En este artículo sobre las nuevas tecnologías de curado UV, se revisan las ventajas del curado UV-LED en comparación con algunos inconvenientes del curado UV tradicional.
Las lámparas tradicionales de arco UV contienen una pequeña cantidad de mercurio que, si se rompen, requiere un cuidado especial para asegurarse de que el mercurio contenido sea desechado de forma segura.
En segundo lugar, ya que las lámparas UV tradicionales emiten longitudes de onda en la región UV por debajo de 280nm, se produce 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 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 lleguen a plena potencia y, si se corta, se debe enfriar antes de volver a disparar.
En el proceso de impresión, durante el curado, las lámparas UV tradicionales generan una alta cantidad de calor que puede distorsionar sustratos no porosos y generar 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.
Las lámparas UV tradicionales son muy ineficientes, típicamente aprovechan menos de 15% de la energía utilizada. Y además, los elementos necesarios: la refrigeración por agua, la refrigeración por aire y la salida de gases necesaria para eliminar el ozono son elementos voluminosos, lo que limita las opciones de colocación.
Por último, las lámparas UV tradicionales 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 UV-LED.
USOS COMERCIALES
Uno de los usos comerciales más antiguos de alta potencia UV-LED fue 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.
Otra aplicación anticipada fue el uso de UV-LED para el curado de adhesivos en las tarjetas de circuitos impresos.
Era sólo una cuestión de tiempo que el UV-LED se encontrara con el mercado de las artes gráficas para traerle sus ventajas a la planta de producción.
ENERGÍA Y LONGITUDES DE ONDA
Lámparas UV-LED tienen en una gran variedad de tamaños, de energía y longitudes de onda.
El espectro de salida de los UV-LEDs es monocromático y se extienden de 210nm a 400nm, con el pico en 365, 385 ó 395nm. (Otros UV-LEDs 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 UV-LED de 365nm en este momento tiene una potencia máxima de 2W/cm² mientras que una 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.
Por el contrario, la lámpara UV-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 tradicional estándar de 300 vatios por pulgada a 10cm(4 pulgadas) de la zona de curado y una lámpara UV-LED de 12W/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 más elevadas de los UV-LED, 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 UV-LED tienen otros factores que las hacen más deseables que las lámparas UV tradicionales:
- Debido a que la longitud de onda de la luz producida por el UV-LED no está en la zona de 280nm o menos, esto significa que no se produce ozono y, por lo tanto, no hay necesidad de evacuación al exterior. Lámparas UV tradicionales requieren eliminación del ozono.
- Lámparas UV-LED funcionan a temperaturas más bajas que las lámparas UV tradicionales porque el estrecho ancho de banda de UV-LED no alcanza el rango espectral que produce el calor del IR(Infrarojo), y hay más oportunidades para los diseñadores de lámparas UV-LED de eliminar el calor producido en la parte posterior de las matrices de LED. Una lámpara UV-LED a lo sumo produce 60°C de calor mientras que las lámparas UV tradicionales 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.
- Las lámparas UV-LED son instantáneas en el encendido y en el apagado debido a la naturaleza de sus propiedades semiconductoras. Las lámparas de curado UV tradicionales 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.
- Debido a la evacuación de los gases, refrigeración y obturadores, las lámparas UV tradicionales son voluminosas. Lámparas UV-LED no requieren la extracción de ozono, si 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 que las temperaturas son más bajas, el tamaño es mínimo. No hay necesidad de obturadores debido a que el encendido y apagado en el LED es instantáneo. Por lo tanto el tamaño de las lámparas UV-LED es mucho más pequeño que una lámpara UV de mercurio.
- Se ha encontrado que las lámparas UV-LED tienen una vida útil mucho mayor que las lámparas de arco UV tradicionales y lámparas H-UV. Las lámparas UV-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.
- Las lámparas UV-LED no contienen mercurio, una lámpara UV tradicional cuenta con una pequeña cantidad de mercurio, que tendrían que ser eliminado adecuadamente.
- El mantenimiento de lámparas UV-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 UV-LED.
- Debido a la limitada cantidad de fotoiniciadores disponibles, el curado UV-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.
- La elección de las materias primas que se puede utilizar para el UV-LED es limitado y por lo tanto el precio de las tintas es mayor que las tintas curables por UV tradicionales.
- Las lámparas UV-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 UV-LED de 40 pulgadas sería de unos 140.000 dólares mientras que el precio para una lámpara de arco UV sería de 70.000 dólares. Sin embargo, ya están disponibles tintas de curado más rápido para lámparas UV-LED, y pueden ser necesarias menos lámparas UV-LED para el proceso de curación en comparación con los sistemas de la lámpara UV tradicional. Como con cualquier nueva tecnología, a medida que aumenta el número de unidades vendidas, el costo disminuirá.
- La salida de potencia de las lámparas UV-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 UV-LED, 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
- Phoseon. Fire Series LED lamps