¿Por qué la tecnología UV-LED está revolucionando la impresión mediante inyección de tinta?

Técnica
La Prensa, 2017-01-31T11:17:42+00:00
Alborum
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abril, 2013

En los últimos cinco años se ha producido una revolución en la impresión digital de inyección de tinta:la tecnología UV-LED. Gracias al desarrollo de lámparas LED de curado en frío para tintas UV, que han abierto la puerta a un abanico mucho más amplio de materiales que admiten la impresión directa.

Desde siempre, las tintas que se curan por exposición a la luz ultravioleta (UV) han sido de uso común en artes gráficas, para aplicaciones que abarcan desde envases hasta procesos industriales; aplicaciones para las que originalmente se empleaban procesos “convencionales” como litografía, serigrafía y flexografía.

Los primeros sistemas de inyección de tinta que funcionaban con tintas de curado UV surgieron en 2001. El proceso tuvo una rápida aceptación en el sector de la rotulación y los expositores porque se puede aplicar a una gran variedad de materiales, con un curado muy rápido, poco olor y menos problemas de salud y medio ambiente que las tintas de base solvente.

Con la reciente introducción de las lámparas UV-LED, el proceso está ampliando su espectro de aplicaciones, sobre todo en el ámbito industrial.

¿Por qué curado UV?

La tinta de curado UV resulta atractiva para los impresores por sus propiedades de secado casi instantáneo, además de su capacidad de adherirse a una amplia gama de papeles y plásticos. Asimismo, goza de cualidades muy atractivas desde el punto de vista medioambiental, sobre todo su ausencia de emisión de Componentes Orgánicos Volátiles(COV).

La tinta se mantiene líquida (técnicamente es un monómero) hasta que se expone a la luz UV, cuando sus moléculas empiezan a entrelazarse para formar un polímero, un sólido. Eso significa que la tinta es líquida cuando se encuentra en los cabezales de impresión, evitando los riesgos de obstrucción, pero una vez se imprime sobre el soporte, se puede fijar rápidamente sin necesidad de aplicar revestimientos superficiales especiales ni secado térmico.

Dado que la tinta no contiene solventes volátiles, evita los problemas ambientales de los Componentes Orgánicos Volátiles (COV), cada vez más sujetos a restricciones legales.

No obstante, las tintas UV requieren un manejo cuidadoso antes del curado: el contacto con la piel u otras membranas puede producir alergia en los operarios, mientras que el olor que emiten durante el curado debe ser extraído y filtrado. El contacto con el operario se puede evitar empleando contenedores y cartuchos de tinta especialmente diseñados.

Después del curado, las tintas UV son insolubles, por lo que es posible imprimir múltiples capas para crear imágenes con volumen o textura, o caracteres Braille.

El problema del haluro de metal

Originalmente, para el curado de las tintas UV se empleaban lámparas de haluro de metal(HM). Sin embargo, éstas consumen mucha energía e irradian mucho calor, son difíciles de encender o apagar rápidamente y es complicado variar la intensidad de la luz. Su precio es elevado y su vida útil es corta.

Mimaki inició el desarrollo de una impresora de inyección de tinta que emplea diodos electroluminiscentes(LED), que emiten luz UV para curar la tinta. Estos UV-LED son relativamente asequibles y su vida útil es mucho más larga que la de las lámparas HM. Consumen menos energía y se pueden encender y apagar de forma casi instantánea. Además, no se calientan tanto como las lámparas HM, por lo que permiten imprimir sobre muchos más materiales sensibles al calor, sin distorsión.

Originalmente, se temía que los UV-LED de baja potencia no serían adecuados para el curado de tinta. Sin embargo, el desarrollo posterior de dos tecnologías clave permitió fabricar impresoras UV-LED comercialmente viables. La primera de ellas fue la aparición de diodos electroluminiscentes UV de alta potencia. La segunda fue la formulación de tintas de alta sensibilidad, adaptadas para responder a la longitud de onda de dichos UV-LED.

En sus inicios, la potencia máxima por UV-LED era de entre apenas unos milivatios(mW) y unas pocas docenas de mW. La potencia actual es de docenas de vatios o más en ambientes con aire acondicionado con el módulo UV-LED, en el que se instalan varios chips. La longitud de onda de absorción de la tinta UV fabricada para la lámpara HM es distinta de la longitud de onda que emiten las unidades UV-LED. La fabricación de tintas adaptadas a las emisiones UV-LED permitió curar completamente la tinta empleando unos 100-300mJ/cm2 de energía luminosa.

Ventajas de las impresoras UV-LED

En comparación con las impresoras de inyección de tinta UV tradicionales que emplean lámparas HM, las impresoras UV-LED presentan las siguientes ventajas:

1. Bajo consumo de energía

La unidad UV-LED consume unos 60W de electricidad para las lámparas, más otros 20W adicionales para el ventilador y el circuito de control de salida. Así, el consumo de energía total de la unidad UV-LED es de unos 80W. La emisión total de energía luminosa UV de la unidad es de unos 10W.

En comparación, el consumo total de la lámpara HM convencional es de unos 1,2KW/lámpara. Solo comparando el sistema de exposición, el consumo energético de la lámpara HM es unas 15 veces superior al del sistema de curado UV-LED.

Sin embargo, dado que las unidades UV-LED se pueden encender o apagar de forma casi instantánea, los impresores solo tienen que encenderlas durante el ciclo de impresión. Una vez se ha apagado una lámpara HM, ésta no se puede volver a encender hasta que se haya enfriado por completo, por lo que suele dejarse siempre en funcionamiento mientras la impresora está en uso.

Con un índice de funcionamiento del 50%, una lámpara HM consume un promedio de 30 veces más electricidad que una lámpara UV-LED.

En realidad, las impresoras basadas en sistemas HM y UV-LED comparten elementos como los motores, la electrónica de control y el suministro de tinta. Por ese motivo, la diferencia real en el consumo eléctrico de la impresora en su conjunto sería menor. Aun así, una impresora con una lámpara HM consume entre tres y diez veces más electricidad que una con UV-LED.

2. Miniaturización

El uso de UD-LED como fuente de luz para el curado implica una reducción del tamaño total de la impresora frente al volumen de un equipo con lámparas HM, ya que apenas se requiere refrigeración o ventilación y la fuente de alimentación puede ser más pequeña.

3. Larga vida útil

La vida útil de una lámpara HM suele rondar las 1.000 horas (hasta que alcanza un 30% de reducción de luz). Si la lámpara funciona 8 horas diarias, tendrá que ser sustituida en 125 días (unos 6 meses suponiendo 20 días de funcionamiento al mes).

La vida útil de un solo chip con UV-LED es de 10.000 – 15.000 horas, en función de la disipación del calor. Si una unidad UVLED funciona 8 horas al día, con 10.000 horas de vida útil, duraría 1.250 días (unos 5 años, calculando 250 días laborables por año). Puesto que las unidades UV-LED se apagan cuando no se imprime, la vida útil real sería mayor. La mayoría de unidades UV-LED no necesitarían ser sustituidas durante toda la vida útil de la impresora.

4. Intensidad de la luz ajustable

Dentro del tubo de descarga de una lámpara HM, la corriente eléctrica debe mantenerse por encima de un valor fijo para mantener la descarga. Esto limita el control sobre la regulación de la luz. Dado que las impresoras de inyección de tinta pueden variar la velocidad de dos a cuatro veces, es aconsejable disponer de algún tipo de regulador para mantener un curado constante, independientemente del modo de impresión. Con la tecnología UV-LED, el volumen de luz se puede controlar constantemente entre cero y la potencia máxima de salida, ya sea variando la corriente o pulsando los LED individuales selectivamente. Por ese motivo, siempre se dispone de la intensidad adecuada.

5. Sin sobrecalentamiento de materiales

La superficie de cristal de la lámpara HM alcanza temperaturas muy elevadas. No solo emite luz UV, sino también luz visible, luz infrarroja y radiación infrarroja lejana, hasta el punto de que ciertos materiales pueden sobrecalentarse y sufrir distorsión.

Con la tecnología UV-LED, la temperatura del chip UV-LED apenas aumenta, por lo que el material no se calienta. Además, solo emite luz UV, con un pico de 365-390nm. Las impresoras UV-LED pueden manejar numerosos materiales que serían vulnerables al calor que emiten las lámparas HM.

6. Sin ozono

La tecnología UV-LED no contiene luces UV con componentes de longitud de onda corta de menos de 280nm correspondientes a UV-C, causantes de la generación de ozono. En consecuencia, la tecnología UV-LED no genera ozono. Por ello, no es necesario preparar ningún tipo de ventilación especial para eliminar el ozono.

CONCLUSIÓN

En los últimos años, la producción en masa ha reducido el elevado coste original de las unidades UV-LED. Actualmente, la tecnología UV-LED no solo es superior a las lámparas HM, sino que su coste también es inferior. Gracias a sus muchas ventajas, el uso de los sistemas UV-LED está destinado a aumentar dentro del sector.