인쇄소에 LED 경화가 중요한 이유

학습 곡선 시리즈의 일환으로 대형 잉크젯에서 포토폴리머 잉크의 자외선 경화를 위한 LED 조명 어레이의 사용 증가에 대해 Simon Eccles가 살펴봅니다.

LED는 최소한의 전력 소비로 강렬한 빛을 생성하는 동시에 열을 거의 방출하지 않고 일반적으로 수명이 매우 긴 매력적인 기술입니다. 최신 UV 잉크젯에서 전력 소모가 많고 뜨겁고 수명이 짧은 수은 증기 램프(일명 메탈할라이드)를 대체하기 시작했습니다.

낮은 전력 소비, 시원한 작동, 뛰어난 사용 유연성, 긴 수명, 폐기 문제가 거의 없는 LED는 실용적인 인쇄 측면과 수은 램프의 훨씬 더 환경 친화적인 대안이라는 점에서 매우 매력적인 기술입니다.

정확한 절감 효과는 시스템에 따라 다르며 LED의 비용 대비 성능과 전력 출력은 항상 변화하고 있습니다. 하지만 대략적인 가이드로서 미마키는 10W의 UV 에너지를 출력하는 일반적인 대형 프린터용 UV-LED 장치는 램프에 약 60W의 전력을 소비하고 냉각 팬과 출력 제어 회로에 약 20W의 전력을 소비한다고 말합니다. 따라서 총 80W로 이전 세대의 100W 텅스텐 필라멘트 가정용 전구보다 약간 적습니다.

이에 비해 기존 메탈할라이드 램프의 총 소비 전력은 약 1.2KW로, 단일 바 전기 히터보다 오히려 더 많습니다. 이러한 램프는 내부 온도가 600~800℃로 매우 뜨겁고 복사열을 발생시켜 헤드, 잉크, 가장 중요한 용지 등 프린터의 나머지 구성 요소에 전달됩니다.

마찬가지로 메탈할라이드 램프는 UV-LED 경화 시스템보다 약 15배 많은 전력을 사용합니다. 그러나 UV-LED는 거의 즉시 켜거나 끌 수 있기 때문에 프린터는 실제 인쇄 주기 동안에만 전원을 켜면 됩니다. 메탈할라이드 램프는 한 번 꺼지면 식을 때까지 다시 켤 수 없습니다.

따라서 일반적으로 프린터를 사용하는 동안에는 계속 켜져 있습니다. 50% 작동 주기에서 UV-LED 어레이는 메탈할라이드보다 1/30의 전기만 소비합니다. 그렇다고 해서 전체 프린터가 LED로 30배 더 효율적이라는 의미는 아닙니다.

모든 프린터에는 모터, 제어 전자 장치, 잉크 공급 장치 및 진공 펌프와 같은 공통 요소가 있습니다. 따라서 프린터 전체의 실제 전력 소비량은 더 적을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 메탈할라이드 램프가 있는 프린터는 UV-LED가 있는 프린터보다 3~10배 많은 전력을 소비한다고 미마키는 말합니다.

UV-LED를 사용한다고 해서 프린터 구매 가격에 큰 차이가 나지 않기 때문에 시간이 지날수록 전기 사용량 감소, 유지보수 비용 절감, 교체 비용 절감 등의 이유로 점점 더 많은 비용을 절약할 수 있습니다. 전기 요금의 명백한 절감 외에도 탄소 발자국을 줄이거나 탄소 중립 인증을 받으려는 기업에게는 중요한 요소가 될 수 있으며, 탄소 배출권과도 관련이 있을 수 있습니다.

멋진 구성 요소

LED(발광 다이오드)는 최신 조명 애플리케이션에 널리 사용되는 고체 상태의 전기 부품으로, 항상 새로운 용도가 등장하고 있습니다. 자외선 방출형(일반적으로 UV-LED라고 함)은 좀 더 전문적이고 고가입니다. 잉크 경화 목적으로 여러 개의 LED 어레이에 내장되어 있습니다.

수은 증기 램프의 넓은 파장에 비해 상대적으로 좁은 범위의 자외선 파장을 생성합니다. 따라서 해당 파장의 감도를 최대화하도록 제조된 잉크를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 프린터 제조업체는 자체 프린터에 LED 사용을 위한 자체 라벨 잉크를 공급할 수 있지만 타사 잉크를 사용하는 경우 주의해야 할 요소입니다.

수은 램프와 달리 UV-LED는 적외선이나 복사열을 방출하지 않습니다. 즉, 인쇄 중에 인쇄 미디어가 크게 가열되지 않으므로 열에 민감한 소재를 사용할 수 있습니다.

또는 수은 램프보다 비닐과 같은 얇은 플라스틱을 사용하면 LED 아래에서 구부러지지 않으므로 더 얇은 플라스틱을 사용할 수 있습니다. 매체가 얇아지면 재료가 절약되고 롤의 무게가 가벼워져 배송 트럭부터 폐기물 처리까지 공급망 전반에 걸쳐 이점이 있습니다. LED의 구동 전자장치는 열이 발생하므로 대형 어레이 램프 하우징은 여전히 약간의 물이나 팬 냉각이 필요하지만, 앞서 살펴본 것처럼 수은 램프보다 훨씬 적은 전력을 필요로 합니다.

램프 온도가 낮다는 것은 프레스룸의 주변 난방이 덜 필요하다는 의미이기도 합니다. 일반적으로는 좋은 일이지만, 일부 추운 기후에서는 이를 보완하기 위해 겨울에 공장 난방을 약간 높여야 할 수 있으므로 비용 이점을 일부 잃을 수 있습니다.

반면에 더운 기후에서는 작업자가 더 시원한 프레스룸을 선호하며, 이 프레스룸이 있다면 에어컨 전력이 많이 필요하지 않습니다. MH 램프의 램프 수명은 일반적으로 약 1000시간(광량이 30% 감소하는 시점까지)으로 간주됩니다. 하루 8시간씩 작동하는 경우 125일(월 20일 작동 시 약 6개월)이 지나면 램프를 교체해야 합니다.

더 긴 수명

UV-LED를 사용한 단일 칩의 수명은 방열량에 따라 약 10,000~15,000시간입니다. UV-LED가 하루 8시간씩 작동하고 수명이 10,000시간인 경우 1,250일(연간 250일 근무를 가정할 경우 약 5년) 동안 지속됩니다.

UV-LED는 인쇄하지 않는 모드에서는 꺼져 있기 때문에 실제 수명은 더 길어집니다. 대부분의 UV-LED는 프린터의 서비스 수명 동안 교체할 필요가 없습니다. 오래된 고압 수은 램프는 작업자에게 위험하고 환기를 통해 제거해야 하는 오존 가스를 발생시킵니다.

하지만 특정 오존 발생 파장을 걸러내는 유리를 사용하면 이 문제를 대부분 극복할 수 있습니다. LED도 오존을 생성하지 않습니다. 수은은 독성이 있으므로 환경 규제에 따라 램프를 폐기해야 합니다. LED에는 심각한 유해 물질이 없으며 수명이 길기 때문에 폐기물도 적습니다.

빠른 전환

또 다른 큰 장점은 LED를 손상 없이 빠르게 켜고 끄거나 강도를 다양하게 조절할 수 있다는 점입니다. 수은 램프는 램프의 수은을 통해 사실상 단락 아크를 치는 방식으로 작동합니다. 이 램프를 켜려면 전문 전자 장치가 필요하고 일단 켜지면 계속 작동해야 하므로 일반적으로 교대 근무 시간 내내 켜져 있어 인쇄 여부와 관계없이 전력을 사용하고 열을 발생시킵니다.

프린터 속도는 다양하므로 UV 경화에 필요한 에너지도 다양합니다. 전원 입력을 변경하여 수은 램프 출력 강도를 변경할 수 있는 범위가 제한되어 있으므로 항상 최대 전력으로 작동하며, 미디어에 도달하는 빛의 양을 제어하거나 완전히 차단하기 위해 기계식 셔터를 사용합니다.

반면, LED는 매우 빠르게 전환할 수 있어 빛의 출력을 변화시키는 데 사용할 수 있지만 입력 전력 레벨을 변경하여 밝기를 변화시키는 것도 가능합니다. LED는 필요할 때만 켜지고 펄스를 통해 전력 출력을 줄일 수 있으므로 수명을 프린터의 수명보다 더 긴 수년으로 연장할 수 있습니다.

미국에 본사를 둔 LED 경화 램프 어레이 개발 업체인 Phoseon의 마케팅 및 개발 담당 부사장 Chad Taggart는 더 높은 광 방출이 항상 개발되고 있다고 지적했습니다. “광도 및 에너지 밀도 또는 선량 측면에서 LED의 파워는 극적으로 증가하고 있습니다.”라고 그는 말합니다. “2~3년마다 출력 용량을 두 배로 늘리고 있습니다. 예를 들어 2008년에는 1cm2당 4와트에서 2010년에는 8와트, 2012년에는 16와트로 증가했습니다. 앞으로 24와트 이상을 달성하지 못할 이유가 없습니다.

“저전력에 대한 인식은 사람들이 우리 기술을 최신 상태로 유지하지 않기 때문이라고 생각합니다. 오늘날 대형 포맷의 많은 고객이 최고 속도를 위해 LED를 사용하고 있습니다. 일부 프린터는 공랭식이고 일부는 수랭식입니다. 일반적으로 최고 출력 제품은 수냉식입니다. 시원하게 유지하면 20,000시간 또는 30,000시간 동안 사용할 수 있습니다.”

전자 장치, 펌웨어 및 기타 문제로 인해 최종 사용자가 기존 UV 수은 램프 프린터를 LED를 사용하도록 수정하기는 어렵지만, 제조업체는 큰 수정 없이도 LED를 쉽게 구축할 수 있습니다.

예를 들어 영국의 ITL(Integration Technology Ltd)은 FESPA 2012에서 MZero LED 램프를 소개했습니다. 이 제품은 와이드 포맷 프린터의 헤드 캐리지에 이미 사용되고 있는 MZero 수은 램프 유닛을 부품으로 직접 교체한 것입니다.

처음부터 UV-LED용으로 설계된 프린터는 냉각 및 추출 팬을 위한 공간을 확보할 필요가 없기 때문에 더 작아질 수 있습니다.

어떤 프린터가 LED를 사용하나요?

잉크젯 제조업체는 새로운 UV 프린터가 출시됨에 따라 점점 더 많은 LED를 장착하고 있습니다.
미마키는 2003년에 처음 개발을 시작하여 2008년 UJV-160에 와이드 포맷용 LED를 최초로 도입했다고 주장합니다.

작년 런던에서 열린 FESPA Digital에서 같은 회사는 고속 LED 경화 프린터인 평판형 JFX500-2131과 롤 공급식 UJV500-160을 소개했습니다. 후지필름의 롤 공급식 Acuity 1600 LED와 롤랜드의 롤 공급식 VersaUV 640 LEJ 및 평판 640 LJF도 LED를 사용하는 프린터 중 하나입니다.

EFI 뷰텍은 UV-LED를 사용하여 HS 및 GS 프린터 제품군의 새로운 변형을 선보입니다. 그러나 가장 빠른 평판인 HS 100 Pro의 경우 LED만으로는 충분히 강력하지 않습니다. 대신 하이브리드 경화 시스템에서 LED를 헤드 캐리지에 장착하고 인쇄 직후 잉크를 고정하여 도트를 선명하게 유지하면서 더 강력한 수은 램프가 전체 경화를 수행하는 방식으로 사용합니다.

두 램프 세트의 상대적인 타이밍을 변경하면 EFI는 잉크의 접착력과 광택 수준을 변경할 수 있습니다.

올해 뮌헨에서 열린 FESPA Digital에서 무토는 UV-LED 램프가 장착된 세 가지 새로운 프린터를 선보였습니다.

컴팩트한 24인치 ValueJet 628과 리지드 및 롤 소재를 위한 보다 전통적인 ValueJet 1626UH가 있습니다. 세 번째는 새로운 “데스크탑” A3 포맷 평판인 ValueJet 426UF로, LED 램프를 사용하는 미마키의 UJF-3042/6042 제품군 및 롤랜드의 LEF-12 및 LEF-20 소형 평판과 경쟁할 수 있는 제품입니다.

작동하지 않는 경우

초대형 고출력 LED 어레이의 초기 제작 비용 때문에 가장 큰 HP FB 장비나 잉카 온셋과 같은 초고속 UV 평판 프레스나 솔벤트-UV 하이브리드 잉크 프레스의 전폭 어레이에는 아직 적합하지 않습니다.

그러나 최근 몇 년간 UV-LED의 출력 증가와 가격 하락을 고려할 때 이러한 추세는 몇 년 내에 모든 신규 프린터에서 수은 증기를 대체할 수 있는 수준까지 지속될 수밖에 없을 것으로 보입니다.

지금까지 LED는 전폭 어레이에서도 비용 효율적이지 않았습니다. 따라서 현재 미마키(JV400SUV), 후지필름(Vybrant F1600), 컬러리픽(Roland, 미마키, 무토 에코 솔벤트 프린터용 변환 키트 판매)에서 출시하는 솔벤트-UV 하이브리드 잉크 프린터에는 사용할 수 없습니다.

이 경우 잉크에 소량의 솔벤트를 사용하여 프린터 베드에서 플래시를 터뜨려 잉크를 고정시킨 다음 인쇄 캐리지에서 약 60cm 아래쪽에 있는 전폭 UV 램프 어레이에서 경화시킵니다. 40~60인치 LED 어레이는 상당한 비용이 듭니다.

그러나 스캔 인쇄 캐리지에 사용되는 램프(캐리지가 지나갈 때 작은 영역만 비추기 때문에 더 많은 에너지를 전달해야 함)보다 더 낮은 UV 광 출력이 필요하므로 가벼운 압력의 UV 튜브를 사용할 수 있습니다. 수은 램프보다 전력 사용량이 적고 오존이 발생하지 않아 열 발생이 적습니다.

가시적 및 무선 선물

UV 프레스와 직접적인 관련이 없지만 가시 파장 LED는 인쇄 공장을 비롯한 일반 조명에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 향후 10년 동안 실내 및 실외 조명으로 기존의 백열등과 형광등을 점진적으로 대체할 것으로 예상됩니다.

위에서 설명한 절전, 쿨링, 수명의 장점뿐만 아니라 RGB 컬러 클러스터로 구축하면 다양한 색상 출력을 구현할 수 있습니다. 궁극적으로는 LED를 벽면과 천장 패널에 내장하여 기존의 전구 또는 스트립 램프가 완전히 사라질 수도 있습니다.

오늘날의 LED 램프는 표준 전구 소켓에 장착할 수 있습니다. 현재로서는 지난 몇 년 동안 유럽 전역에서 보편화된 에너지 절약형 형광등보다 훨씬 비쌉니다. 그러나 채택률이 높아짐에 따라 가격은 하락할 것이며, 전력 소비가 적고 수명이 길어 사용자들에게 인기가 있을 것입니다. 수은이 포함된 에너지 절약형 ‘CFR'(소형 형광 반사체) 램프와 달리 LED는 수명이 다한 제품을 폐기하는 문제도 적습니다.

밝은 백색 LED는 자동차의 주행등으로 점점 더 익숙해지고 있으며, 오늘날 가스 방전식 헤드램프보다 가격이 비싸지만 이제 막 메인 헤드램프로도 제공되기 시작했습니다.

컴퓨팅 측면도 있습니다. LED는 현재 Li-Fi라는 무선 데이터 전송 시스템의 한 형태로 개발되고 있습니다. 이는 향후 LED 램프 장치에 내장될 수 있으며, 초당 수천 번 LED를 켜고 끄는 방식으로 작동하기 때문에 눈으로 알아차리지 못합니다. 이 기술은 오늘날의 무선 주파수 Wi-Fi보다 훨씬 더 높은 대역폭을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

요약

따라서 LED는 교차로에 깔끔하게 자리 잡고 있습니다. 일부 프린터에서는 점점 더 비용 효율성이 높아지고 있는 반면, 대형 플랫폼에서는 아직 그렇지 못합니다.

경화 시스템을 전환하는 데는 여전히 비용이 들지만 전구 수명만 절약해도 투자 비용을 빠르게 회수할 수 있으며, 전기료를 절약하면서 환경 성능을 개선할 수 있습니다.

수익성 높은 미래를 위해 투자하고 싶다면, 수익성과 환경 모두에 도움이 되는 비용 절감 효과로 인해 모든 프린터가 LED 경화 방식을 선택하는 것이 당연합니다.