Pogromcy mitów

Producenci lamp UV-LED i dostawcy maszyn inkjetowych, w których są one stosowane, chwalą technologię UV-LED jako najbardziej wydajną i ekologiczną, jednocześnie demonizując utwardzanie za pomocą lamp rtęciowych. W tym artykule prezentujemy najczęstsze twierdzenia, jakie słyszy się w tym kontekście, jak również powszechnie panujące mity i – wreszcie – potwierdzone naukowo fakty.

Twierdzenia

„Diody UV LED są wyjątkowo wydajne energetycznie”.
Wydajność diod UV LED do zastosowań przemysłowych wynosi od 5 do 20 proc. Natężenie i wydajność diod zmniejsza się wraz ze spadkiem długości fal (rys. 1 i 2), co oznacza, że diody UV LED o długości fali 365 nm charakteryzują się wydajnością nieco ponad 5 proc. 20-proc. wydajność można osiągnąć jedynie przy diodach o długości fali 405 nm. Z kolei średniociśnieniowe lampy rtęciowe emitujące światło UV osiągają wydajność ok. 30 proc. Należy przy tym uwzględnić, że diody UV-LED są skuteczne jedynie przy niskich temperaturach. W rezultacie wymagają one intensywnego chłodzenia (najlepiej za pomocą wody), co pociąga za sobą konieczność dostarczenia większej ilości energii (w przeciwieństwie do chłodzonych powietrzem średniociśnieniowych lamp rtęciowych). Ogólnie rzecz biorąc, lampy rtęciowe okazują się znacznie bardziej skuteczne w procesie suszenia standardowych tuszy UV. Sytuacja wygląda inaczej w przypadku niektórych systemów drukujących i lakierujących, które do całkowitego utwardzenia aplikacji potrzebują jedynie światła UV-A. Przykładowo, w przypadku białego tuszu, którego pigment – biel tytanowa – całkowicie pochłania krótkie fale (rys. 3), diody UV-LED (a przynajmniej te o większej długości fal i wyższej wydajności) okazują się skuteczniejsze niż tradycyjne lampy UV.

„Lampy rtęciowe zanieczyszczają środowisko, ponieważ zawierają szkodliwą rtęć”.
Faktem jest, że lampy rtęciowe zawierają szkodliwy pierwiastek chemiczny. Niemniej jednak ryzyko uwolnienia rtęci podczas pracy maszyny drukującej jest znikome, zatem problem szkodliwości tego metalu może być rozpatrywany wyłącznie w kontekście produkcji, przechowywania i transportu samych lamp. Powierzenie utylizacji zużytych lamp rtęciowych specjalistycznej firmie gwarantuje pełne bezpieczeństwo. 

„Lampy rtęciowe są złe, ponieważ produkują ozon”.
Ozon powstaje w sytuacji, gdy tlen znajdzie się pod działaniem światła o długości fali mniejszej niż 242 nm. Lampy rtęciowe emitują światło o długości około 184,5 nm, jednak przy odpowiednim wyborze lampy możliwe jest kontrolowanie, czy światło nie zostanie wyemitowane na zewnątrz (co jest szczególnie istotne w przypadku niskociśnieniowych lamp rtęciowych stosowanych do dezynfekcji). Na tej samej zasadzie, zasięg emisji na poziomie 253,7 nm prowadzi do częściowej neutralizacji wytworzonego ozonu, zatem odpowiedni wybór lamp do maszyny drukującej gwarantuje niską emisję ozonu, który zresztą może zostać całkowicie usunięty za pomocą chłodnego powietrza.

„Średniociśnieniowe lampy rtęciowe są znacznie bardziej niebezpieczne niż lampy UV-LED”.
Dla człowieka promieniowanie UV-A emitowane przez diody UV-LED jest mniej niebezpieczne niż krótkofalowe promieniowanie UV (UV-A, UV-B i UV-C) pochodzące ze średniociśnieniowych lamp rtęciowych. Jednakże widzialne światło emitowane przez lampy rtęciowe sprawia, że krótkofalowe promieniowanie UV jest pochłaniane jedynie pośrednio i automatycznie powoduje mruganie powiek. Z kolei diody UV-LED (oprócz LED-ów o długości fali 405 nm) emitują niemal wyłącznie niewidzialne światło UV, co nie zmusza do mrugania w celu ochrony oczu.

„Lampy UV-LED są trwalsze niż średniociśnieniowe lampy rtęciowe”.
Żywotność lamp UV-LED (średnio 20 tys. godzin) jest dziesięciokrotnie większa niż trwałość lamp rtęciowych wynosząca 2 tys. godzin.

„Diody UV-LED są tańsze dzięki swojej długiej żywotności w maszynie drukującej”.
W przypadku lamp rtęciowych jedynie niewielka część kosztów przypada na samą lampę. Nawet jeśli lampy są często wymieniane, ich łączny koszt jest dużo mniejszy niż w przypadku lamp UV-LED.

„Lampy UV-LED nadają się do podłoży wrażliwych na ciepło”.
Diody UV-LED nie emitują podczerwieni (promieniowania cieplnego), przez co nie przekazują ciepła do podłoża drukowego. Z kolei promieniowanie UV zostaje wchłonięte, co powoduje nagrzewanie podłoża. Ilość ciepła przekazywanego przez lampy rtęciowe do podłoża można zredukować, używając reflektorów dichroicznych i filtrów zatrzymujących podczerwień.

„Diody UV-LED nie emitują ciepła”.
W lampach UV-LED o wydajności rzędu 20 proc. aż 80 proc. energii elektrycznej zostaje zamienione na ciepło, którego musi pozbyć się system chłodzący (wykorzystujący wodę lub powietrze).

Mity

„W istniejącym systemie lampy rtęciowe można zastąpić diodami LED”.
Podczas gdy średniociśnieniowe lampy rtęciowe emitują światło o różnej długości (w przedziałach UV-A, UV-B i UV-C), diody UV-LED posiadają jedynie jeden przedział emisji, ograniczony do promieniowania UV-A. Średniociśnieniowe lampy rtęciowe nadają się do wykorzystania z praktycznie każdym ze stosowanych obecnie fotoinicjatorów, w przeciwieństwie do diod UV-LED, które wymagają użycia specjalnych substancji chemicznych, zdolnych do pochłonięcia emitowanych przez nie fal. 

„Diody UV-LED emitujące światło o długości 365 nm lepiej nadają się do maszyn inkjetowych”.
Powszechnie uważa się, że lampy UV-LED, które emitują światło o długości 365 nm są najodpowiedniejsze do maszyn drukujących w technologii inkjetowej, ponieważ długość ich fal odpowiada linii emisyjnej lamp rtęciowych. Niemniej jednak najczęściej stosowane fotoinicjatory kompatybilne z lampami UV-LED wykazują maksymalną absorpcję w obecności światła o większej długości (rys. 5). Biorąc pod uwagę niską wydajność 365-nanometrowych diod LED, zazwyczaj lampy UV-LED o większej długości fal okazują się bardziej skuteczne.

„Na urządzeniach pomiarowych UV można w pełni polegać”.
Czułość przyrządów pomiarowych UV jest w dużej mierze zależna od długości fali (rys. 9). Klasyczne systemy pomiarowe UV dają rzetelne wyniki jedynie przy świetle o określonej długości emitowanym przez diody UV-LED, podczas gdy w przypadku światła o długości niemieszczącej się w danym zakresie mogą wystąpić poważne błędy pomiarowe. Z tego względu opracowano specjalne urządzenia pomiarowe przeznaczone do lamp UV-LED (rys. 10).

Fakty

Lampy UV-LED można często włączać i wyłączać.
Lampy zbudowane z diod UV-LED można szybko uruchomić i wyłączyć. Częste włączanie i wyłączenia lamp nie ma negatywnego wpływu na ich żywotność.

Diody UV-LED pozwalają na dogłębne suszenie.
Tlen zawarty w powietrzu spowalnia całkowitą fotopolimeryzację tuszy UV, zwłaszcza na powierzchni podłoża. Średniociśnieniowe lampy rtęciowe utwardzają tylko powierzchnię podłoża za pomocą krótkich, intensywnych fal UV, ale ten sam proces przy użyciu lamp UV-LED wymagałby skomplikowanego płukania gazem obojętnym lub zastosowania tuszy o specjalnym składzie chemicznym. Długie fale UV-A emitowane przez diody UV-LED zapewniają za to dogłębne utwardzanie.

Technologia utwardzania lampami UV-LED wymaga odpowiedniego chłodzenia.
Skuteczność lamp UV-LED spada wraz ze wzrostem temperatury (rys. 11), dlatego bardzo ważne jest zastosowanie odpowiedniego systemu chłodzącego (najlepiej chłodzenia wodą).

Tusze UV-LED są wrażliwe na naturalne światło.
Tusze do druku UV-LED zostały zoptymalizowane pod kątem suszenia światłem UV o znacznej długości fali. Z tego względu substraty te wykazują większą wrażliwość na naturalne światło niż tusze przeznaczone do utwardzania za pomocą średniociśnieniowych lamp rtęciowych.

Opracowano na podstawie artykułu „UV LEDs in inkjet printing” opublikowanego w newsletterze „Process”, numer 75/2011.

Opracował: Jacek Golicz