkibocsátás is változtatható. Végső soron a LED-eket izzó fal- és mennyezetpanelekbe lehet beépíteni, így a hagyományos izzó- vagy szalaglámpák teljesen eltűnhetnek.

A mai LED-lámpák szabványos izzófoglalatokba illeszkednek,. Jelenleg sokkal drágábbak, mint az energiatakarékos fénycsövek, amelyek az elmúlt években váltak általánossá Európa-szerte. Az árak azonban csökkenni fognak, ahogy nő az elterjedési arány, miközben alacsonyabb energiafogyasztásuk és hosszabb élettartamuk miatt népszerűek lesznek a felhasználók körében. Az energiatakarékos „CFR” (Compact Fluorescent Reflector) lámpáktól eltérően, amelyek higanyt tartalmaznak, a LED-ek esetében kisebb az életciklus végi ártalmatlanítási probléma is.

A fényes fehér LED-ek egyre ismertebb látványt nyújtanak az autókban futófényként, és most kezdik őket főfényszóróként is kínálni, bár ma még a gázkisüléses fényszóróknál is többe kerülnek.

Van egy számítástechnikai szempont is. A LED-eket jelenleg egyfajta vezeték nélküli adatátviteli rendszerré fejlesztik, Li-Fi néven. Ezt a jövőben beépíthetik a LED-lámpákba, és úgy működik, hogy a LED-eket másodpercenként több ezer alkalommal kapcsolják be és ki, így a szem nem veszi észre. A mai rádiófrekvenciás Wi-Fi-nél sokkal nagyobb sávszélességre van lehetőség.

Összefoglaló

A LED-ek tehát szépen keresztútra kerültek. Néhány nyomtatónál egyre költséghatékonyabbá válnak, míg a nagyobb platformok még nem tartanak ott.

A pácolórendszerek átalakítása még mindig költségekkel jár, de az izzó élettartamában elérhető megtakarítás önmagában gyorsan megtéríti a beruházást, és javítja a környezetvédelmi teljesítményt, miközben pénzt takarít meg az elektromos energián.

Ha egy jövedelmezőbb jövőbe szeretne befektetni, a mérleg a LED-es hőkezelés felé billen – és a megtakarításokkal támogatva, amelyek mind az eredményt, mind a környezetet segítik, ez nyilvánvaló választássá teszi ezt a megoldást minden nyomda számára.