为什么 LED 固化对印刷厂很重要

作为 “学习曲线 “系列的一部分，西蒙-埃克尔斯（Simon Eccles）研究了在大幅面喷墨打印机的感光树脂油墨紫外线固化中越来越多地使用 LED 灯阵列的情况。

LED 是一种极具吸引力的技术，它能以最低的功耗产生强光，同时发热量极低，使用寿命通常很长。在现代紫外线喷墨打印机上，它们正开始取代耗电、发热和寿命短的汞蒸汽灯（又名金属卤化物灯）。

LED 功耗低、运行凉爽、使用灵活、寿命长，而且几乎不存在废弃问题，这意味着 LED 是一种非常有吸引力的技术，无论是从实用印刷角度，还是从更环保的角度来看，它都是汞灯的替代品。

具体节省的电量因系统而异，LED 的性价比和功率输出也在不断变化。不过，作为一个粗略的指导，Mimaki 表示，一台典型的 UV-LED 设备用于大幅面打印机，输出 10W 的紫外线能量，灯泡消耗约 60W 的电力，加上冷却风扇和输出控制电路消耗约 20W 的电力。因此，总耗电量为 80 瓦，比老一代 100 瓦钨丝家用灯泡的耗电量还要低一些。

相比之下，传统金属卤化物灯的总功耗约为 1.2 千瓦，比一个单杠电加热器的功耗还高。这些灯管的运行温度非常高，内部温度在 600 到 800 摄氏度之间，它们产生的辐射热会传递到打印机的其他组件，包括打印头、墨水和最重要的介质。

因此，金属卤化物灯的耗电量大约是紫外线 LED 固化系统的 15 倍。不过，由于 UV-LED 可以近乎即时地开启或关闭，印刷商只需在实际印刷周期中开启即可。金属卤化物灯一旦关闭，在冷却之前无法再次开启。

因此，在打印机使用过程中，紫外线 LED 通常是持续开启的。在 50% 的运行周期内，紫外 LED 阵列的耗电量仅为金属卤化物灯的 1/30。但这并不意味着使用 LED 后整个打印机的效率提高了 30 倍。

所有打印机都有共同的元件，如电机、控制电子元件、墨水供应和真空泵。因此，打印机整体耗电量的实际差异较小。Mimaki 表示，即便如此，使用金属卤化物灯的打印机的耗电量也是使用紫外线 LED 灯的打印机的三到十倍。

使用紫外发光二极管不会给打印机的购买价格带来太大的影响，因此随着时间的推移，发光二极管会节省越来越多的费用，因为它结合了更少的用电量、更低的维护成本和几乎没有的更换费用。除了明显减少电费支出外，这对那些试图减少碳足迹或获得碳中和证书的公司来说也是一个重要因素，而且可能与碳信用额度有一定关系。

超酷组件

LED （发光二极管）是一种固态电子元件，广泛应用于现代照明领域，并不断出现新的用途。紫外线发光二极管（一般称为 UV-LED）更为专业和昂贵。在油墨固化方面，它们被内置于由多个 LED 组成的阵列中。

与范围更广的汞蒸汽灯相比，它们产生的紫外线波长范围相对较窄。最好使用在这些波长下具有最高灵敏度的油墨。打印机制造商可以提供用于自家打印机的 LED 自有品牌油墨，但如果使用第三方油墨，则需要注意这一点。

与汞灯不同，紫外线 LED 不发射红外线或辐射热。这意味着打印介质在打印过程中不会明显升温，因此可以使用热敏材料。

此外，您还可以使用比水银灯更薄的塑料（如乙烯基），因为它们在 LED 的照射下不会弯曲。更薄的介质意味着材料的节省和卷轴重量的减轻，这对从运输卡车到废物处理的整个供应链都有好处。LED 的驱动电子元件确实会发热，因此大型阵列灯外壳仍然需要一些水冷或风扇冷却，但正如我们所看到的，这比汞灯所需的功率要小得多。

降低灯管温度也意味着减少印刷车间的环境温度。通常这是件好事，但在一些寒冷的气候条件下，这可能意味着你不得不在冬天把工厂的暖气开得更高一些来补偿，这样你就失去了一些成本效益。

另一方面，在温暖的气候条件下，操作员会喜欢凉爽的印刷车间，如果安装了空调，就不需要那么多的空调功率。一般认为，MH 灯的寿命约为 1000 小时（直至光衰 30%）。如果灯泡每天工作 8 小时，则 125 天后必须更换（以每月工作 20 天计算，约为 6 个月）。

使用寿命更长

根据散热情况，紫外线 LED 单芯片的使用寿命约为 10,000-15,000 小时。如果 UV-LED 每天工作 8 小时，使用寿命为 10,000 小时，则可使用 1,250 天（假设每年工作 250 天，则可使用约 5 年）。

由于 UV-LED 在非打印模式下是关闭的，因此实际使用寿命会更长。大多数紫外线 LED 灯在打印机的使用寿命内无需更换。旧式的高压汞灯会产生臭氧气体，对操作人员有害，需要通过通风来排出。

不过，只要使用能过滤掉产生臭氧的特定波长的玻璃，就能在很大程度上克服这一问题。LED 也不会产生臭氧。汞有毒，因此灯管需要按照环保法规进行处理。LED 不含任何有害物质，而且寿命更长，因此产生的废弃物更少。

快速切换

LED 的另一大优点是可以快速开关或改变强度，而不会造成损坏。汞灯的工作原理实际上是通过灯管中的汞产生短路电弧。点亮汞灯需要专业的电子设备，而且一旦点亮，就必须保持运行，因此，汞灯通常在整个班次中都处于开启状态，无论是否在印刷，都会消耗电能并产生热量。

打印机速度不同，紫外线固化所需的能量也不同。通过改变输入功率来改变汞灯输出强度的余地有限，因此它们实际上一直处于全功率状态，并使用机械快门来控制到达介质的光量，或将其完全关闭。

相比之下，LED 可以快速切换，从而改变光输出，当然也可以通过改变输入功率来改变亮度。由于 LED 只在需要时开启，而且可以脉冲方式降低输出功率，因此其使用寿命可以延长至数年，甚至可能超过打印机的使用寿命。

美国 LED 固化灯阵列开发商 Phoseon 公司营销和开发副总裁 Chad Taggart 指出，更高的光发射率正在不断开发出来。”他说：”就辐射和能量密度或剂量而言，LED 的功率正在急剧增加。”每两到三年，我们的输出能力就会翻一番。例如，我们从 2008 年的每平方厘米 4 瓦到 2010 年的 8 瓦，再到 2012 年的 16 瓦。未来没有理由不达到 24 瓦或更高。

“我们认为，人们对低功耗的认识是由于没有跟上我们技术的发展。如今，我们在大幅面领域有许多客户，他们使用 LED 来实现最高的速度。有些打印机是风冷式的，有些是水冷式的。通常情况下，我们功率最大的产品是水冷式的。如果保持冷却，它们的使用寿命可达 20,000 或 30,000 小时。

尽管电子、固件和其他问题意味着最终用户不太可能将现有的紫外汞灯打印机改装成使用 LED 的打印机，但对于制造商来说，在不做重大改动的情况下内置 LED 已变得越来越容易。

例如，英国的 Integration Technology Ltd (ITL) 在 FESPA 2012 上推出了 MZero LED 灯。这些灯管可直接替换其 MZero 汞灯装置，后者已用于宽幅印刷机的头架。

从一开始就为 UV-LED 设计的打印机可以更小，因为不需要为冷却和抽风机预留空间。

哪些打印机使用 LED？

喷墨打印机制造商在推出新的 UV 打印机时，越来越多地为其安装 LED。
Mimaki 自称于 2003 年开始研发 LED，并于 2008 年在 UJV-160 上率先将其用于宽幅印刷。

在去年伦敦的 FESPA Digital 展会上，该公司推出了两款快速 LED 固化印刷机：平板式 JFX500-2131 和卷筒式 UJV500-160。富士胶片的卷筒纸 Acuity 1600 LED 和罗兰的卷筒纸 VersaUV 640 LEJ 和平板 640 LJF 也是使用 LED 的印刷机。

EFI VUTEk 在推出 HS 和 GS 打印机系列新产品时使用了紫外线 LED。不过，对于速度最快的平板打印机 HS 100 Pro 而言，仅有 LED 还不够强大。相反，它们被用于混合固化系统，其中 LED 安装在打印头架上，打印后立即对油墨进行固化，以保持网点清晰，而功率更大的汞灯则进行完全固化。

通过改变两组灯管的相对时间，EFI 可以改变油墨的附着力和光泽度。

在今年慕尼黑 FESPA Digital 展会上，Mutoh 推出了三款配备 UV-LED 灯管的新型打印机。

这两款产品分别是紧凑型 24 英寸 ValueJet 628 和用于硬质材料和卷筒材料的更传统的 ValueJet 1626UH。第三款是新型 “台式 “A3 幅面平板打印机 ValueJet 426UF，可与 Mimaki 的 UJF-3042/6042 系列和 Roland 的 LEF-12 和 LEF-20 小型平板打印机相媲美，后者也使用 LED 灯。

它们不适用的情况

超大型、高输出 LED 阵列的初始制造成本意味着它们还不适用于最快的 UV 平板印刷机，如最大的 HP FB 机器或 Inca Onsets，也不适用于溶剂-UV 混合油墨印刷机上的全宽阵列。

然而，鉴于近年来 UV-LED 的功率输出不断增加，价格不断下降，这一趋势似乎不可避免地会继续下去，以至于在几年内，所有新打印机都可以用 UV-LED 取代汞蒸汽。

到目前为止，LED 用于全宽阵列也不划算。因此，Mimaki（JV400SUV）、Fujifilm（Vybrant F1600）和 Colorific（销售 Roland、Mimaki 和 Mutoh 生态溶剂打印机的转换套件）目前正在销售的溶剂-紫外线混合墨水打印机无法使用 LED。

在这种情况下，油墨中会使用少量溶剂，溶剂在打印床上闪烁，将油墨固定，然后由距离打印架下游约 60 厘米的全宽紫外线灯阵列将其固化。一个 40 至 60 英寸的 LED 阵列将耗资巨大。

不过，与扫描打印架上使用的灯管相比，紫外线光输出需要更低一些（因为扫描打印架经过灯管时，灯管只能照亮一小块区域，所以需要传输更多的能量），因此可以使用光压紫外线管。这些灯管比汞灯耗电更少，产生的热量也更低，而且不产生臭氧。

看得见的未来和无线未来

虽然与紫外线印刷机没有直接关系，但可见光波长 LED 在普通照明（包括印刷厂）中的应用越来越广泛。在未来十年内，它们很可能会逐渐取代传统的白炽灯和荧光灯，用于室内和室外照明。

它们不仅具有上述省电、低温运行和使用寿命长等优点，而且通过将它们制成 RGB 颜色群，还可以改变颜色输出。最终，LED 可以安装在发光的墙壁和天花板上，从而使传统的灯泡或灯条完全消失。

如今的 LED 灯可以安装在标准灯泡插座中。目前，它们的价格比过去几年在欧洲普遍使用的节能荧光灯要贵得多。不过，随着采用率的提高，价格也会随之下降，而较低的能耗和较长的使用寿命也会使它们受到用户的欢迎。与含汞的节能灯 “CFR”（紧凑型荧光反射器）不同，LED 的报废处理问题也较少。

明亮的白光 LED 越来越多地被用作汽车的行车灯，而且刚开始被用作主大灯，尽管它们的成本甚至比现在的气体放电大灯还要高。

还有计算方面。目前，LED 正被开发成一种名为 Li-Fi 的无线数据传输系统。这种系统将来可以内置在 LED 灯中，通过每秒数千次的 LED 开关工作，因此眼睛不会察觉。它的带宽有可能比现在的无线射频 Wi-Fi 高得多。

摘要

因此，LED 正处于十字路口。在某些打印机上，LED 的成本效益越来越高，而在更大的平台上，LED 的成本效益还不尽如人意。

转换固化系统仍需成本，但仅在灯泡寿命方面节省的费用就能很快收回投资，而且在节省电费的同时还能提高环保性能。

如果您想投资于更有利可图的未来，那么 LED 固化将是您的不二之选，因为它既能节省成本，又能保护环境，是所有印刷商的不二之选。