Nuevas capacidades de curado UV y Tecnologías

América, La Prensa, Técnica, 2017-01-31T12:01:09+00:00
Alborum
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febrero, 2014

¡La Leyenda LED continúa!

En este artículo sobre las nuevas tecnologías de curado UV, se revisan las ventajas del curado LED en comparación con curado UV tradicional.

Nuevas capacidades de curado UV y Tecnologías

Algunos de los inconvenientes con las lámparas tradicionales de arco UV son que las lámparas contienen una pequeña cantidad de mercurio . Si se rompen, se requiere un cuidado especial para asegurarse de que el mercurio contenido sea desechado de forma segura. En segundo lugar, ya que las lámparas UV emiten longitudes de onda en la región UV por debajo de 280 nm, se produce el ozono. Esto requiere un escape hacia el exterior para eliminar el ozono desde la planta de producción.

Además, para que permanezcan encendidas, deben mantenerse por encima de una intensidad de luz mínima. La reducción de la energía por debajo de este mínimo se traducirá en una lámpara que no produce luz. También se necesita tiempo para que las lámparas UV lleguen a plena potencia y, si se corta, se debe enfriar antes de volver a disparar.

En el proceso de impresión, durante el curado, se genera una alta cantidad de calor que puede distorsionar sustratos no porosos, lo que da como resultado en problemas de registro. Además, es posible que el secado de sustratos papel / cartón cause rizo o formación de grietas. Para combatir el calor se han utilizado, filtros dicroicos (utilizados para eliminar la energía IR), refrigeración de agua y enfriamiento por aire, pero en el mejor de los casos sólo son capaces de eliminar el 50% de la carga total de calor generado.

Por desgracia, para la refrigeración por agua y la refrigeración por aire para lámparas UV, junto con la salida de gases que es necesaria para eliminar la capa de ozono, son necesarios elementos voluminosos, lo que limita las opciones de colocación. Las lámparas UV son muy ineficientes, típicamente aprovechan menos de 15% de la energía utilizada.

Por último, las lámparas UV se degradan continuamente durante toda su vida útil, que suele ser de menos de 1.000 horas, lo que significa que la fuerza de curado UV puede ser una variable problemática de tratar durante el ciclo de producción. Una de las primeras tecnologías para reducir estos inconvenientes del UV es el curado por LED.

USOS COMERCIALES

Uno de los usos comerciales más antiguos de alta potencia LED UV fue para el trabajo dental para el curado con luz UV de los adhesivos y rellenos dentales que redujo el tiempo que el paciente se pasaba en la silla dental en espera de que trabajo concluyera.

El tamaño pequeño y compacto de un LED es capaz de identificar el área que necesita atención. Otra aplicación anticipada fue el uso de LED UV para el curado de adhesivos en las tarjetas de circuitos impresos. Era sólo una cuestión de tiempo que el LED UV se encontrara con el mercado de las artes gráficas para traerle sus ventajas a la planta de producción.

ENERGÍA Y LONGITUDES DE ONDA

Lámparas LED UV tienen en una variedad de tamaños, de energía y longitudes de onda. El espectro de salida de los LEDs es monocromático. Sus salidas se extienden del espectro, a lo sumo, en 40nm con el pico en 365, 385 ó 395nm. (Otros LEDs UV se han hecho para 350, 405, 210, 250, 275 ó 290nm). La mayoría de los rangos de salida especiales son para aplicaciones específicas, tales como la purificación del agua.

Como regla general, como el espectro de salida es reducido, también es reducida la intensidad máxima de la lámpara. Una lámpara de 365nm en este momento tiene una potencia máxima de 2W/cm2 mientras que la lámpara de 395nm tiene una potencia máxima de 10 a 16W/cm2. Una lámpara UV tradicional tiene su espectro de salida que va desde 190-800nm. A través de ese espectro, una lámpara de 300 vatios daría aproximadamente 1.650mW/cm2 sobre la superficie de la huella de energía de la luz UV.

Por el contrario, la lámpara LED seria aprox 500mW/cm2 en la superficie de la impresión. (Los datos se basan en la unidad de pruebas de laboratorio, utilizando una lámpara UV estándar tradicional de 300 vatios por pulgada a 10cm(4 pulgadas) de la zona de curado y una lámpara UV LED 12W por cm2 situada a 10cm(4 pulgadas) de la zona de curado.

Para las mediciones se ha usando un EIT UV Power Puck II. Cabe señalar que el EIT UV Power Puck II utilizado en esta comparación se calibra ópticamente para medir longitudes de onda UVA tradicionales en lugar de las longitudes de onda de LED UV más elevados entre 385-395nm. Por lo tanto, con toda probabilidad, la intensidad UV emitida durante la prueba del LED puede ser más alto que el registrado aquí.

FOTOINICIADOR

En el desarrollo de tintas y recubrimientos que curan con lámparas LED, el fotoiniciador debe utilizar la energía de la lámpara entre el 395 a 410nm. Actualmente, hay muy pocos fotoiniciadores con absorción dentro de estas longitudes de onda. Esto afecta al costo y la eficiencia del elemento fotoiniciador.

A pesar de que el fotoiniciador absorbe en esta zona, los picos de absorción principales son los compuestos por lo general en menos de 395nm y por lo tanto la eficiencia del fotoiniciador para absorber toda la luz disponible en 395nm se ve disminuida. Por esta razón, el uso de lámparas LED para aplicaciones de baja migración no es recomendable.

FACTORES FAVORABLES

Las lámparas LED tienen otros factores que los hacen más deseables que las lámparas UV tradicionales:

  1. Debido a que la longitud de onda de la luz producida por el LED no está en la zona de 280nm o menos, esto significa que no se produce ozono por estas lámparas y, por lo tanto, no hay necesidad de evacuación al exterior. Lámparas UV tradicionales requieren eliminación del ozono.
  2. Lámparas LED funcionan a temperaturas más bajas que las lámparas UV tradicionales porque el estrecho ancho de banda de LED UV no alcanza el rango espectral que produce el calor del IR(Infra Rojo), y hay más oportunidades para losdiseñadores de lámparas LED UV de eliminar el calor producido en la parte posterior de las matrices de LED. Una lámpara LED a lo sumo produce 60°C de calor mientras que las lámparas de mercurio pueden producir calor por encima de los 300°C, para eliminar el calor generado por estas lámparas se requieren o bien grandes cantidades de aire refrigerado o agua.
  3. Las lámparas LED son instantáneas en el encendido y en el apagado debido a la naturaleza de sus propiedades semiconductoras. Las lámparas de curado UV normales requieren un tiempo para alcanzar la intensidad de salida de trabajo. Si las lámparas se apagan cuando están en funcionamiento, necesitan enfriarse antes de volver a disparar el encendido. Con el fin de evitar esto, los fabricantes de lámparas han desarrollado el uso de obturadores mecánicos a veces sofisticados y a menudo propensos a fallos para ayudar a reducir el tiempo entre arranques y paradas.
  4. Debido a la evacuación de los gases, refrigeración y obturadores, las lámparas UV tradicionales son voluminosos. Lámparas LED no requieren la extracción de ozono. Precisan agua, o refrigeración por aire con el fin de proporcionar enfriamiento a los propios LEDs que son accionados a muy alta potencia, pero debido a las temperaturas son más bajas, el tamaño es mínimo. No hay necesidad de obturadores debido a que en el LED el encendido y apagado instantáneo. Por lo tanto el tamaño de las lámparas LED es mucho más pequeño que una lámpara UV de mercurio.
  5. Se ha encontrado que las lámparas LED tienen una vida útil mucho mayor que las lámparas de arco UV normales y lámparas H-UV. Las lámparas LED tienen una vida útil por encima de las 20.000 horas, mientras que la lámpara de arco UV tiene normalmente entre 1.000 y 2.000 horas, y las lámparas H- UV sólo alrededor de 700 horas.
  6. Las lámparas LED no contienen mercurio, una lámpara UV tradicional cuenta con una pequeña cantidad de mercurio, que tendrían que ser eliminado adecuadamente.
  7. El mantenimiento de lámparas LED también es mínimo en comparación con las lámparas de curado UV tradicionales. Una lámpara UV tradicional necesita ser cambiado cada 700-1000 horas y los reflectores necesitan limpieza cuando se cambian las lámparas.

FACTORES DESFAVORABLES

Hay algunos inconvenientes con la tecnología de lámparas LED.

  1. Debido a la limitada cantidad de fotoiniciadores disponibles, el curado LED de barnices y revestimientos se vuelve más difícil. Los fotoiniciadores que se utilizan para curar estos productos tienen una tendencia a cambiar a color amarillo cuando se curan.
  2. La elección de las materias primas que se puede utilizar para el LED es limitado y por lo tanto el precio de las tintas es mayor que las tintas curables por UV tradicionales.
  3. Las lámparas LED, en este momento, cuestan casi el doble que una lámpara UV tradicional de un diseño de alta calidad, tales como son necesarios para la impresión offset de pliegos. El precio para un secador LED de 40 pulgadas sería de unos 140.000 dólares mientras que el precio para una lámpara de arco sería de 70.000 dólares. Sin embargo, ya están disponibles tintas de curado más rápido para lámparas de LED UV, y pueden ser necesarias menos lámparas LED para el proceso de curación en comparación con los sistemas tradicionales de la lámpara UV. Como con cualquier nueva tecnología, a medida que aumenta el número de unidades vendidas, el costo disminuirá.
  4. La salida de potencia de las lámparas LED está continuamente mejorando con intensidades superiores a las de las lámparas UV tradicionales, sin embargo ya están disponibles en la zona alta diseños de lámparas LED UV, si bien, sigue faltando longitud de onda de salida en comparación con las lámparas UV tradicionales.

SUMINISTRADORES

En este momento, las siguientes compañías ofrecen unidades UV LED que están siendo utilizados en las prensas de impresión offset de hoja y bobina: IST Metz – LUV LED System , Air Motion Systems – AMS Pico LED- UV XP Series, KBA – VariDry LED UV , Heidelberg – DryStar UV LED, Ryobi – LED-UV y Phoseon – Fire Series LED lamps.

Serie de artículos sobre el tema de la tecnología LED UV. “¿Cuáles son las oportunidades para la tecnología LED UV en la Industria de las Artes Gráficas? Los fundamentos de la tecnología UV LED”.