इंकजेट UV LED क्योरिंग प्रौद्योगिकी में प्रगति

इंकजेट UV LED क्योरिंग प्रौद्योगिकी में प्रगति

त्रि-आयामी प्लास्टिक उत्पादों पर डिजिटल UV इंकजेट प्रिंटिंग "बड़े मंच के लिए तैयार" है। UV LED क्योरिंग प्रौद्योगिकी में प्रगति पारंपरिक मर्करी वेपर लैंप से जुड़ी कई क्योरिंग समस्याओं को दूर करती है।

गीला न होने वाले (नॉन-वेटेबल), ऊष्मा-संवेदी पॉलिमर और यूरेथेन/रबर सब्सट्रेट पर कम श्यानता वाली UV इंक को क्योर करने के लिए UV LED लैंप श्रेष्ठ हैं। हालाँकि, सभी LED एक जैसे नहीं बने होते और न ही उनकी प्रदर्शन विशेषताएँ बराबर होती हैं। यह लेख प्लास्टिक पर औद्योगिक UV इंकजेट प्रिंटिंग की प्रक्रिया-प्रगति प्रस्तुत करने वाली शृंखला का पहला लेख है।

हाल तक UV LED के सामने तकनीकी और आर्थिक बाधाएँ थीं जिन्होंने व्यापक व्यावसायिक स्वीकृति को रोके रखा। LED की ऊँची लागत और सीमित उपलब्धता, कम आउटपुट और दक्षता, तथा थर्मल मैनेजमेंट की समस्याएँ, इंक संगतता के साथ मिलकर, बाज़ार स्वीकृति रोकने वाले सीमित करने वाले कारक थे। UV LED प्रौद्योगिकी में प्रगति के साथ क्योरिंग के लिए UV LED का उपयोग, यकीनन, प्लास्टिक पर इंकजेट प्रिंटिंग की सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धियों में से एक है।

मुख्य निष्कर्ष

• तीन विकासों ने मर्करी से अंतर पाट दिया: पुनः फ़ॉर्मूलेट की गई इंक, अधिक लैंप शक्ति, और शिखर विकिरण बढ़ाने वाले फ़ोकसिंग लेंस।
• 395 nm अक्सर किफ़ायती विकल्प होता है। लंबी तरंगदैर्घ्यों पर 365 nm की तुलना में प्रति वॉट कम लागत में प्रति वॉट अधिक ऊर्जा मिलती है।
• LED को अलग रसायन चाहिए। फ़ोटोइनिशिएटर को लैंप के अनुरूप चुनना पड़ता है, जिससे मोनोमर और ऑलिगोमर भी बदलते हैं।
• वॉटर कूलिंग बड़े क्षेत्रों में उच्च पावर डेंसिटी के लिए उपयुक्त है; एयर कूलिंग हेड के आकार की क़ीमत पर चिलर और पाइपिंग से बचाती है।
• तुरंत ऑन/ऑफ़ होना उत्पादकता का लाभ है, क्योंकि डिजिटल प्रिंटिंग अक्सर छोटे रन और बार-बार रुकने वाली होती है।

संचालन और नियंत्रण में आसान UV LED क्योरिंग के मर्करी (Hg) वेपर लैंप की तुलना में अनेक लाभ हैं। छोटे प्रोफ़ाइल वाले सेमीकंडक्टर डिवाइस UV लैंप से लगभग 10 गुना अधिक, यानी 20,000 घंटे से भी ज़्यादा संचालन समय तक चलने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। आउटपुट लंबे समय तक अत्यंत स्थिर रहता है। UV LED अवरक्त (IR) के बिना शुद्ध UV उत्सर्जित करता है, जिससे यह ऊष्मा-संवेदी प्लास्टिक सब्सट्रेट के लिए प्रक्रिया-अनुकूल है। तालिका 1 देखें: UV LED बनाम मर्करी वेपर लैंप।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

कौन-सी UV LED तरंगदैर्घ्य निर्दिष्ट करनी चाहिए?

आम तौर पर अनुप्रयोग और इंक के चयन के अनुसार 365 nm, 385 nm या 395 nm। तरंगदैर्घ्य बढ़ने पर आउटपुट शक्ति और दक्षता बढ़ती है जबकि प्रति वॉट लागत घटती है, इसलिए 395 nm अक्सर फ़ॉर्मूलेशन को 365 nm से अधिक किफ़ायती ढंग से क्योर करता है। कुछ रसायनों के लिए छोटी तरंगदैर्घ्य आवश्यक होती हैं।

मौजूदा मर्करी-लैंप इंक को LED से सीधे क्योर क्यों नहीं किया जा सकता?

क्योंकि फ़ोटोइनिशिएटर लैंप के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के अनुरूप चुने जाते हैं। LED को अलग फ़ोटोइनिशिएटर चाहिए, और उन्हें बदलने के लिए फ़ॉर्मूलेशन में अलग मोनोमर और ऑलिगोमर चाहिए। इंक को केवल दोबारा क्योर नहीं, बल्कि पुनः फ़ॉर्मूलेट करना पड़ता है।

UV LED को मर्करी लैंप का प्रतिस्पर्धी किसने बनाया?

तीन बातों ने मिलकर। रसायनविदों ने लैंप के अनुरूप इंक को पुनः फ़ॉर्मूलेट करना सीखा; बेहतर डायोड डिज़ाइन और अधिक कुशल कूलिंग से, जिससे डायोड अधिक सघन रखे जा सके, लैंप शक्ति बढ़ी; और लैंप असेंबली पर लगे लेंसों ने शक्ति को फ़ोकस करके शिखर विकिरण बढ़ाया।

वॉटर कूलिंग या एयर कूलिंग?

वॉटर कूलिंग गर्मी बहुत कुशलता से निकालती है, बड़े क्योरिंग क्षेत्रों में उच्च पावर डेंसिटी के लिए उपयुक्त है और तंग स्थापनाओं के लिए LED हेड को कॉम्पैक्ट रखती है, लेकिन अतिरिक्त वज़न, चिलर और पाइपिंग की क़ीमत पर। जहाँ तापीय भार अनुमति दे, वहाँ एयर कूलिंग उस जटिलता से बचाती है।

तुरंत ऑन/ऑफ़ होने का व्यावहारिक लाभ क्या है?

उत्पादकता और राजस्व। डिजिटल प्रिंटिंग अक्सर छोटे रन और बार-बार रुकने वाली होती है, और पूरी शक्ति तक गर्म होने वाले मर्करी बल्बों के विपरीत LED लैंप वार्म-अप की बर्बादी के बिना तुरंत ऑन और ऑफ़ हो जाते हैं।

UV LED के शुरुआती विकास के कारक

LED और Hg वेपर बल्बों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम अलग होते हैं। फ़ोटोइनिशिएटर लैंप, मोनोमर, गति और अनुप्रयोगों के अनुरूप चुने जाते हैं। मज़बूत क्योर पाने के लिए LED को अलग फ़ोटोइनिशिएटर चाहिए, और बदले में फ़ॉर्मूलेशन में अलग मोनोमर और ऑलिगोमर चाहिए।

UV LED प्रौद्योगिकी के सबसे बारीकी से परखे गए पहलुओं में से एक है उत्पन्न अधिकतम विकिरण शक्ति और दक्षता। इंक क्योरिंग में क्योर होने वाली इंक तक केंद्रित ऊर्जा पहुँचानी पड़ती है। मर्करी Hg बल्बों में आम तौर पर रिफ़्लेक्टर होते हैं जो किरणों को फ़ोकस करते हैं ताकि प्रकाश इंक की सतह पर सबसे अधिक केंद्रित हो। इससे शिखर शक्ति काफ़ी बढ़ती है और प्रतिस्पर्धी अभिक्रियाएँ निष्प्रभावी हो जाती हैं। शुरुआती LED लैंप फ़ोकस्ड नहीं थे।

ऑप्टिक्स और/या पैकेजिंग से विकिरण ऊर्जा को केंद्रित करके LED प्रणालियों में उच्च शक्ति और दक्षता संभव है। उच्च-शक्ति प्रणालियाँ LED डाई के समूह-ऐरे का उपयोग करती हैं। विकिरण LED डाई के जंक्शन तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

डाई को ठंडा रखने से आयु बढ़ती है, विश्वसनीयता सुधरती है और दक्षता तथा आउटपुट बढ़ते हैं। UV LED को ऐरे में पैकेज करने की ऐतिहासिक चुनौतियों का समाधान हो चुका है, और अनुप्रयोग के अनुसार वैकल्पिक समाधान उपलब्ध हैं। LED प्रौद्योगिकी के अधिकांश विकास और अपनाव को कंज़्यूमर इलेक्ट्रॉनिक्स और डिस्प्ले ने आगे बढ़ाया है।

हाल के महत्वपूर्ण विकास

• पहला, फ़ॉर्मूलेशन में बदलाव और सामग्रियाँ विकसित की गई हैं और विशाल ज्ञान साझा किया गया है। अब कई रसायनविद समझते हैं कि लैंप के अनुरूप इंक को कैसे पुनः फ़ॉर्मूलेट किया जाए।
• दूसरा, लैंप शक्ति बढ़ी है। डायोड डिज़ाइन बेहतर हुए हैं और कूलिंग अधिक कुशल है, इसलिए डायोड अधिक सघन रखे जाते हैं। इससे लैंप शक्ति बढ़ती है, जिसे लैंप की सतह पर, या बेहतर, तरल पर, प्रति इकाई क्षेत्रफल वॉट में मापा जाता है।
• तीसरा, लैंप असेंबली पर लगे लेंस शक्ति को फ़ोकस करते हैं, इसलिए शिखर विकिरण अधिक होता है। इन विकासों का संयोजन LED को कई अनुप्रयोगों में Hg बल्बों का सीधा प्रतिस्पर्धी, बल्कि उनसे श्रेष्ठ, बना रहा है।

तरंगदैर्घ्य

अनुप्रयोग और इंक के चयन के आधार पर उपलब्ध तरंगदैर्घ्यों में आम तौर पर 365nm, 385nm और 395nm शामिल हैं। चुनिंदा रसायनों के लिए उच्चतर तरंगदैर्घ्य उपलब्ध हैं। तरंगदैर्घ्य बढ़ने के साथ आउटपुट शक्ति, दक्षता और लागत भी बढ़ती है, जैसे 365nm LED, 395nm LED से कम आउटपुट देते हैं।

लंबी तरंगदैर्घ्य पर डाई का प्रदर्शन बेहतर होता है और प्रति वॉट आउटपुट लागत कम रहती है जबकि अधिक ऊर्जा मिलती है। अनुप्रयोग के अनुभव से पता चलता है कि अक्सर 395nm समाधान फ़ॉर्मूलेशन को 365nm विकल्पों से अधिक किफ़ायती ढंग से प्रभावी रूप से क्योर कर सकते हैं। हालाँकि, कुछ मामलों में मज़बूत क्योर पाने के लिए 365nm या उससे छोटी तरंगदैर्घ्य आवश्यक होती हैं।

एकीकृत सिस्टम समाधान

LED क्योर डिजिटल इंकजेट प्रिंटिंग का सबसे अच्छा पूरक है। आगे-पीछे चलने वाले प्रिंटहेड पर गर्म और भारी Hg बल्ब बड़े स्कैनिंग सिस्टम फ़्रेम माँगते हैं, जो LED के साथ अनावश्यक हैं। स्थिर हेड वाली मशीनों में प्रिंट हेड मॉड्यूल में जुड़े होते हैं और ओवरलैपिंग पंक्तियों में लगाए जाते हैं। कॉम्पैक्ट, ठंडा UV लैंप हेड मॉड्यूल से जोड़ने में अच्छी तरह बैठता है। इसके अलावा डिजिटल प्रिंटिंग अक्सर छोटे रन और बार-बार रुकने वाली होती है, इसलिए तुरंत "ऑन/ऑफ़" होने से अधिक उत्पादकता और राजस्व मिलता है।

थर्मल मैनेजमेंट और ऑप्टिक्स

थर्मल मैनेजमेंट के दो कार्यान्वयन हैं: पानी और वायु द्वारा कूलिंग। वॉटर कूलिंग गर्मी निकालने की अत्यंत कुशल विधि है, विशेषकर उन अनुप्रयोगों में जहाँ बड़े क्योरिंग क्षेत्रों में उच्च पावर डेंसिटी चाहिए। वॉटर कूलिंग से अधिक दक्षता और विश्वसनीयता के साथ कम तापमान प्राप्त किए जा सकते हैं।

वॉटर कूलिंग का दूसरा लाभ UV LED हेड का कॉम्पैक्ट आकार है, जो क्योरिंग क्षेत्र के आसपास सीमित जगह होने पर भी एकीकरण संभव बनाता है। वॉटर कूलिंग समाधानों की कमियाँ हैं क्योरिंग यूनिट का अधिक वज़न और चिलर तथा जल पाइपिंग की अतिरिक्त जटिलता व लागत।

दूसरा थर्मल मैनेजमेंट समाधान एयर कूलिंग है। एयर कूलिंग स्वाभाविक रूप से पानी की तुलना में गर्मी निकालने में कम प्रभावी है। हालाँकि, उन्नत एयरफ़्लो विधियों और ऑप्टिक्स से अत्यधिक प्रभावी एयर-कूल्ड क्योरिंग सिस्टम बनते हैं, जो आम तौर पर 12W प्रति वर्ग सेंटीमीटर तक देते हैं। एयर-कूल्ड सिस्टम के लाभों में एकीकरण में आसानी, हल्का वज़न, कम लागत और बाहरी चिलर का न होना शामिल हैं।

UV LED की आउटपुट शक्ति को अधिकतम करना महत्वपूर्ण है। चयनात्मक ऑप्टिक्स से LED की ऊर्जा सब्सट्रेट या इंक तक बेहतर पहुँचाई जा सकती है। एकीकृत सिस्टम में परावर्तन से लेकर लेंस द्वारा फ़ोकस किए गए प्रकाश तक अलग-अलग तकनीकें अपनाई जाती हैं। ऑप्टिक्स को विशिष्ट प्रदर्शन मानदंडों के अनुरूप अनुकूलित किया जा सकता है। हालाँकि OEM (अंतिम उपयोगकर्ता) को इसकी चिंता करना ज़रूरी नहीं कि UV LED लैंप में ऑप्टिक्स कैसे दिए गए हैं, उन्हें यह पहचानना चाहिए कि आपूर्तिकर्ताओं की विशेषज्ञता अलग-अलग होती है, और सभी UV LED सिस्टम बराबर नहीं बनाए गए होते।

Scott R. Sabreen, The Sabreen Group, Inc. के संस्थापक और अध्यक्ष हैं, जो प्लास्टिक द्वितीयक प्रसंस्करण की विनिर्माण प्रक्रियाओं (लेज़र मार्किंग, सतह पूर्व-उपचार, बंधन, डेकोरेटिंग व फिनिशिंग, और उत्पाद सुरक्षा) में विशेषज्ञ इंजीनियरिंग कंपनी है। Sabreen 30 से अधिक वर्षों से अग्रणी प्रौद्योगिकियाँ विकसित कर रहे हैं और विनिर्माण समस्याएँ सुलझा रहे हैं। उनसे 972.820.6777 पर या www.sabreen.com अथवा www.plasticslasermarking.com पर जाकर संपर्क किया जा सकता है।

Dene Taylor, Ph.D. ने 2000 में SPF-Inc. की स्थापना की, जो प्रिंटिंग और पैकेजिंग उद्योगों की सेवा करती है और नए बाज़ारों व अनुप्रयोगों के लिए डिजिटल प्रिंटिंग को अनुकूलित करने पर केंद्रित है। प्रशिक्षण से नैनो-केमिस्ट, उनके लगभग 25 US पेटेंट में से क़रीब आधे डिजिटल प्रिंटिंग से संबंधित हैं। वे SGIA, TAPPI और RadTech के सदस्य हैं। उनसे [email protected] पर संपर्क किया जा सकता है।

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