Mürekkep püskürtmede UV LED kürleme teknolojisindeki gelişmeler

Mürekkep püskürtmede UV LED kürleme teknolojisindeki gelişmeler

Üç boyutlu plastik ürünlere dijital UV mürekkep püskürtmeli baskı artık "sahneye hazır." UV LED kürleme teknolojisindeki gelişmeler, geleneksel cıva buharlı lambalarla ilişkili birçok kürleme sorununu aşıyor.

UV LED lambalar, ıslanmayan, ısıya duyarlı polimerik ve üretan/kauçuk altlık malzemeler üzerindeki düşük viskoziteli UV mürekkeplerin kürlenmesi için üstündür. Ancak tüm LED'ler aynı şekilde üretilmez veya eşit performans özellikleri göstermez. Bu makale, plastikler üzerine endüstriyel UV mürekkep püskürtmeli baskıya yönelik proses gelişmelerini sunan serinin ilkidir.

Yakın zamana kadar UV LED'ler, geniş ticari kabulü engelleyen teknik ve ekonomik engellerle karşı karşıyaydı. LED'lerin yüksek maliyeti ve sınırlı bulunabilirliği, düşük çıkış ve verimlilik ile termal yönetim sorunları, mürekkep uyumluluğuyla birleşerek pazar kabulünü engelleyen sınırlayıcı faktörlerdi. UV LED teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, kürleme için UV LED kullanımı, plastikler üzerine mürekkep püskürtmedeki en önemli atılımlar arasında sayılabilir.

Temel çıkarımlar

• Üç gelişme cıvayla arayı kapattı: yeniden formüle edilen mürekkepler, daha yüksek lamba gücü ve tepe ışınımı artıran odaklama lensleri.
• 395 nm çoğu zaman ekonomik seçimdir. Daha uzun dalga boyları, 365 nm'ye göre watt başına daha düşük maliyetle watt başına daha fazla enerji sağlar.
• LED farklı kimya gerektirir. Foto-başlatıcılar lambaya göre eşleştirilmelidir; bu da monomerleri ve oligomerleri değiştirir.
• Su soğutma, geniş alanlarda yüksek güç yoğunluğuna uygundur; hava soğutma, kafa boyutu pahasına soğutucu ve boru tesisatını ortadan kaldırır.
• Anında açılıp kapanma bir verimlilik kazancıdır; çünkü dijital baskı çoğunlukla sık duruşlu kısa seri işlerden oluşur.

Kullanımı ve kontrolü kolay olan UV LED kürleme, cıva (Hg) buharlı lambalara göre çok sayıda avantaja sahiptir. Küçük profilli yarı iletken cihazlar, UV lambalardan (yaklaşık 10 kat) daha uzun, 20.000 saati aşan çalışma süresi için tasarlanmıştır. Çıkış, uzun süreler boyunca son derece tutarlıdır. UV LED, kızılötesi (IR) olmadan saf UV yayar; bu da onu ısıya duyarlı plastik altlık malzemeler için prosese uygun hale getirir. Tablo 1'e bakın: UV LED'ler ve cıva buharlı lambalar.

Sık sorulan sorular

Hangi UV LED dalga boyu belirtilmelidir?

Uygulamaya ve mürekkep seçimine bağlı olarak tipik olarak 365 nm, 385 nm veya 395 nm. Dalga boyu arttıkça çıkış gücü ve verimlilik yükselirken watt başına maliyet düşer; bu nedenle 395 nm çoğu zaman formülasyonları 365 nm'den daha ekonomik biçimde kürler. Bazı kimyalar için daha kısa dalga boyları gerekir.

Mevcut cıva lambalı mürekkepler neden basitçe LED ile kürlenemez?

Çünkü foto-başlatıcılar lambanın emisyon spektrumuna göre eşleştirilmiştir. LED farklı foto-başlatıcılar gerektirir ve bunların değiştirilmesi formülasyonda farklı monomerler ve oligomerler gerektirir. Mürekkebin yalnızca yeniden kürlenmesi değil, yeniden formüle edilmesi gerekir.

UV LED'i cıva lambalarıyla rekabet edebilir kılan nedir?

Üç şeyin birleşimi. Kimyagerler mürekkepleri lambalara uyacak şekilde yeniden formüle etmeyi öğrendi; iyileştirilmiş diyot tasarımı ve daha yoğun paketlemeye olanak tanıyan daha verimli soğutma sayesinde lamba gücü arttı; lamba düzeneklerindeki lensler gücü odaklayarak tepe ışınımı yükseltti.

Su soğutma mı, hava soğutma mı?

Su soğutma ısıyı çok verimli biçimde uzaklaştırır, geniş kürleme alanlarında yüksek güç yoğunluklarına uygundur ve dar montajlar için LED kafasını kompakt tutar; bunun bedeli ek ağırlık, soğutucular ve boru tesisatıdır. Hava soğutma, termal yükün izin verdiği durumlarda bu karmaşıklığı ortadan kaldırır.

Anında açılıp kapanmanın pratik avantajı nedir?

Verimlilik ve gelir. Dijital baskı çoğunlukla sık duruşlu kısa seri işlerden oluşur ve tam güce ulaşmak için ısınması gereken cıva ampullerinin aksine LED lambalar ısınma kaybı olmadan anında açılıp kapanır.

UV LED'in ilk geliştirme faktörleri

LED ve Hg buharlı ampuller farklı emisyon spektrumlarına sahiptir. Foto-başlatıcılar lambaya, monomerlere, hıza ve uygulamalara göre eşleştirilir. Sağlam bir kürleme elde etmek için LED farklı foto-başlatıcılar ve bunlara bağlı olarak formülasyonlarda farklı monomerler ve oligomerler gerektirir.

UV LED teknolojisinde en çok incelenen alanlardan biri, üretilen azami ışınım gücü ve verimliliktir. Mürekkep kürleme, kürlenebilir mürekkebe yoğunlaştırılmış enerjinin iletilmesini gerektirir. Cıva Hg ampullerde genellikle ışınları odaklayan reflektörler bulunur; böylece ışık mürekkep yüzeyinde en yoğun haldedir. Bu, tepe gücü büyük ölçüde artırır ve rakip reaksiyonları ortadan kaldırır. İlk LED lambalar odaklanmış değildi.

LED sistemlerle yüksek güç ve verimlilik, ışınım enerjisinin optik ve/veya paketleme yoluyla yoğunlaştırılmasıyla elde edilebilir. Yüksek güçlü sistemler LED kalıplarının gruplanmış dizilerini kullanır. Işınım, LED kalıbının bağlantı sıcaklığıyla ters orantılıdır.

Kalıbı daha serin tutmak ömrü uzatır, güvenilirliği artırır, verimliliği ve çıkışı yükseltir. UV LED'lerin dizilere paketlenmesinin tarihsel zorlukları çözülmüştür ve uygulamaya bağlı alternatif çözümler mevcuttur. LED teknolojisinin geliştirilmesinin ve benimsenmesinin büyük kısmı tüketici elektroniği ve ekranlar tarafından yönlendirilmiştir.

Son önemli gelişmeler

• Birincisi, formülasyon değişiklikleri ve malzemeler geliştirildi ve geniş bilgi birikimi paylaşıldı. Birçok kimyager artık mürekkeplerin lambalara uyacak şekilde nasıl yeniden formüle edileceğini biliyor.
• İkincisi, lamba gücü arttı. Diyot tasarımları iyileştirildi ve soğutma daha verimli olduğundan diyotlar daha yakın paketleniyor. Bu da lamba yüzeyinde ya da daha iyisi sıvı üzerinde birim alan başına watt olarak ölçülen lamba gücünü artırıyor.
• Üçüncüsü, lamba düzeneklerindeki lensler gücü odaklıyor; böylece tepe ışınım daha yüksek oluyor. Bu gelişmelerin birleşimi, LED'i birçok uygulamada Hg ampullerle doğrudan rekabet eden, hatta onlardan üstün hale getiriyor.

Dalga boyu

Uygulamaya ve mürekkep seçimine bağlı olarak dalga boyu seçenekleri tipik olarak 365 nm, 385 nm ve 395 nm'yi içerir. Belirli kimyalar için daha yüksek dalga boyları mevcuttur. Dalga boyu arttıkça çıkış gücü, verimlilik ve maliyetler de ölçeklenir; örneğin 365 nm LED'ler 395 nm LED'lerden daha az çıkış sağlar.

Kalıp performansı daha uzun dalga boylarında daha iyidir ve watt çıkış başına maliyet daha düşükken daha fazla enerji iletilir. Uygulama geçmişi, 395 nm çözümlerin çoğu zaman formülasyonları 365 nm alternatiflerinden daha ekonomik biçimde etkin şekilde kürleyebildiğini göstermektedir. Ancak bazı durumlarda sağlam bir kürleme elde etmek için 365 nm veya daha kısa dalga boyları gerekir.

Entegre sistem çözümleri

LED kürleme, dijital mürekkep püskürtmeli baskıyı en iyi şekilde tamamlar. Gidip gelen baskı kafalarında sıcak ve ağır Hg ampuller devasa tarama sistemi çerçeveleri gerektirirken LED için buna gerek yoktur. Sabit kafalı makinelerde baskı kafaları modüller halinde monte edilir ve üst üste binen sıralar halinde kurulur. Kompakt, serin UV lamba, bir kafa modülüne takılmak için çok uygundur. Ayrıca dijital baskı çoğunlukla sık duruşlu kısa seri iştir; bu nedenle anında "Açık/Kapalı" daha yüksek verimlilik ve gelir sağlar.

Termal yönetim ve optik

Termal yönetimin iki uygulaması vardır: su ve hava soğutma. Su soğutma, özellikle geniş kürleme alanlarında yüksek güç yoğunluklarının gerektiği uygulamalarda ısıyı uzaklaştırmanın son derece verimli bir yöntemidir. Su soğutmayla daha düşük sıcaklıklara daha yüksek verimlilik ve güvenilirlikle ulaşılabilir.

Su soğutmanın ikinci bir avantajı, kürleme alanı çevresinde sınırlı yer olan durumlarda entegrasyona olanak tanıyan kompakt UV LED kafa boyutudur. Su soğutma çözümlerinin dezavantajları, kürleme ünitesinin daha ağır olması ile soğutucular ve su boru tesisatı için artan karmaşıklık ve maliyetlerdir.

İkinci termal yönetim çözümü hava soğutmadır. Hava soğutma, ısıyı uzaklaştırmada doğası gereği sudan daha az etkilidir. Ancak gelişmiş hava akışı yöntemleri ve optikler kullanıldığında, tipik olarak santimetrekare başına 12 W'a kadar son derece etkili hava soğutmalı kürleme sistemleri elde edilir. Hava soğutmalı sistemlerin faydaları arasında kolay entegrasyon, hafiflik, daha düşük maliyetler ve harici soğutucu gerektirmemesi yer alır.

UV LED çıkış gücünün azamiye çıkarılması kritiktir. Seçici optikler sayesinde LED'lerden gelen enerji altlık malzemeye veya mürekkebe daha iyi iletilebilir. Yansımadan lensler kullanılarak odaklanmış ışığa kadar değişen farklı teknikler entegre sistemlere dahil edilir. Optikler, belirli performans ölçütlerini karşılayacak şekilde özelleştirilebilir. OEM'in (son kullanıcının) optiklerin UV LED lambada nasıl sağlandığıyla mutlaka ilgilenmesi gerekmese de, tedarikçilerin uzmanlığının değiştiğini ve tüm UV LED sistemlerinin eşit üretilmediğini bilmelidir.

Scott R. Sabreen, plastik ikincil işleme süreçlerinde (lazer markalama, yüzey ön işlemleri, yapıştırma, dekorasyon ve yüzey işleme ve ürün güvenliği) uzmanlaşmış bir mühendislik şirketi olan The Sabreen Group, Inc.'in kurucusu ve başkanıdır. Sabreen, 30 yılı aşkın süredir öncü teknolojiler geliştirmekte ve üretim sorunlarını çözmektedir. Kendisine 972.820.6777 numaralı telefondan veya www.sabreen.com ya da www.plasticslasermarking.com adreslerini ziyaret ederek ulaşabilirsiniz.

Dene Taylor, Ph.D., 2000 yılında baskı ve ambalaj sektörlerine hizmet vermek üzere SPF-Inc.'i kurmuştur; odak noktası dijital baskıyı yeni pazarlara ve uygulamalara uyarlamaktır. Eğitimle nano-kimyager olan Taylor'ın 25 ABD patentinin yaklaşık yarısı dijital baskıyla ilgilidir. SGIA, TAPPI ve RadTech üyesidir. Kendisine [email protected] adresinden ulaşılabilir.

---