tecnologia UV-LED
Mike Horsten, Diretor de marketing no Mimaki Europe B.V.
Nos últimos cinco anos tem-se assistido a uma revolução na impressão digital a jato de tinta, em grande parte devido ao desenvolvimento de lâmpadas LED de cura a frio para tintas UV, que abriram as portas a um muito mais variado leque de materiais que suportam a impressão direta.

As tintas curadas por exposição à luz ultravioleta (UV) têm sido utilizadas regularmente, desde sempre, em artes gráficas, para aplicações que vão desde a embalagens até processos industriais, e outras aplicações para as quais originalmente se empregavam processos “convencionais” como litografia, serigrafia e flexografia.

Os primeiros sistemas a jato de tinta que funcionavam com tintas de cura UV surgiram em 2001. O processo teve uma rápida aceitação no sector da rotulagem e dos expositores, uma vez que permite a aplicação de uma grande variedade de materiais, com uma cura muito rápida, reduzido o odor, e colocando menos problemas para a saúde e para o meio ambiente do que as tintas de base solvente.

Com a recente introdução de lâmpadas UV-LED, o processo está a ampliar a sua gama de aplicações, especialmente em ambientes industriais.

Porquê cura UV?

A tinta de cura por UV é atrativa para os impressores devido às suas propriedades de secagem quase instantânea, para além da sua capacidade de aderir a uma ampla gama de papel e plástico. Conta ainda com qualidades muito vantajosas do ponto de vista ambiental, especialmente devido à ausência de emissões de compostos orgânicos (VOCs).

A tinta permanece líquida (tecnicamente é um monómero) até ser exposta à luz UV, altura em que as suas moléculas se começam a entrelaçar para formar um polímero, sólido. Isso significa que a tinta permanece no estado líquido quando se encontra na cabeça de impressão, evitando desta forma o risco de entupimento, mas uma vez impresso sobre o substrato, tem a capacidade de se fixar rapidamente, sem a necessidade de revestimentos especiais ou de secagem térmica.

Uma vez que a tinta não contém solventes voláteis, isso evita os problemas ambientais inerentes aos compostos orgânicos voláteis (VOCs), cada vez mais sujeitos a restrições legais.

No entanto, as tintas UV requerem um tratamento cuidadoso antes da cura: o contacto com a pele ou com outras membranas pode produzir alergia nos operadores, enquanto que o odor que emitem durante a cura deve ser extraído e filtrado. O contato com o operador pode ser evitado através do uso de recipientes e cartuchos de tinta especialmente projetados para o efeito.

Após a cura, as tintas UV são insolúveis, o que torna possível imprimir múltiplas camadas para a criação de imagens com volume ou textura, ou caracteres Braille.

O problema de iodetos metálicos

Originalmente, para o processo de cura de tintas UV utilizavam-se lâmpadas de iodetos metálicos (HM). Estas lâmpadas têm a desvantagem de consumir muita energia e de irradiar muito calor, sendo ainda difíceis de ligar e desligar rapidamente, ou de alterar a intensidade da luz. Apresentam um preço elevado e um tempo reduzido de vida útil.

A Mimaki iniciou, por isso, o desenvolvimento de uma impressora a jato de tinta que utiliza díodos electroluminescentes (LEDs), que emitem luz UV para o processo de cura da tinta. Estes UV-LED são relativamente acessíveis e o tempo de vida útil é muito superior ao das lâmpadas HM. Consomem menos energia e podem ser ligadas e desligadas quase instantaneamente. Além disso, não aquecem tanto como as lâmpadas HM, permitindo assim imprimir sobre muitos materiais sensíveis ao calor, sem problemas de distorção.

Inicialmente, temia-se que os UV-LED de baixa potência não seriam adequados para a cura de tinta. No entanto, o desenvolvimento posterior de duas tecnologiaschave permitiu fabricar impressoras UVLED comercialmente viáveis. Dessas tecnologias, a primeira foi o aparecimento de díodos electroluminescentes UV de alta potência. A segunda foi o desenvolvimento de tintas de alta sensibilidade, adaptadas para responder ao comprimento de onda dos UV-LED.

No início, a potência máxima por UVLED era de entre apenas alguns mili-watts (mW) e umas poucas dezenas de mW. A potência atual é de dezenas de watts ou mais, em ambientes com ar condicionado, com o módulo UV-LED, em que se instalam vários chips. O comprimento de onda de absorção da tinta UV fabricada para a lâmpada HM é diferente do comprimento de onda emitido pelas unidades de UVLED. A produção de tintas adaptadas às emissões UV-LED permitiu a cura completa da tinta, utilizando cerca de 100-300 mJ/cm² de energia luminosa.

Vantagens das impresoras uv-led

Comparativamente às impressoras a jato de tinta UV tradicionais, que utilizam lâmpadas HM, as impressoras UV-LED apresentam as seguintes vantagens:

  1. Baixo consumo de energia

    A unidade UV-LED (Figura 1) consome cerca de 60 W de eletricidade, relativamente às lâmpadas, além de 20 W adicionais para o ventilador e circuito de controlo de saída. Assim, o consumo de energia total da unidade UV-LED é de cerca de 80W. A emissão total de energia luminosa UV da unidade é de cerca de 10 W. Em comparação, o consumo total da lâmpada convencional HM é de cerca de 1,2 KW / lâmpada. Comparando apenas o sistema de exposição, o consumo energético de uma lâmpada HM é cerca de 15 vezes superior ao do sistema de cura por UV-LED.

    No entanto, uma vez que as unidades UV-LED se podem ligar ou desligar de forma quase instantânea, os impressores têm apenas que as acender durante o ciclo de impressão. Assim que se apague uma lâmpada HM, esta não se pode voltar a acender até que tenha arrefecido completamente, pelo que a tendência é que se deixe sempre ligada enquanto a impressora estiver em uso.

    Com um índice de funcionamento de 50 por cento, uma lâmpada HM consome uma média de 30 vezes mais eletricidade do que uma lâmpada UV-LED. Na verdade, as impressoras baseadas em sistemas HM e UV-LED partilham elementos como os motores, a eletrónica de controlo e fornecimento de tinta. Por esse motivo, a real diferença no consumo de energia da impressora, no seu conjunto, seria menor. Ainda assim, uma impressora com uma lâmpada HM consome entre três a dez vezes mais eletricidade do que uma com UV-LED.

  2. Miniaturização

    A utilização de UV-LED como fonte de luz implica uma redução do tamanho total da impressora relativamente ao volume de um equipamento com lâmpadas HM, uma vez que apenas requer refrigeração ou ventilação, e a fonte de energia pode ser mais pequena.

  3. Vida útil longa

    A vida útil de uma lâmpada HM ronda, normalmente, as 1000 horas (até que atinga uma redução de 30% da luz). Se a lâmpada funcionar 8 horas por dia, terá de ser substituída em 125 dias (cerca de 6 meses, supondo 20 dias de funcionamento por mês).

    O tempo de vida útil de um único chip com UV-LED é de 10,000 a 15,000 horas, dependendo da dissipação de calor. Se uma unidade UV-LED trabalhar oito horas por dia, com 10.000 horas de vida útil, dura 1.250 dias (cerca de 5 anos, calculandose 250 dias laborais por ano). Uma vez que as unidades UV-LED são desligadas quando não se está a imprimir, a vida útil real torna-se maior. A maioria das unidades UV-LED não necessita de substituição durante toda a vida útil da impressora.

  4. Intensidade de luz ajustável

    No interior do tubo de descarga de uma lâmpada de HM, a corrente elétrica tem que permanecer acima de um valor fixo, para manter a descarga, o que limita o controlo da regulação da luz. Uma vez que as impressoras a jato de tinta podem variar a velocidade entre duas a quatro vezes, é aconselhável dispor de algum tipo de regulador para manter uma cura constante, independentemente do modo de impressão. Com a tecnologia UV-LED, o volume de luz podeser controlado de forma contínua, entre o zero e a potência máxima de saída, através da variação da corrente ou pulsando os LED individuais selectivamente. Por esta razão, possibilita sempre a intensidade adequada.

  5. Sem sobreaquecimento de materiais

    A superfície de vidro da lâmpada HM atinge temperaturas muito elevadas. Emitenão só luz UV, mas também luz visível, infravermelha e radiação, até ao ponto de poder sobreaquecer certos materiais e provocar distorção.

    Com a tecnologia UV-LED aumenta apenas a temperatura do chip UV-LED, pelo que o material não é aquecido. Além disso, emite apenas luz UV, com um pico de 365-390 nm. As impressoras UV-LED podem trabalhar com numerosos materiais que seriam vulneráveis ao calor emitido pelas lâmpadas HM.

  6. Sem Ozono

    A tecnologia UV LED não contém luzes UV com componentes de comprimento de onda curta inferiores a 280 nm, correspondentes a UV-C, responsáveis pela produção de ozono. Consequentemente, a tecnologia UV-LED não gera ozono, pelo que não exige a instalação de qualquer tipo de ventilação especial para a sua eliminação.

Conclusão

Nos últimos anos, a produção em massa reduziu o elevado custo original das unidades UV-LED. Atualmente, a tecnologia UV-LED é não só superior às lâmpadas HM, como o seu custo também é menor. Graças às suas muitas vantagens, a utilização de sistemas UV-LED está destinada a aumentar neste sector.