Inkjet & Digitaldruck

Green Tech: Spezialstrahler sparen Energie

Donnerstag 01. April 2010 - Etiketten, Formulare, Karten oder Gewinnspiele werden durch Inkjet und Laser Drucker personalisiert. Diese Druckfarbe muss vollständig getrocknet oder gehärtet sein, bevor die Druckbögen gestapelt, geschnitten, gefaltet oder geklebt werden. Zum Härten oder Trocknen werden je nach Farbe, UV- oder IR-Strahler eingesetzt. Dies ist zwangsläufig mit Energieaufwand verbunden. Gerade heute lohnt es sich, diese Prozesse genau zu überprüfen und nach Methoden zu suchen, die optimale Ergebnisse bei möglichst großer Energieeffizienz liefern. Heraeus Noblelight präsentiert auf der Messe IPEX in Birmingham Speziallichtquellen, die genau auf die Eigenschaften der jeweiligen Lacksysteme abgestimmt werden.

Mit einem einfachen Austausch hat die Alito Color Group aus Leyton, London, viel gewonnen: Sie ersetzte ihren vorherigen Trockner, der mit kurzwelligen Strahlern im nahen Infrarotbereich (NIR) bestückt war, durch ein Heraeus Carbon Infrarot-System (CIR). Carbon Infrarot-Strahler (CIR) von Heraeus Noblelight trocknen Inkjet Druckfarben besonders effizient. Grund ist die mittelwellige Infrarot-Strahlung, die von den Carbon Strahlern mit hoher Leistung in die Farbe übertragen werden. Mittelwellige Infrarot-Strahlung wird vor allem von wasserbasierenden Farben gut absorbiert und so besonders schnell in Wärme umgesetzt. Carbon Strahler kombinieren die effektiven mittleren Wellenlängen mit hoher Leistung und schnellen Reaktionszeiten.
Nach erfolgreichen Tests wurden zwei Carbon Infrarot-Module (CIR) in die vorhandenen Rahmen eingebaut. Jedes 24 kW Modul passt zu einem speziellen 4¼inch Druckkopf. Damit ist es jetzt möglich, die volle Kapazität der Hochgeschwindigkeits-Druckköpfe zu nutzen.
Die Praxis zeigt, dass auch bei maximaler Druckgeschwindigkeit die hohe Druckqualität beibehalten werden kann. Zusätzlich benötigen die neuen Strahler weniger Energie als die vorherigen und haben eine erheblich längere Lebensdauer. Das hat die Energieeffizienz der Anlage stark verbessert.

Das Emissionsspektrum der UV-Strahlung ist sehr wichtig für den Prozess der Druckfarbenhärtung. Denn es müssen ausreichend viele Photonen mit der Beschichtung reagieren, damit einerseits das gesamte Material durch härtet und zum anderen die Beschichtung eine Verbindung mit dem Untergrund eingeht. Jeder Lackhärtungsprozess ist also komplex und das jeweilige Lacksystem gibt seine individuellen Parameter für die Härtung vor.
Einige Anwendungen erfordern Weiterentwicklungen, wie beispielsweise Prozesse, die eine sehr hohe Beschichtungsdicke mit vielen Pigmenten oder Farbstoffen erfordern. Die Chemie dieser Beschichtungssysteme benötigt längere Wellenlängen, um mit dem UV-Licht ausreichend zu reagieren.
Auch andere Spezialanwendungen brauchen Licht mit Wellenlängen, die sich vom Standard-Quecksilberspektrum unterscheiden. Dem begegnet man mit Metallhalogenid-Zusätzen in den Lampen. Wenn die Lampe in Betrieb ist, verdampfen die Metallhalogenide. Dadurch werden zusätzlich deren Spektren abgegeben, was die Härtungsprozesse entscheidend verbessern kann.
Die Mehrheit der Anwendungen nutzt heute eine konventionelle Mitteldruck Quecksilberlampe, die bei etwa 120 W/cm inzwischen die Industrienorm darstellt. Es war eine Herausforderung, eine zuverlässige Lampe mit langer Lebensdauer und einer hohen Leistung während der gesamten Lebensdauer herzustellen. Diese beiden Faktoren wurden soweit verbessert, dass heute eine Lampe in einer gut konstruierten Anlage bis zu 3000 Stunden arbeitet, bei gleichbleibend guter Prozessgeschwindigkeit.
Mit dazu beigetragen hat eine enge Zusammenarbeit mit OEM Partnern. So konnten nach Kundenanforderung mit Hilfe intelligenter Energieversorgung und weiter entwickelten Kühlsystemen diese Fortschritte bei der Lampenherstellung umgesetzt werden.
Die kontrollierte Kühlung der Lampen hat höhere Betriebsleistungen ermöglicht. Die Leistung wird so gewählt, dass die Härtung einsetzt, ansonsten kann die Lampe im Standby bei sehr viel niedrigerer Leistung als früher gehalten werden. Das spart deutlich Energie. Manche Prozesse erfordern Spezialentwicklungen, typischerweise kleine Lampen (50 mm Bogenlänge) und Miniaturlampen (15 mm Bogenlänge). Diese setzt man für den Digitaldruck ein, bei dem die Lampe zusammen mit dem Druckkopf über die Oberfläche der Drucke fährt.

Gerade beim Digitaldruck, wenn die UV-Härtungslampe zusammen mit dem Druckkopf über die Oberfläche der Druckmaterialien fährt, zählt jede Gewichts- und Größeneinsparung. UV-LEDs sind hier die Innovation für die Zukunft. Die extrem kleine Bauart ermöglicht eine hohe Flexibilität in der Formgebung. Kundenspezifisch können UV-LEDs von Heraeus der Maschinenumgebung angepasst werden. Wie aus einer Art Baukastensystem werden die einzelnen Komponenten den Anforderungen entsprechend zusammengestellt. Damit können spezielle Lösungen realisiert werden. Zum System gehören sämtliche Peripherie-Komponenten, wie Kühlung, Steuerung und Stromversorgung.
Wichtig für die Lebensdauer der UV-LEDs ist, dass alle zum System gehörenden Komponenten optimal aufeinander abgestimmt sind. Das Thermomanagement spielt dabei die entscheidende Rolle.
Die LED-Speziallichtquellen helfen Energie zu sparen. Durch einfaches Aus- und Einschalten wird nur dann Energie verbraucht, wenn sie benötigt wird. Die Performance der LEDs wird dadurch nicht beeinträchtig. Die LED-Technologie steht für „solide state lighting“ also eine „robuste“, solide vor allem belastbare Technologie.

Der neue Geschäftsbereich „Optoelektronik“ der Heraeus Noblelight GbmH profitiert bei der Herstellung von UV-LED Modulen und Systemen von den Kernkompetenzen des Heraeus Konzerns. In einer vollständigen Entwicklungs- und Fertigungslinie werden LED Chips in der so genannten „Chip-on-Board“-Technologie verarbeitet und im unternehmenseigenen, akkreditieren Messlabor vermessen und getestet. Somit können kundenspezifische System-Lösungen entsprechend spezieller Anforderungen zusammengestellt und angeboten werden.

Heraeus Noblelight bietet die gesamte Palette an Speziallichtquellen für die Druckfarbenhärtung, von UV bis IR, führt Versuche mit den Materialien durch und berät bei der Auswahl der optimalen Strahler für den jeweiligen Prozess.
Heraeus hat mehr als 40 Jahre Erfahrung mit Spezial-Strahlern, sowohl für den Endkunden als auch für große OEMs, und führt in hauseigenen Anwendungszentren praxisnahe Tests mit Kundenmaterialien durch, um die optimale kundenspezifische Prozesslösung zu finden.