УФ-плоттеры: светодиоды против "ртути"

Благодаря последним достижениям в области УФ-светодиодной технологии использование LED-источников излучения в печатном оборудовании получает все большее распространение во всех сегментах полиграфической отрасли. Можно с уверенностью сказать, что сегодня этой технологии удалось преодолеть большинство проблем технического и коммерческого характера, которые на протяжении нескольких лет мешали ее признанию и широкому внедрению.    

Разработки доступной с экономической точки зрения LED-технологии для печатных систем на основе УФ-отверждаемых чернил продолжались на протяжении последних десяти лет, и теперь немногие отрицают преимущества этих источников УФ-излучения перед традиционными ртутными лампами. Сегодня все большее число клиентов стремится обеспечить своим производствам экологическую безопасность и извлечь максимальную инвестиционную выгоду, поэтому LED-системы, чаще всего, ими рассматриваются в первую очередь.

Простое словосочетание "Пары ртути", звучащее как злое заклинание, может иногда быть достаточным для того, чтобы пекущийся о здоровье и экологии заказчик предпочел пойти к тому поставщику, который произнесет слово "Светодиоды...". Но помимо потребительских эмоций и реальных сложностей в обращении с газоразрядными источниками, важным является и экономический фактор: благодаря тому, что светодиоды с большей эффективностью направляют энергию на объект воздействия - чернила, нежели на генерацию тепла, общее энергопотребление значительно меньше по сравнению с лампами на основе ртути.

Низкое энергопотребление

Уже подтверждено опытом, что переход на светодиоды может снизить потребление электроэнергии на 50-75 %. За год (2 смены, 6 дней в неделю, функционирование плоттера - 60 % рабочего времени) потребление электроэнергии типичной ртутной дуговой системой составляет в среднем 200 500 кВт/час против 95 000 кВт/час, потребляемых светодиодными модулями. Взяв за основу средний по России тариф на электроэнергию для предприятий 4,43 руб./кВт, получим затраты, равные 888 215 руб. и 420 850 руб. соответственно и разницу расходов в  сумме 467 365 руб. – и это экономия только на электричестве! По оценкам компании Mimaki (которая является создателем первого в мире светодиодного плоттера UJV-160), системы отверждения чернил на основе ртутных ламп могут по энергозатратам в 15 раз превосходить стандартные системы Mimaki на основе светодиодов.

Низкое энергопотребление светодиодных модулей обусловлено также их мгновенным выходом на максимум силы света и, соответственно, немедленной готовностью к работе после включения плоттера или активации печатного задания. Ртутные лампы требуют не только предварительного разогрева (ок. 7 мин.), но и остывания перед повторным включением (10-15 мин.). На все это уходит дополнительное время, и производительность естественно падает, поэтому, как правило, пользователи оставляют эти лампы в состоянии «полуготовности», то есть лампы постоянно находятся в дежурном режиме работы и вхолостую потребляют электроэнергию. Светодиодные УФ-источники между печатью двух заданий могут быть отключены, так как их работоспособность возобновляется практически мгновенно, как только это становится необходимым. Таким образом, в условиях включения/выключения (50 % от времени работы плоттера) LED-лампы потребляют электроэнергии в 30 раз меньше, чем ртутные лампы, работающие условно постоянно.  

Печать на разнообразных материалах, включая термочувствительные

Среди главных преимуществ УФ-оборудования на светодиодах последнего поколения отмечается его исключительная универсальность в отношении печатных носителей. Внедрение LED-технологии дало возможность беспрепятственно использовать для печати термопластичные и тонкие синтетические материалы, использование которых в сочетании с ртутными источниками невозможно из-за высочайшей теплоотдачи Hg-ламп, обусловленной интенсивным ИК-излучением. «Холодное» излучение светодиодов не провоцирует волнообразного коробления и винтовых деформаций носителей и, таким образом, не влечет за собой рисков механических повреждений печатающих головок. Кроме того, спектр излучения светодиодов не приводит к желтению и потере прочности материалов, не отличающихся высокой стойкостью к УФ-лучам, таких, например, как полистирол. Популярный материал –  ПВХ толщиной 0,2 – 0,5 мм – теперь может использоваться для струйной УФ-печати, хотя раньше он был пригоден только для шелкографии. Тонкие листы вспененного ПВХ (1 – 3 мм), нестабильно ведущие себя под действием избыточного тепла и последующего остывания (что вызвано естественным для термопластичных материалов расширением/сжатием), в LED-плоттерах, независимо от скорости печати, всегда сохраняют неизменными свою геометрическую форму и первоначальные размеры. Также светодиодные системы отверждения дали возможность получить хорошие результаты при печати на ламинированном гофрокартоне, мембранных пленках и ПВХ-материалах для натяжных потолков. В отсутствие риска коробления синтетических носителей  для достижения максимально высокого качества печати можно без всяких опасений ниже опускать печатающие головки, исключая тем самым такие негативные явления, как пыление чернил и некорректное формирование растра. Важно также отметить, что «холодные» материалы позволяют сохранять стабильность калибровки двунаправленного режима печати без изменений заданных установок компенсации подачи запечатываемого полотна.

Снижение повседневных затрат

Использование тонких материалов позволяет снизить затраты на производство в целом. Это обусловлено, с одной стороны, их меньшей (в среднем на 30 %) стоимостью, с другой – более дешевой транспортировкой (тонкие материалы можно легко свернуть в рулон, а не упаковывать их в громоздкие коробки). Следует также отметить, что «холодные» источники позволяют помимо традиционных основ для УФ-печати (пластиков, дерева, металлов) беспрепятственно использовать недорогие материалы вторичной переработки, которые также позволят снизить себестоимость готовой продукции без потерь ее качества. 

Продолжительный срок службы

Неоспоримым достоинством светодиодов является их продолжительный срок службы – 20 000 часов против 2 000 часов у ртутных ламп (для сравнения взяты максимальные значения продолжительности эксплуатации). Долгая жизнь светодиодов позволяет сократить время простоев и существенно снизить эксплуатационные расходы. Некоторые пользователи плоттеров на ртутных УФ-модулях признаются, что им приходится менять лампы до пяти раз в год и тратить на приобретение новых немалые суммы. Частые включения/выключения светодиодов кардинально не влияют на срок их службы, в течение которого характеристики излучения остаются неизменными. По прошествии 20 000 часов светодиодная система может потерять около 15-20 % своей мощности. Светодиоды будут продолжать работать, но скорость падения мощности будет повышаться, и риск отказа увеличиваться. Но следует помнить: все это произойдет через 20 000 часов, то есть через два с лишним года непрерывного! горения. У ртутных ламп потеря мощности происходит существенно быстрее (в течение 3-6 месяцев на 50 %) и заметно сказывается на качестве отверждения чернил. Преимущество светодиодов в этом вопросе не вызывает никаких сомнений.

Качество отверждения чернил

Ингредиентом, играющим решающую роль в отверждении УФ-чернил, является фотоинициатор, который реагирует на излучение определенных длин волн. Так как светодиоды излучают полезный свет только в длинноволновом диапазоне UVA (400–315 нм), а ртутные лампы в диапазонах от коротких до длинных волн (от UVC до UVA/100 – 400 нм), для эффективного (быстрого и полного) отверждения свойства чернил для LED и «ртути» закономерно должны отличаться, другими словами, светодиоды и ртутные лампы рассчитаны на чернила с различными фотоиницаторами, соответствующими  разным спектрам УФ-излучения.

Из-за узкого диапазона волн, способных вызвать УФ-полимеризацию, светодиодные чернила не так широкодоступны, как чернила для стандартных ртутных УФ-ламп. Однако производители оборудования на LED-источниках предлагают пользователям оптимальные решения по чернилам для удовлетворения требований к качеству отпечатков и скорости отверждения их поверхности. В начале становления LED-технологии в цифровой печати затруднения возникали при отверждении лаковых составов, но последние разработки производителей демонстрируют реальные достижения светодиодной технологии и в этой области.

Светодиодные источники эффективно отверждают "свои" чернила. Глубина проникновения LED-излучения достаточна для получения сухих отпечатков без остаточной липкости даже в случае интенсивной чернильной заливки и повышенной вязкости чернил. После отверждения чернил отпечатки приобретают высокую стойкость к внешним воздействиям – химическому травлению, истиранию, перепадам температур, мокрой обработке и пр. LED-системы совместимы с чернилами, формирующими как жесткий, так и эластичный красочный слой. Жесткие отпечатки отличаются особой механической прочностью, а эластичные не трескаются и не осыпаются при растяжении, перегибании и даже при термоформовании носителя.

Полностью сухая и прочная поверхность отпечатков позволяет незамедлительно складывать листовые материалы в стопки, а гибкие сворачивать в рулон. Отпечатки без потери времени могут транспортироваться, монтироваться или подвергаться дополнительной финишной обработке. При отсутствии аппаратных средств для цифрового нанесения лака изображения сразу, если требуется, могут лакироваться ручным способом.

Вопросы безопасности

Печатные технологии продолжают активно развиваться, а оборудование совершенствоваться. Немаловажную роль в этих процессах в последние годы играет массовая заинтересованность клиентов в экологически и техногенно безопасных технологиях. Так как требования к «чистоте» производственной среды и готовой продукции становятся все более строгими, производители оборудования уже не могут обойти их вниманием. В том числе и по этой причине были предприняты шаги по замещению традиционных ртутных ламп более современными и безопасными УФ-источниками. В чем опасность «ртути» и в чем преимущество светодиодов?

• Ртуть

Дуговая ртутная лампа представляет собой стеклянную колбу, заполненную парами ртути, в которых происходит газовый электрический разряд. Колба лампы хрупкая и при небрежном  обращении может легко разбиться. Пары ртути, находящиеся в колбе, относятся к категории веществ чрезвычайной опасности (класс опасности – 1) и для демеркуризации помещения требуются специалисты, имеющие в своем распоряжении соответствующие приборы и химические средства. Концентрация паров ртути в дуговой лампе вполне достаточна для нанесения серьезного вреда здоровью человека, а некомпетентные действия персонала при устранении последствий повреждения колбы могут стать причиной опасного загрязнения окружающей среды. Пары ртути даже в малых дозах оказывают негативное влияние на центральную нервную систему человека, работу легких, сердца, органов пищеварения и кроветворения, раздражают кожу и глаза, вызывают психические расстройства. Попавшая в окружающую среду вместе с осколками ламп ртуть может стать причиной токсичного загрязнения воздуха, почвы и воды и обеспечить на долгие годы круговорот сильнодействующего яда.

В связи с той опасностью, которую представляет ртуть, лампы, ее содержащие, требуют особого подхода в вопросе утилизации. Печатные предприятия, имеющие УФ-оборудование с газоразрядными лампами, наравне с другими, должны, следуя законодательству, заключать договор с организациями, имеющими лицензию на транспортировку и переработку/утилизацию опасных отходов. Помимо этого, печатным компаниям необходимо предусмотреть отдельное место, где Hg-лампы будут безопасно храниться до момента их вывоза. 

В отличие от ртутных источников, светодиоды не содержат ни реально, ни потенциально опасных компонентов, поэтому пользователи УФ-оборудования с LED-модулями полностью освобождены от проблем, связанных с повышенными требованиями к работе персонала, оборудованием дополнительных мест хранения, утилизацией отработанных комплектующих и, соответственно, от всех сопутствующих расходов. Светодиоды (даже с нарушением целостности) приравниваются к обычным отходам, могут выбрасываться как обычный бытовой мусор и утилизироваться/перерабатываться без особых предохранительных и контрольных мер.

• Озон

Озон, так же как и ртуть, токсичное вещество высшего класса опасности, которое является канцерогеном в любой концентрации и представляет реальную угрозу здоровью человека.

Озон, образующийся при работе дуговых ртутных ламп, попадает в организм  при вдыхании. Этот газ оказывает целый комплекс негативных воздействий: он вызывает астматические и аллергические реакции, повреждает легкие, снижает иммунитет, провоцирует хронический бронхит, запускает в организме канцерогенные, мутагенные и другие опасные процессы. Вследствие этого, оснащение рабочего помещения промышленными системами вентиляции для отведения загрязненного воздуха строго обязательно, а использование средств индивидуальной защиты органов дыхания настоятельно рекомендуется. Качество производственной среды в помещении, в котором установлено оборудование на светодиодных УФ-источниках, совсем иное: светодиоды не генерируют озон и не представляют опасности даже при длительном нахождении человека вблизи функционирующих УФ-устройств. Грамотно рассчитать, спроектировать и смонтировать систему вентиляции могут только специалисты в этой области, услуги которых достаточно дороги. Отсутствие озона при LED-печати позволяет пренебречь мощными вентиляционными системами, что является серьезным аргументом в пользу светодиодных источников и еще одной вполне обоснованной причиной отдать предпочтение этой безопасной технологии.

• Опасное УФ-излучение

Как уже упоминалось, ртутные лампы излучают свет в полном ультрафиолетовом диапазоне, в котором для человека самую большую опасность представляет излучение средних длин волн (UVB), способное оказать травмирующее действие на глаза и кожу. Ультрафиолет ртутных ламп в случае прямого воздействия может приводить к болезненным ожогам и повреждению глазной роговицы и хрусталика. Производители плоттеров на ртутных лампах оснащают УФ-модули специальными фокусирующими отражателями и шторками, обеспечивающими эффективную защиту. Однако в случае пренебрежения правилами техники безопасности или неисправности частей лампового блока риск получения серьезной ожоговой травмы становиться вполне реальным. Светодиодные источники не являются абсолютно безопасными для глаз, но энергия лучей UVА (LED) во много раз слабее энергии лучей UVВ (Hg), соответственно, степень поражения будет заметно слабее. Контролировать печатный процесс с близкого расстояния в любом случае необходимо, используя специальные защитные очки.

Краткие выводы. Светодиодные источники ни с одной из перечисленных сторон не представляют опасности для пользователя УФ-оборудования и окружающей среды. Они не содержат токсичных веществ, просты в утилизации, не требуют особой бережности в обращении. Их эксплуатация возможна в любых помещениях, даже тех, которые не оборудованы вентиляционными системами. Таким образом, владельцам LED УФ-плоттеров предоставляется выгодная возможность сэкономить существенные средства на стадии подготовки производственного помещения и не иметь дополнительных трат на услуги лицензированных компаний, осуществляющих утилизацию вредных отходов.

Таким образом, у производителей печатного УФ-оборудования есть множество причин инвестировать средства в дальнейшее развитие светодиодной технологии. Помимо очевидных преимуществ светодиодов и экономических выгод от перехода к LED-технологии важным стимулом для широкого внедрения этих источников станут, в частности, законодательные меры, серьезно ограничивающие использование электрических и электронных изделий, содержащих тяжелые металлы, включая свинец, кадмий и, конечно же, ртуть.

УФ-плоттеры различных производителей на LED-источниках

По голословному утверждению некоторых производителей, продолжающих использовать металлогалогенные лампы, светодиодная технология не имеет преимуществ перед дуговыми ртутными лампами, и кроме компании Mimaki в мире ни один производитель УФ-плоттеров не оснащает свое оборудование LED-источниками отверждения чернил. В действительности это откровенно ложное утверждение. Вот неполный список УФ-плоттеров на светодиодах:

• Roland DG (Япония) – все УФ-модели
• AGFA (Бельгия) – модель Anapurna 2500 LED
• EFI (CША) – модели: H1625 LED, GS2000LX Pro UltraDrop, GS3250LX Pro UltraDrop, GS3250LXr Pro UltraDrop, GS5500LXr Pro UltraDrop
• Mutoh (Япония/Бельгия) – модели: ValueJet 426UF, ValueJet 1626UH
• Fujifilm (Япония) – модель Acuity LED 1600 UV
• AZON (Хорватия) – модели: AZON UV TT, AZON RAZOR, AZON UV Q PRO/PRO L
• VitreX (Италия) – все модели
• SmartColor (Италия) – модель Smart Flat M-160UV
• SER.TEC (DPI DG Printing) (Италия) – модели BeLed, iUV600BRD UV LED, iLED
• Screen (США) – модель Truepress Jet 1600UV-F
• Inca (Великобритания) – Spyder 150
• HandTop (Китай) – модель HT3116 UV FK5 (LED – опция)
• SUN (Россия) – все модели серии NEO UV-LED и Universal UV-LED
• Rimal (Китай) – модель SUV UV LED 1 DX-5/2 DX-5
• Linyi Win-Win Machinery (Китай) – модели серии NTEK UV LED YC
• Ningbo Jin Mao (Китай) – модели серии TJet UV
• Sanyi (Китай) – модели серии SinoColor UV
• HDZ Plotters & servicios (Мексика) – модель UV-2512FR
• Direct color systems (США) - модели DirectJet 1014/1024

Как видно из списка, плоттеры UV-LED производятся по всему миру, в том числе и широко известными производителями.

Подводя итог

можно констатировать: широкоформатное УФ-оборудование на светодиодах предоставляет пользователям уникальные преимущества и дополнительные возможности развития бизнеса и освоения новых производственных ниш, снижения текущих затрат и обеспечения безопасности окружающей среды и здоровья персонала. Несмотря на продолжающееся доминирование ртутных ламп на рынке широкоформатной печати, прогнозы для светодиодов – самые оптимистичные, и переломный момент в этой конкуренции может наступить значительно раньше, чем многие этого ожидают.

Преимущества светодиодов перед дуговыми ртутными лампами серьезны и многочисленны. Простота и безопасность эксплуатации, экономия затрат, долговечность, компактность и высокая эффективность – это те факторы, которые, безусловно, будут определяющими в дальнейшем развитии и распространении LED-технологии в сегменте цифровой широкоформатной печати.

Татьяна Дементьева, ведущий технический специалист компании Смарт-Т