LED-UV versus droging met traditionele UV-lampen bij flatbed printers

Wat verstaan we onder een traditionele UV-lamp ?

UV-lampen die gebruikt worden bij grootformaat printers om hiermee UV-curable inkten te drogen zijn meestal booglampen (arc lamps) die met argon & kwik (in het engels mercury) werken . Deze lampen zijn gebaseerd op een technologie die eind de 19e eeuw werd ontwikkeld en die in de loop der jaren werd geoptimaliseerd.

Zonder in al te veel details te treden komt het principe hier op neer : Tussen 2 electroden wordt electriciteit gezet, het aanwezige gas zorgt voor weerstand waardoor de temperatuur in de lamp snel opbouwt en het aanwezige kwik gaat verdampen. Door een scheikundig proces gaat het kwik een straling produceren tussen 200 en 400 nanometer. Door metaal halogeniden in het kwik te vermengen kan men ervoor zorgen dat een lamp qua uv-vermogen gaat pieken op bepaalde golflengtes waarmee men een lamp kan afstemmen op de curing eigenschappen van een bepaalde inkt.

Het glas gebruikt in een mercury uv-lamp is kwarts omdat dit het enige soort glas is die UV-licht doorlaat en tegelijk bestand is tegen hoge temperaturen.

OCE-318GT-uv-printer-uv-lamp.jpg_50x50

Gebruik van een traditionele UV-lamp.

Bij het opstarten van een UV-lamp zien we eerst een flauwe straling. Het grootste gedeelte van de electrische stroom wordt omgezet in warmte zodat het kwik kan verdampen. Pas als alle kwik is verdampt wordt het optimale UV-spectrum bereikt waarmee UV-inkten gedroogd kunnen worden.

Bij het uitschakelen van de lamp dient ze eerst volledig af te koelen en alle kwik dient te condenseren alvorens ze weer kan worden opgestart. Dit kan een aantal minuten kan duren. Omdat die wachttijd een probleem is, worden in uv-printers die tradtionele lampen gebruiken shutters gebruikt die open en dicht gaan. Enkel wanneer ze open zijn maakt het uv-licht contact met de inkt en vindt er curing plaats.

 

Koeling.

Door de grote warmteproductie van kwikgaslampen is het noodzakelijk dat naast de shutters er ook geavanceerde koelsystemen worden voorzien. Als er geen warmte afgevoerd wordt gaat deze ophopen en gaat de temperatuur naar waarden stijgen waardoor het glas en de behuizing eromheen kan beginnen smelten en waardoor er zelfs brand kan ontstaan. Vandaar is het zeer belangrijk het koelsysteem regelmatig na te zien.

 

Slijtage van de lampen.

Kwikgaslampen hebben een beperkte levensduur. Voor UV-printers beperkt die zich dit meestal tot pakweg 700 à 1000 uur. Tijdens de gebruiksduur gaat de efficientie aanzienlijk afnemen doordat het electrodemateriaal wegsputtert en zich vastzet op het kwartsglas. Dit uit zich als een soort aanslag die de doorlaatbaarheid van het glas vermindert wat resulteert in minder UV-energie die uitgestraald kan worden. Hoe meer men de lampen aan en uitzet hoe sneller dit verouderingsproces zich voordoet.

Wie over een printer met kwikgaslampen beschikt kan best regelmatig de uv-output meten. Ook kan men best regelmatig de lamp en de reflectoren reinigen met isopropylalcohol. Daarbij is het héél belangrijk de lampen niet met de handen aan te raken, gezien het vet dat daarbij achterblijft in de lamp gaat inbranden met een vermindere uv-output tot gevolg.

 

Milieu aspecten van kwikgaslampen.

Uiteraard zit er in kwikgaslampen kwik, wat heel schadelijk is voor het milieu. Deze lampen moeten bijgevolg als speciaal chemisch afval worden verwerkt.

Daarnaat zijn kwikgaslampen echte energievreters. Slechts een klein gedeelte van deze energie wordt omgezet naar UV-licht. De grootste gedeelte wordt naar warmte omgezet, waarvoor dan weer koeling nodig is, en dit vraagt opnieuw veel energie.

Oudere types kwikgaslampen produceren ook ozon. Dit is niet meer het geval bij recentere kwikgaslampen.

 

LED-UV technologie versus traditionele UV lampen.

LED-UV lampen zijn in tegenstelling tot kwikgaslampen relatief nieuw. Deze lampen zijn pas de laatste pakweg 15 jaar ontwikkeld en zijn gemaakt van halfgeleiders. Deze technologie biedt enorme voordelen tegenover kwikgaslampen.

Traditionele UV lampen stralen energie uit in een breed spectrum aan golflengtes, waarvan slechts 20% zich in het nuttige UV-gebied bevindt. Meer dan 50% is in het infrarood gebied wat dus resulteert in warmte. Daarintegen bij LED-UV lampen is de energie bijna volledig in het uv-bereik.

Traditionele UV lampen hebben zoals we hierboven hebben uitgelegd een afnemende efficientie en moeten veelal na pakweg 700 uur vervangen worden. LED-UV lampen daarentegen hebben een lange levensduur. Er is in principe geen slijtage en in veel gevallen zal een LED-UV lamp de volledige gebruiksduur van een printer meegaan. Omdat de UV-output ook constant is dient men deze niet te meten, en dient men bijgevolg ook geen meetapparatuur aan te schaffen.

LED-UV lampen worden voortdurend aan en uitgezet. Bij traditionele lampen kan dit niet omdat deze een opwarmtijd en een afkoeltijd nodig hebben. Ook het verouderingsproces wordt versneld, telkens men de lampen aanzet en uitzet. Traditionele lampen hebben bijgevolg shutters nodig, wat niet het geval is bij LED-UV lampen.

LED-UV lampen vormen geen probleem voor warmtegevoelige materialen. Golfkarton, honingraad karton, reboard, … alsook een aantal plastics hebben de eigenschap te gaan opkrullen of vervormen wanneer ze plaatselijk verwarmd worden. Dit kan dan leiden tot een headcrash, wat tot schade aan printkoppen kan resulteren. Doordat LED-UV printers geen warmte produceren stelt dit probleem zich niet.

UV printers met traditionele UV-lampen zijn meestal van complexe koelsystemen met een grote koelcapaciteit voorzien. Ook LED-UV lampen worden meestal van koeling voorzien, maar dit beperkt zich meestal tot eenvoudige systemen zoals wat koelvinnen met ventilatoren erop gemonteerd.

LED-UV lampen verbruiken slechts een fractie van de energie die een traditionele kwikgaslamp nodig heeft. Er is ook geen opstarttijd tijdens dewelke energie wordt verbruikt en er is weinig energie nodig om koeling te voorzien. Hierdoor bespaart men minimaal 85% op de energiekosten. Het verbruik bijvoorbeeld van de LED-UV lamp inclusief de ventilatoren die voor koeling zorgen op bijvoorbeeld een Mimaki JFX200 is ongeveer 80 watt. Een typische kwikgaslamp die op een vergelijkbaar toestel gebruikt wordt verbruikt al gauw 1200 watt.

Het ontstaan van statische electriciteit kan meerdere oorzaken hebben, maar de combinatie van droge lucht met turbulentie veroorzaakt door het heen en weer bewegen van de printercarriage is een heel belangrijke oorzaak. De warmte geproduceerd door traditionele uv-lampen droogt de lucht onder de carriage waardoor substraten statisch geladen worden wat tot problemen met printkwaliteit kan leiden. Wie over een vlakbedprinter beschikt met traditionele lampen kan daarom best een professionele luchtbevochtingsinstallatie voorzien om dit tegen te gaan.

 

Veiligheidaspecten.

Traditionele mercury uv lampen stralen dus een breed spectrum aan energie uit waaronder ook UV-B en UV-C stralen. Deze zijn zeer gevaarlijk voor de gezondheid van de operator maar normaal werken deze lampen in een met shutters afgesloten behuizing en is de kans dus klein dat de operator rechtstreeks in contact komt met dit schadelijke uv-licht.

LED-UV lampen stralen enkel UV-A en dus geen UV-B en UV-C licht uit. UV-B en UV-C zijn veel schadelijker voor de ogen en de huid dan UV-A licht, maar ook met deze laatste dient men op te letten.

 

Gezien al deze voordelen, waarom werken niet alle printers met LED-UV technologie ?

De belangrijkste reden is dat het nog maar een paar jaar is dat er LED-UV technologie beschikbaar is waarmee een goeie curing kan bekomen worden. Deze technische innovaties komen enerzijds van fabrikanten van UV-LED’s die units uitbrengen die krachtiger zijn, maar anderzijds ook van de inktfabrikanten die inkten ontwikkeld hebben die een volledige curing bekomen waarbij minder intensiteit aan UV-licht nodig is. Deze ontwikkelingen zijn allemaal nog relatief recent (laatste pakweg 5 jaar) waardoor nog niet iedereen de stap heeft gezet.

Er is uiteraard een langere ervaring met mercury-uv lampentechnologie. Deze heeft de printwereld overgenomen heeft uit de wereld van flexo- en zeefdruk waar deze technologie reeds jaren werd gebruikt. Ook bij de ontwikkeling van inkten voor deze technologie heeft men beroep kunnen doen op de ervaring uit het verleden met flexo- en zeefdrukinkten.

Tenslotte is er het kostenplaatje. Aan de kostenzijde is het zo dat lange tijd LED-UV lampen & het sturingsmechanisme eromheen heel duur was. Het was goedkoper om een traditioneel uv-systeem te implementeren, zelfs rekening houdend met alle extra kosten voor koeling en shutters. Vandaag is dit niet meer het geval en is de investering voor implementatie vergelijkbaar, met na de aanschaf de voordelen voor de gebruiker op vlak van lampkosten, energieverbruik & gebruiksgemak.

Ons advies. Als u wil investeren in een UV-printer, zorg dat het een is met LED-curing. De voordelen spreken voor zich.

Dimix levert flatbed printers, roll-naar-roll printers en zelfs print & cut systemen van Mimaki die gebruik maken van deze milieuvriendelijke led-uv techniek.