Kolejny etap ewolucji
19 cze 2017 14:19

Drukarze muszą wybierać między trzema metodami utwardzania światłem ultrafioletowym: klasyczną, niskoenergetyczną lub LED – albo mogą zdecydować się na rozwiązanie, które umożliwia przełączanie między każdym z nich, jeśli wymaga tego ewolucja rynku i zmiana ich potrzeb. 

Przed 40 laty druk UV był równoznaczny z lampą umieszczoną w odblaskowej osłonie montowanej w sekcji wykładania arkuszowej maszyny drukującej. Farby i lakiery nie były materiałami eksploatacyjnymi tak przyjaznymi dla użytkownika jak obecnie, dlatego część producentów maszyn ostrożnie podchodziła do pomysłów zaadaptowania tej technologii. 

Z dzisiejszego punktu widzenia to jednak już historia. Pomimo wątpliwości to głównie przemysł opakowaniowy zaakceptował farby i lakiery UV, a firmy technologiczne – rozwój jeszcze silniejszych i wytrzymalszych lamp. Producenci maszyn drukujących ograniczyli korozyjne działanie farb dzięki stosowaniu różnych uszczelnień i tulei, które wytrzymywały działanie chemikaliów i nie topiły się, gdy pozostawiono je pod włączoną lampą. 

W tamtym wczesnym okresie rozwoju niezbędne było radzenie sobie z ciepłem generowanym przez lampy oraz ozonem, który stanowił niechciany produkt uboczny. W miarę wzrostu mocy lamp – z 30-40 W/cm2 do 120-160 W/cm2, jak jest dzisiaj – chłodzenie powietrzem zostało zastąpione przez chłodzenie wodą, lampy można już wyłączyć, wprowadzono również tryby czuwania w celu redukcji ilości energii niezbędnej do zasilania lamp.

Obecnie – mówi David Pelling, konsultant techniczny firmy Benford UV – energia spoczynkowa została ograniczona do 30 proc. pełnej mocy. To jednak ciągle więcej niż potrzebują systemy LED UV, które uruchamiają się natychmiast i mogą być wyłączane nawet między arkuszami. Ale mimo tych i innych zalet technologii LED przemysł drukarski nadal potrzebuje trzech rodzajów utwardzania UV.

To skłoniło firmę Baldwin, z jej silnym zapleczem w konwencjonalnym UV, do przejęcia przedsiębiorstwa AMS o rozległej wiedzy na temat technologii LED. Baldwin odegrał pierwszoplanową rolę w rozwoju technologii H-UV stosowanej przez Komori, która wykorzystuje pojedynczą domieszkowaną lampę dostarczającą wąskie widmo energii UV do natychmiastowego utwardzenia druku offsetowego.

Pat Keogh, który stoi na czele oddziału Baldwin UV, zapowiada: Będziemy nadal rozwijać wszystkie rodzaje UV i nie ustaniemy w próbach przekonania firm OEM do naszego pomysłu, że wszystkie maszyny z UV powinny być wyposażone w naszą technologię. Chcemy, by ludzie zdali sobie sprawę, że jej posiadanie przyniesie im wiele korzyści.

Chris Schofield, dyrektor zarządzający w IST UK, podkreśla, że LED stanowi zaledwie 10 proc. biznesu i że normą jest montowanie go w nowych maszynach, nie zaś podczas modernizacji starych. Najważniejszą kwestią związaną z LED jest kontrola temperatury diod, aby zagwarantować jednolitość uzyskanych efektów. Koszt instalacji LED w zmodernizowanej maszynie może być równie wysoki, jak cena tej maszyny – przekonuje.

Podobnie jak Benford, IST-UV również oferuje trzy technologie utwardzania. Podczas gdy istnieje generalna zgoda, że w dłuższej perspektywie LED stanie się uniwersalnym rozwiązaniem, ten wybór nie jest dzisiaj tak prosty. Przykładowo KBA zainstalowała maszyny drukujące wyposażone w technologię LED UV w firmie J Thomson Colour w Glasgow z myślą o druku komercyjnym, a jednocześnie stawiała dużą liczbę maszyn do druku na tekturze wyposażonych w konwencjonalne lampy UV.

Ewolucja klasycznego UV jest wynikiem poszukiwania metod usprawnienia wydajności lamp rtęciowych. Pelling wyjaśnia: Problemem klasycznego UV jest to, że tylko bardzo niewielka część energii emitowanej przez lampę mieści się w widmie, które jest absorbowane przez chemikalia farb.

Producenci przez lata poszukiwali metod zwiększenia poziomu aktywnej emisji w krótkim zakresie fal. Jest to niemal niemożliwe ze względu na fizykę lamp rtęciowych; jakikolwiek dodatek w lampach wykorzystuje krótsze długości fal do wzmocnienia dłuższych – kontynuuje Pelling. – To oznacza, że choć to niełatwe, jest potencjalnie możliwe, że przez dodanie rozmaitych wodorków metali do średniociśnieniowych rtęciowych lamp łukowych można zapewnić poprawiony rezultat w dłuższym zakresie fal.

Dzięki użyciu dopasowanego fotoinicjatora można w ten sposób zapoczątkować reakcję chemiczną, która tworzy powiązania między cząsteczkami farb lub lakierów i wiąże wewnątrz pigmenty, co prowadzi do powstania utwardzonych arkuszy na wykładaniu. W miarę spadku kosztów chemii możliwe stało się stworzenie systemu, który wykorzystuje pojedynczą lampę, zużywającego mniej energii oraz współpracującego z odpowiednio wrażliwymi farbami.

Taka koncepcja stoi za technologiami H-UV Komori, LE-UV Hei-delberga stworzonej przez IST UV, HR-UV firmy KBA oraz Eco-UV firmy Benford. Farby nadal pozostają droższe od konwencjonalnych i bardziej kosztowne od rodziny farb przeznaczonych do standardowego UV. To sprawia, że lepiej nadają się do druku niskonakładowego, zwłaszcza druku w szybkim cyklu produkcyjnym, który stara się konkurować z drukiem cyfrowym.

Stanowiło to barierę do zaadaptowania technologii przez przemysł opakowaniowy, który znany jest z unikania ryzyka, gdy chodzi o klientów.

Wiele instalacji w druku komercyjnym dowodzi, że dodatkowy koszt farby jest łagodzony przez liczne czynniki: maszyna nie brudzi się, mniej zleceń musi czekać na swoją kolejkę druku z powodu konieczności oczekiwania na wyschnięcie arkuszy, konsumpcja energii jest obniżona, dochodzi do wyeliminowania proszkowania.

Konwencjonalne UV przyczynia się do emisji ozonu, klasyfikowanego jako lotny związek organiczny (VOC), a tym samym wymagającego przewodów odciągających w celu usunięcia go ze środowiska produkcyjnego. To pomaga w wyjaśnieniu, dlaczego konwencjonalne UV nigdy nie zrobiło prawdziwej kariery w druku komercyjnym.

Nie brakuje również innych problemów, związanych głównie z zużyciem energii oraz ciepłem generowanym przez lampy. Konieczne jest radzenie sobie z nim za pomocą systemów chłodzenia, co ogranicza liczbę możliwości w druku na podłożach wrażliwych na ciepło.

Z drugiej strony jest to dojrzała technologia w relatywnie niskiej cenie. Możliwe jest montowanie systemów między zespołami drukującymi, jak również na wykładaniu maszyny w celu uzyskania szerokiej gamy efektów. Istnieją farby i lakiery do różnych zastosowań, w tym produkty o niskiej migracji przeznaczone dla opakowań.

Technologia pojedynczej lampy UV przebiła się jako pierwsza i została opracowana przez Komori z myślą o spełnianiu wymagań rynku japońskiego, a następnie przyspieszyła po trzęsieniu ziemi w 2011 r., po którym rząd nałożył ograniczenia dotyczące oszczędzania energii. Inni producenci maszyn oferowali swoje wersje, zaś Heidelberg w Wielkiej Brytanii zainstalował LE-UV w kilku drukarniach.

Lampa została domieszkowana przez dodanie związków żelaza, co pozwoliło na osiągnięcie blisko trzykrotnie większego poziomu energii przy wymaganej długości fali. Zespół złożony z jednej lampy i umieszczony na końcu maszyny może zastąpić system trzylampowy. Efektem takiego podejścia jest oszczędność energii na poziomie 60 proc. w porównaniu z klasycznym układem UV, przy dostarczaniu takiego samego, pełnego poziomu utwardzania, jaki trzy lampy o mocy 120 W/cm2 mogą osiągnąć na maszynie pracującej z prędkością 15 tys. ark./h.

Co więcej, w trakcie tego procesu generowana jest mniejsza ilość ciepła, a ponieważ nacisk kładziony jest na długie fale UV, nie istnieje problem z ozonem, co czyni instalacje atrakcyjniejszymi dla drukarń komercyjnych. Brak ciepła docierającego do podłoża oznacza również, że możliwy jest druk wrażliwych na ciepło materiałów niewsiąkliwych. 

Po stronie wad należy wymienić jednostkowy koszt systemu, jak również wyższą cenę samych farb. Ceny będą spadać, jednak ponieważ niektóre ich składniki są i pozostaną drogie, koszt farb nigdy nie osiągnie poziomu konwencjonalnie utwardzanych materiałów. Dodatkowo konieczne jest doglądanie lamp na wypadek spadku wydajności mocy (czyli tego, co zdarza się w instalacjach z konwencjonalnym UV). Wytrzymałość nowego typu lamp rtęciowych także będzie zapewne niższa, lecz nie sposób przewidzieć na razie, w jakim stopniu.

Trzecią technologią jest LED, promowana jako wymagająca mniej energii, najprostsza i najlepiej utwardzająca spośród wszystkich systemów UV. Jej potencjał jest zwiększany przez nieustanny rozwój diod w miarę, jak zyskują one na mocy, przy jednoczesnym spadku cen. LED pozostaje na razie najbardziej kosztownym rozwiązaniem, choć żywotność diod – zanim konieczna będzie ich wymiana – wydaje się dłuższa od żywotności maszyny, na której są instalowane. 

Nowsze rozwiązania, których pionierami są firmy AMS oraz Baldwin, emitują energię na wielu długościach fal, co zwiększa gamę materiałów dostarczanych przez firmy produkujące farby. Kluczową zaletą rozwiązania z diodami jest to, że na utrwalanie zostaje przeznaczona większa część wyemitowanej energii niż w przypadku konwencjonalnej technologii UV (20 proc. w pierwszym i 4 proc. w drugim przypadku). 

Byłoby jednak błędem wierzyć, że LED to idealne rozwiązanie – uważa Pelling. – Problemem z LED UV jest chłodzenie tylnej części lampy. O ile bowiem emitowane przez lampy LED światło generuje niewiele – lub w ogóle – ciepła, o tyle złącze z tyłu produkuje go tyle, że trzeba je usunąć. To zaś oznacza, że wszystkie systemy LED wymagają odpowiednio zaprojektowanego systemu chłodzenia, aby temperatura na złączach nie przekraczała 21 stopni. Jeśli tak się stanie, wydajność LED spada w znaczący sposób.

W sytuacji, gdy nie utrzymamy złączy w sugerowanej temperaturze, z pewnością odczujemy koszt ich wymiany. 

Gdyby zastanowić się, które rozwiązanie jest najlepsze, to – jak uważa Pelling – każde sprawdza się w określonych okolicznościach. W przypadku druku na tekturze, zwłaszcza z wysokim połyskiem, zapewne najlepiej sprawdzi się wybór średniego poziomu kosztów i niezawodnych farb w normalnej cenie – a to oznacza klasyczny UV. Jeśli jednak wykonujemy tę samą pracę, ale nie przywiązujemy wagi do wysokiego połysku, a dodatkowo możemy zaakceptować wyższe ceny farb, oczekując w zamian redukcji kosztów energii – wtedy to niskoenergetyczne UV lepiej pasuje do równania.

Gdy zaś pracujemy na podłożach bardzo wrażliwych na ciepło, niskie koszty zużycia energii to dla nas kluczowy argument, a możemy pozwolić sobie na poniesienie wysokich kosztów inwestycyjnych, wtedy nasze potrzeby spełni zapewne LED UV.

Dla drukarza komercyjnego, który chciałby rozszerzyć swą ofertę o druk na tekturach, każde z wymienionych rozwiązań gwarantuje oczekiwane utwardzenie arkusza. Jednak w przypadku opakowań bezpiecznych dla żywności – które z uwagi na wymogi certyfikacji i gwarancje dla klienta lepiej pozostawić firmom naprawdę przygotowanym – konieczne będzie stosowanie farb niskomigracyjnych, które są obecnie dostępne tylko dla klasycznego UV.

Od drukarza wymaga się również gruntownych testów, by zagwarantować, że połyskliwe lakiery nadają się do użycia z wykorzystywanymi przez niego podłożami. 

Benford jest w stanie dostarczyć wszystko, czego potrzebują drukarnie. Firma przeprowadziła szereg instalacji w Stanach Zjednoczonych oraz w brytyjskiej firmie Sasley Press, która posiada zarówno rozwiązania Eco-UV, jak i LED. Ostateczny wybór należy do klienta. Konfiguracja z trzema lampami UV albo z jedną z zespołem kasetowym, w którym można zainstalować lampy klasyczne, domieszkowane lub LED – w chwili, gdy osiągną popularność – to rozwiązanie, nad którym warto się zastanowić. Takie rozwiązania mają w swym portfolio zarówno Benford, jak i IST. 

Uważamy, że LED stanie się odpowiednie dla tektur, ale jeszcze nie teraz – twierdzi Marc Boden, dyrektor zarządzający w firmie Benford. Schofield przekonuje, że już teraz firmy drukujące na tekturze pytają o LED, choć gama odpowiednich farb jest zbyt ograniczona. Na razie koszt LED wyklucza stosowanie technologii w druku na tekturze, tym bardziej, że większość maszyn wykorzystuje do tego celu technologię UV. Ale systemy, które sprzedaliśmy w ostatnich 6-12 miesiącach, nadają się do przerobienia w stosownym czasie – kończy.

Gareth Ward

Tłumaczenie: TK

Gareth Ward jest redaktorem naczelnym magazynu „Print Business”, będącego brytyjskim członkiem stowarzyszenia Eurographic Press

cript>