Porque é que a cura por LED é importante para a tua loja de impressão

Como parte da nossa série “Learning Curve”, Simon Eccles investiga a utilização crescente de conjuntos de luz LED para a cura ultravioleta de tintas de fotopolímero em jactos de tinta de grande formato.

Os LEDs são uma tecnologia atractiva que gera uma luz intensa com um consumo mínimo de energia, emitindo muito pouco calor e tendo normalmente uma vida útil muito longa. Estão a começar a substituir as lâmpadas de vapor de mercúrio (também conhecidas como iodetos metálicos), que consomem muita energia, são quentes e têm uma vida curta, nas modernas impressoras a jato de tinta UV.

O baixo consumo de energia, o funcionamento a frio, a grande flexibilidade de utilização, a longa duração e os poucos problemas de eliminação significam que os LEDs são uma tecnologia muito atractiva, tanto em termos práticos de impressão como enquanto alternativa muito mais ecológica às lâmpadas de mercúrio.

O valor exato das poupanças varia consoante os sistemas, e o desempenho dos LEDs em termos de custos e potência está sempre a mudar. No entanto, como guia aproximado, a Mimaki diz que uma unidade típica UV-LED para uma impressora de grande formato, que produz 10W de energia UV, consome cerca de 60W de eletricidade para as lâmpadas mais cerca de 20W para a ventoinha de arrefecimento e o circuito de controlo de saída. Portanto, 80W no total, um pouco menos do que a antiga geração de lâmpadas domésticas de filamento de tungsténio de 100W.

Em comparação, o consumo total de energia de uma lâmpada de iodetos metálicos tradicional é de cerca de 1,2 KW, o que é bastante mais do que um aquecedor elétrico de uma barra. Estas lâmpadas funcionam muito quentes – entre 600 e 800 graus Celsius internamente – e geram calor radiante que é transmitido aos restantes componentes da impressora, incluindo as cabeças, a tinta e, mais importante, o suporte.

Assim, uma lâmpada de iodetos metálicos consome cerca de 15 vezes mais eletricidade do que um sistema de cura UV-LED. No entanto, como os LED UV podem ser ligados ou desligados quase instantaneamente, as gráficas só precisam de os ligar durante o ciclo de impressão. Quando uma lâmpada de iodetos metálicos é desligada, não pode ser ligada novamente até arrefecer.

Assim, é geralmente deixado ligado constantemente enquanto a impressora está a ser utilizada. Com um ciclo de funcionamento de 50%, uma matriz UV-LED consome apenas 1/30 da eletricidade que os iodetos metálicos. Isto não significa que toda a impressora seja 30 vezes mais eficiente com LED.

Todas as impressoras têm elementos comuns, como os motores, a eletrónica de controlo, os consumíveis de tinta e as bombas de vácuo. Assim, a diferença real no consumo de energia da impressora como um todo seria menor. Mesmo assim, uma impressora com uma lâmpada de iodetos metálicos consome três a dez vezes mais eletricidade do que uma com LED UV, afirma a Mimaki.

A utilização de LEDs UV não faz muita diferença no preço de compra de uma impressora, pelo que, ao longo do tempo, os LEDs poupam cada vez mais dinheiro, graças a uma combinação de menor consumo de eletricidade, menor manutenção e praticamente nenhum custo de substituição. Para além da óbvia redução das contas de eletricidade, este pode ser um fator importante para as empresas que estão a tentar reduzir a sua pegada de carbono ou obter um certificado de neutralidade de carbono, e pode ter alguma relevância para os créditos de carbono.

Componentes fixes

Os LED (díodos emissores de luz) são componentes eléctricos de estado sólido amplamente utilizados em aplicações de iluminação modernas, surgindo constantemente novas utilizações. O tipo de emissor de UV (geralmente designado por UV-LED) é apenas mais especializado e dispendioso. Para efeitos de cura de tinta, são construídos em conjuntos de vários LED.

Produzem uma gama relativamente estreita de comprimentos de onda de UV, em comparação com a gama mais ampla das lâmpadas de vapor de mercúrio. É melhor utilizar tintas que tenham sido formuladas para uma sensibilidade máxima nesses comprimentos de onda. Os fabricantes de impressoras poderão fornecer tintas de marca própria para utilização de LED nas suas próprias impressoras, mas é um fator a ter em conta se utilizar tintas de terceiros.

Ao contrário das lâmpadas de mercúrio, os LED UV não emitem luz infravermelha nem calor radiante. Isto significa que o suporte de impressão não aquece significativamente durante a impressão, pelo que podem ser utilizados materiais sensíveis ao calor.

Em alternativa, pode utilizar plásticos mais finos, como os vinis, do que utilizaria com as lâmpadas de mercúrio, uma vez que não se dobrarão sob os LEDs. Suportes mais finos significam poupança de materiais e rolos mais leves, com benefícios em toda a cadeia de fornecimento, desde os camiões de entrega até à eliminação de resíduos. A eletrónica de condução dos LEDs aquece, pelo que os invólucros das lâmpadas de grandes dimensões continuam a necessitar de arrefecimento por água ou ventoinha, mas, como vimos, isto requer muito menos energia do que o mercúrio.

Temperaturas mais baixas da lâmpada podem também significar menos aquecimento ambiente na sala de impressão. Normalmente, isto é bom, embora em alguns climas frios isto possa significar que tens de aumentar um pouco o aquecimento da fábrica no inverno para compensar, perdendo assim alguns dos benefícios em termos de custos.

Por outro lado, em climas quentes, os operadores apreciarão uma sala de impressão mais fresca, e não precisarás de tanta potência de ar condicionado se o tiveres instalado. A vida útil de uma lâmpada MH é normalmente considerada como sendo de cerca de 1000 horas (até ao momento da redução de 30% da luz). Se a lâmpada funcionar durante 8 horas por dia, terá de ser substituída em 125 dias (cerca de 6 meses com 20 dias de funcionamento/mês).

Vida útil mais longa

A vida útil de um único chip com LED UV é de cerca de 10.000-15.000 horas, dependendo da dissipação de calor. Se um LED UV funcionar durante 8 horas por dia, com uma vida útil de 10 000 horas, dura 1250 dias (cerca de 5 anos, assumindo 250 dias de trabalho por ano).

Uma vez que os LEDs UV estão desligados no modo de não impressão, a vida útil real seria mais longa. A maioria dos LED UV nunca necessitará de ser substituída durante a vida útil da impressora. As antigas lâmpadas de mercúrio de alta pressão geravam gás ozono, que é perigoso para os operadores e tem de ser extraído por ventilação.

No entanto, isto é largamente ultrapassado através da utilização de um vidro que filtra o comprimento de onda específico gerador de ozono. Os LEDs também não geram ozono. O mercúrio é venenoso, pelo que as lâmpadas têm de ser eliminadas de acordo com os regulamentos ambientais. Os LEDs não contêm materiais perigosos significativos e, como duram mais tempo, a quantidade de resíduos é menor.

Comutação rápida

Outra grande vantagem é que os LEDs podem ser ligados e desligados rapidamente, ou variar a sua intensidade, sem danos. As lâmpadas de mercúrio funcionam através de um arco de curto-circuito que atravessa o mercúrio das lâmpadas. É necessária uma eletrónica especializada para as acender e, uma vez acesas, é necessário mantê-las a funcionar, pelo que normalmente ficam ligadas durante todo o turno, consumindo energia e gerando calor, quer estejas a imprimir ou não.

As velocidades da impressora variam, pelo que as necessidades energéticas da cura UV também variam. A possibilidade de variar a intensidade de saída da lâmpada de mercúrio através da alteração da potência de entrada é limitada, pelo que as lâmpadas estão sempre na potência máxima e são utilizados obturadores mecânicos para controlar a quantidade de luz que chega ao suporte ou para a desligar completamente.

Em contrapartida, os LEDs podem ser comutados tão rapidamente que podem ser utilizados para variar a emissão de luz, embora também seja possível variar o brilho alterando os níveis de potência de entrada. Como os LEDs só são ligados quando necessário e podem ser pulsados para reduzir a sua potência de saída, a sua vida útil pode ser prolongada para anos, potencialmente mais do que a vida útil da impressora.

Estão constantemente a ser desenvolvidas emissões de luz mais elevadas, salientou Chad Taggart, vice-presidente de marketing e desenvolvimento da Phoseon, uma empresa norte-americana que desenvolve conjuntos de lâmpadas de cura LED. “A potência dos LEDs em termos de radiação e densidade ou dose de energia está a aumentar drasticamente”, afirmou. “A cada dois ou três anos estamos a duplicar a capacidade de produção. Por exemplo, passámos de 4 Watts por cm2 em 2008 para 8 em 2010 e para 16 em 2012. Não há nenhuma razão para que não possa atingir 24 ou mais no futuro.

“Acreditamos que a perceção da baixa potência se deve ao facto de as pessoas não estarem a par da nossa tecnologia. Atualmente, temos muitos clientes de grande formato que utilizam LEDs para as velocidades mais elevadas disponíveis. Algumas impressoras são arrefecidas a ar, outras são arrefecidas a água. Normalmente, os nossos produtos de maior potência são arrefecidos a água. Se as mantiveres frescas, duram 20 000 ou 30 000 horas”.

Embora a eletrónica, o firmware e outras questões signifiquem que é improvável que os utilizadores finais possam modificar uma impressora com lâmpada de mercúrio UV existente para utilizar LEDs, está a tornar-se mais fácil para os fabricantes integrá-los sem grandes modificações.

Por exemplo, a Integration Technology Ltd (ITL), no Reino Unido, apresentou as lâmpadas LED MZero na FESPA 2012. Estas são uma troca direta de componentes para as suas unidades de lâmpadas de mercúrio MZero, que já são utilizadas em carrinhos de cabeça em impressoras de grande formato.

As impressoras concebidas desde o início para LEDs UV podem ser mais pequenas, uma vez que é menos necessário criar espaço para ventoinhas de arrefecimento e extração.

Que impressoras utilizam LED?

Os fabricantes de jato de tinta estão a instalar cada vez mais LEDs nas novas impressoras UV à medida que estas são lançadas.
A Mimaki afirma ter sido a primeira a introduzir LEDs para grande formato, na UJV-160 em 2008, tendo iniciado o seu desenvolvimento em 2003.

Na FESPA Digital, em Londres, no ano passado, a mesma empresa apresentou um par de impressoras rápidas com cura por LED, a JFX500-2131 de mesa e a UJV500-160 de rolo. A Acuity 1600 LED de alimentação por rolo da Fujifilm e a VersaUV 640 LEJ de alimentação por rolo e a 640 LJF de mesa da Roland também estão entre as impressoras que utilizam LEDs.

A EFI VUTEk utiliza LEDs UV ao introduzir novas variações das suas gamas de impressoras HS e GS. No entanto, para a sua mesa plana mais rápida, a HS 100 Pro, os LEDs por si só não são suficientemente potentes. Em vez disso, são utilizados num sistema de cura híbrido, em que os LED são montados no carro da cabeça e fixam a tinta imediatamente após a impressão para manter os pontos nítidos, enquanto as lâmpadas de mercúrio mais potentes efectuam a cura completa.

A variação do tempo relativo dos dois conjuntos de lâmpadas permite à EFI variar os níveis de aderência e brilho das tintas.

Este ano, na FESPA Digital em Munique, a Mutoh apresentou três novas impressoras com lâmpadas UV-LED.

Trata-se da compacta ValueJet 628 de 24 polegadas, a ValueJet 1626UH mais convencional para materiais rígidos e em rolo. A terceira é uma nova mesa plana “de secretária” de formato A3, a ValueJet 426UF, para rivalizar com a família UJF-3042/6042 da Mimaki e com as pequenas mesas planas LEF-12 e LEF-20 da Roland, que também utilizam lâmpadas LED.

Para que é que não trabalham

O custo inicial de construção de matrizes de LED muito grandes e de elevado rendimento significa que ainda não são adequadas para as prensas planas UV mais rápidas, como as maiores máquinas HP FB ou Inca Onsets, ou para matrizes de largura total em prensas de tinta híbrida solvente-UV.

No entanto, tendo em conta o aumento da potência e a descida dos preços do LED UV nos últimos anos, parece inevitável que esta tendência continue até ao ponto em que seja possível substituir o vapor de mercúrio em todas as novas impressoras dentro de alguns anos.

Até à data, os LED também não são rentáveis para matrizes de largura total. Isto impede que sejam utilizados nas impressoras de tinta híbrida solvente-UV que estão atualmente a ser fornecidas pela Mimaki (a JV400SUV), Fujifilm (Vybrant F1600) e Colorific (que vende kits de conversão para impressoras eco-solventes Roland, Mimaki e Mutoh).

Neste caso, é utilizada uma pequena quantidade de solvente na tinta, que se espalha na mesa de impressão para fixar a tinta, que é depois curada por um conjunto de lâmpadas UV de largura total, a cerca de 60 cm a jusante do carro de impressão. Um conjunto de LEDs de 40 a 60 polegadas custaria uma fortuna.

No entanto, é necessária uma potência de luz UV inferior à das lâmpadas utilizadas nos carrinhos de impressão digitalizados (que necessitam de transferir mais energia, uma vez que apenas iluminam uma pequena área à medida que o carrinho passa sobre ela), pelo que podem ser utilizados tubos UV de pressão luminosa. Estes consomem menos energia do que as lâmpadas de mercúrio e geram menos calor, sem ozono.

Futuros visíveis e sem fios

Embora não sejam diretamente relevantes para as prensas UV, os LED de comprimento de onda visível estão a ser cada vez mais utilizados na iluminação geral, incluindo nas fábricas de impressão. É provável que, na próxima década, substituam gradualmente as lâmpadas incandescentes e fluorescentes convencionais na iluminação de espaços e exteriores.

Não só têm as vantagens de poupança de energia, funcionamento a frio e longevidade acima referidas, como também, ao serem construídos em grupos de cores RGB, é possível variar a saída de cor. Em última análise, os LEDs podem ser incorporados em painéis brilhantes de parede e de teto, de modo a que as lâmpadas ou tiras de lâmpadas convencionais possam desaparecer completamente.

As lâmpadas LED actuais encaixam em casquilhos de lâmpadas normais. Neste momento, são muito mais caras do que as lâmpadas fluorescentes economizadoras de energia que se tornaram comuns em toda a Europa nos últimos anos. No entanto, os preços irão baixar à medida que as taxas de adoção aumentarem, ao mesmo tempo que o seu menor consumo de energia e maior duração as tornarão populares entre os utilizadores. Ao contrário das lâmpadas economizadoras ‘CFR’ (Compact Fluorescent Refletor), que contêm mercúrio, os LEDs também têm menos problemas de eliminação em fim de vida.

Os LED brancos brilhantes são cada vez mais conhecidos como luzes de circulação nos automóveis e começam agora a ser oferecidos também como faróis principais, embora custem mais do que os actuais faróis de descarga de gás.

Há também um aspeto informático. Os LEDs estão atualmente a ser desenvolvidos para uma forma de sistema de transmissão de dados sem fios, chamado Li-Fi. No futuro, este sistema poderá ser incorporado em lâmpadas LED e funciona ligando e desligando os LEDs milhares de vezes por segundo, de modo a que o olho não se aperceba. Tem potencial para larguras de banda muito mais elevadas do que o atual Wi-Fi de radiofrequência.

Resumo

Assim, os LEDs encontram-se numa encruzilhada. Estão a tornar-se cada vez mais rentáveis em algumas impressoras, mas as plataformas maiores ainda não chegaram lá.

Ainda há custos a suportar para converter os seus sistemas de cura, mas as poupanças que pode fazer só em vida útil das lâmpadas pagarão rapidamente o investimento e melhorará o seu desempenho ambiental, poupando dinheiro em eletricidade.

Se quiser investir num futuro mais rentável, a balança está a pender para a cura por LED – e apoiada por poupanças que ajudam os resultados e o ambiente, o que a torna uma escolha óbvia para qualquer impressora.