Was ist UV-Härtung?
Die UV-Härtung ist ein schneller, lösungsmittelfreier fotochemischer Prozess, bei dem hochintensives elektronisches ultraviolettes (UV) Licht verwendet wird, um Druckfarben, Beschichtungen, Klebstoffe oder andere fotoreaktive Substanzen durch Polymerisation in einen sofortigen, festen Zustand zu verwandeln. Im Gegensatz dazu verfestigt sich die Chemie beim "Trocknen" durch Verdunstung, Oxidation oder Absorption. Bei der UV-Härtung haften die ausgehärteten Substanzen sicher auf dem Substrat, auf das sie aufgetragen wurden, und zwar mit einer ausreichenden Aushärtungstiefe, ohne klebrig oder schuppig zu sein.
Welche Arten der UV-Härtung gibt es?
Zu den Arten der UV-Härtung gehören Punkthärtung, Fluthärtung, Handhärtung und Durchlaufhärtung. UV-Härtungssysteme verwenden eine Reihe von Lampen als UV-Lichtquellen: Bogenlampen auf Quecksilberbasis, die ein breites Spektrum an UV-Licht erzeugen, und Leuchtdioden (LEDs), die nur UVA-Energie abgeben. UVC-LEDs sind zwar eine Option, haben aber eine viel geringere Leistungsabgabe und Effizienz.
Was ist LED-UV?
Die Leuchtdiode (LED) ist ein Halbleiterbauelement, das Licht aussendet, wenn Strom durch es fließt. Wenn sie auf das UV-Spektrum abgestimmt ist, kann die LED-Technologie effektiv zur Aushärtung eingesetzt werden. Erfahren Sie hier mehr über LED-UV-Härtung.
Wie unterscheidet sich LED-UV von herkömmlichem UV?
Quecksilberbogenlampen (HG-Typ) sind die ursprüngliche Ausrüstung für die UV-Härtung und werden weithin als Lösungen für Druck- und andere industrielle Fertigungsprozesse eingesetzt. Sie funktionieren zwar gut, haben aber auch ihre Nachteile. Vor allem erzeugen sie viel Wärme und verbrauchen eine große Menge an Energie. Außerdem erzeugen sie Ozon, was Abluftsysteme zur Erhaltung der Luftqualität erforderlich macht. Quecksilberbogenlampen müssen kostenintensiv und unter behördlicher Kontrolle entsorgt werden und haben langfristige Auswirkungen auf die Umwelt. Eine Quecksilberbogen-UV-Lampe bzw. ein Kolben hat in der Regel eine Lebensdauer von etwa 1 500 Stunden.
Die LED-basierte UV-Härtung bietet alle Vorteile der herkömmlichen UV-Härtung und bietet gleichzeitig Lösungen für viele der Probleme, die bei der Wärmetrocknung auftreten. Dazu gehören sofortiges Ein- und Ausschalten, schnelle und gleichmäßige Trocknung/Härtung, geringe Wärmeabgabe und geringer Stromverbrauch. Darüber hinaus eignet sich die LED-UV aufgrund ihrer kleinen Bauform ideal für die Integration in Prozesse oder Maschinen mit geringem Platzangebot. Die Lebensdauer der LEDs beträgt im Durchschnitt 20.000 Stunden.
Was sind die Vorteile von UV-LED?
Sofortiges Ein- und Ausschalten, schnelles und gleichmäßiges Trocknen/Härten, geringe Wärmeabgabe, niedriger Stromverbrauch und kleiner Formfaktor.
Was sind die Nachteile von UV-LED?
Begrenzte Bestrahlungsintensität, kann kein kurzwelliges UV-Licht emittieren, und kürzere Bestrahlungsabstände vom Lampenkopf zum Substrat.
Werden LED-UV-Lampen heiß?
Nein. Die Oberflächentemperatur von LED-UV-Lampen beträgt 122°F bis 140°F (50°C bis 60°C), während Quecksilberlampen Oberflächentemperaturen von über 750°F (398°C) aufweisen. Die niedrige Betriebstemperatur von LED-UV-Lampen verhindert die Beschädigung hitzeempfindlicher Produkte während des Aushärtungsprozesses.
Wie lange halten LED-UV-Lampen?
LED-UV-Lampen haben eine durchschnittliche Betriebsdauer von etwa 20.000 Stunden, also 10-mal länger als Bogen-UV-Härtungslampen, die im Durchschnitt eine Lebensdauer von 1.000 bis 2.000 Stunden haben, was eine längere Betriebszeit und weniger Wartungsarbeiten und Lampenaustausch bedeutet.
Wo gibt es die größten Trends im Bereich der LED-Härtung?
Wir sehen das im Rollenoffsetbereich der Druckindustrie. Weitere Informationen finden Sie im Video unten.
Was passiert nach 20.000 Betriebsstunden?
Die Lampe funktioniert weiter, allerdings mit geringerer Energieabgabe, wenn einzelne LED-Lampen altern. Dies bedeutet nicht, dass die Lampe sofort ausgetauscht werden muss. Vielmehr kann die Lampe auf eine höhere Intensität eingestellt werden, um den Energieverlust auszugleichen.
Was sind die Anwendungen von LED-UV in der Druckindustrie?
Die Druckindustrie gehörte zu den ersten Anwendern der HG-UV- und später der LED-UV-Härtung von Druckfarben und Lacken. Dies galt insbesondere für Bogenoffset- und Schmalbahn-Flexodrucker. Die LED-UV-Härtung wird zunehmend zum Standard für digitale Inkjet- und Rollenoffsetdruckmaschinen. Es gibt eine wachsende Zahl von Druckereien, die Produktionslinien mit bestehenden UV-Härtungssystemen auf LED-UV umrüsten.
Die meisten UV-härtenden Tintenstrahldrucker auf dem Markt verwenden die LED-Aushärtung als Standardtechnologie, da sie eine schnellere Aushärtung und eine hohe Druckqualität sowie eine verbesserte Produktionsleistung gewährleistet.
Bei Flexodruckmaschinen wird die Fähigkeit der LED-UV-Härtung, mit kühleren Temperaturen auszuhärten, weithin als entscheidender Vorteil für den Druck auf dünneren Folien und eine breitere Palette von Etikettenmaterialien angesehen. Die Inkjet-LED-UV-Härtung führt den Markt für großformatige Grafiken vor allem wegen der Möglichkeit, auf Spezialsubstrate zu drucken, und die meisten Schmalbahndruckmaschinen werden standardmäßig auch mit LED-UV-Härtung verkauft.
Welche Anwendungen gibt es für LED-UV außerhalb der Druckindustrie?
LED-UV-Licht hat sich in der industriellen Fertigung als bevorzugtes Verfahren zur sofortigen Aushärtung von mit UV-Licht reaktiven Klebstoffen, Beschichtungen und Veredelungen durchgesetzt, um eine hervorragende Verklebung, Versiegelung, Beschichtung und Veredelung von Substraten aller Art zu erreichen. Zu den Anwendungsbereichen gehören Elektronik, Medizinprodukte, Automobil- und Kunststoffteile, Batterien für Elektrofahrzeuge, Lebensmittel und Getränke, Holzmöbel, Bauprodukte, Luft- und Raumfahrt, Sicherheit und Keimtötung an Veranstaltungsorten, Aluminiumdosen und vieles mehr. Lesen Sie hier mehr über industrielle Anwendungsfälle.
Ist LED-UV umweltfreundlich?
LED-UV-Lampen erfordern speziell formulierte Klebstoffe und Druckfarben, die frei von Lösungsmitteln sind, so dass bei der LED-UV-Härtung keine flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) freigesetzt werden, was die Umweltauswirkungen minimiert und die Menge der verwendeten Materialien und des erzeugten Abfalls verringert.
Da LED-UV-Lampen UVA-Energie emittieren, erzeugen sie kein Ozon, das bei vielen Druckhärtungsprozessen als Nebenprodukt entsteht und aus dem Arbeitsbereich abgesaugt werden muss. LED-UV-Lampen sind außerdem frei von Quecksilber, einem giftigen Metall, das in UV-Bogenlampen enthalten ist, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Quecksilberbogenlampen sicher zu handhaben und zu entsorgen.
Durch die Verwendung von UV-LEDs werden Hitze, Ozon und Quecksilber aus den Druckräumen entfernt, was diese sicherer macht. Mit LED-UV-Geräten entfallen auch die Kosten, die durch Kühlluftgebläse und Ozonabsaugsysteme entstehen, sowie die Geräusch- und Geruchsbelästigung, die mit anderen Systemen verbunden ist, was die Arbeitsumgebung weiter verbessert.
Und schließlich verbrauchen LED viel weniger Energie als Quecksilber-UV-Lichtbögen.
Wie kann LED-UV die Produktion beschleunigen?
LED-UV reagiert mit einer Fotoinitiatormischung, um eine sofortige Aushärtung zu ermöglichen, wodurch der Trocknungsprozess im Vergleich zu lösungsmittelbasierten Druckfarben und Klebstoffen entfällt. Die bedruckten Materialien können sofort nach dem Druck zum Beschnitt, zur Bindung oder zu anderen Nachbearbeitungsschritten weitergeleitet werden.
Ein Vorteil der LED-basierten UV-Lampenköpfe besteht darin, dass sie sich sofort ein- und ausschalten lassen, so dass sie eingeschaltet werden können und sofort zur Aushärtung bereit sind, im Gegensatz zu herkömmlichen bogenbasierten Lampen, die während der gesamten Produktion eingeschaltet bleiben und eine anfängliche Aufwärmphase benötigen, die die Produktion verlangsamt.
Wie kann LED-UV Energie und Kosten sparen?
LED-Härtungssysteme verbrauchen etwa 65 % weniger Energie als ein vergleichbar großes UV-System mit Quecksilberbogen. Die für den Betrieb von LEDs benötigte Energie ist wesentlich geringer als die, die für die Erzeugung des Lichtbogens in einer UV-Lampe benötigt wird, um genügend Wärme zur Verdampfung von Quecksilber und zur Erzeugung von UV-Licht zu erzeugen.
Das sofortige Ein- und Ausschalten der LED-UV-Lampen erhöht nicht nur die Produktionsgeschwindigkeit und -kapazität, sondern senkt auch den Energieverbrauch und die Belastung der Lampen im Vergleich zur konventionellen Aushärtung mit „immer eingeschalteten“ UV-Quecksilberlampen. LED-UV hat außerdem keine beweglichen Teile und macht die Wartung anderer Teile wie Vorschaltgeräten, Verschlüssen, Reflektoren und Lüftern überflüssig, die bei Bogenlampen Standard sind.
Ein weiterer Vorteil der LED-UV-Härtung besteht darin, dass sie im Gegensatz zu UV-Lichtbogenlampen, die sich mit der Zeit verschlechtern, eine stabile Leistung gewährleistet. Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer ständigen Überwachung und eines vorbeugenden Lampenwechsels. Dies verbessert die Prozess- und Qualitätssteuerung.
Und es kommt noch besser: Die Bediener haben die Flexibilität, genau die UV-Energie zu programmieren, die für wechselnde Prozessanforderungen benötigt wird, um Produktabfälle zu reduzieren, die Produktionskapazitäten zu erweitern und die Produktionslinien möglichst effizient zu nutzen. Sie können auch einzelne Module in Installationen mit mehreren Einheiten abschalten, um Energie zu sparen, ohne die Produktionsgeschwindigkeit zu verringern oder die Qualität zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus senkt die Aushärtung mit geringerer Hitze den Stromverbrauch, da bei konventionellen Druckmaschinen keine Trockner benötigt werden, die zusätzlich zu ihrem direkten Energieverbrauch im Druckprozess auch zu höheren Kühlkosten in der Druckerei beitragen. Quecksilberbogen-UV-Lampen erzeugen eine hohe Wärme, die bei der Verwendung von Foliensubstraten den Einsatz von Kühlwalzen erforderlich machen kann. Diese gekühlten Walzen verhindern, dass die Hitze die Folie verformt, erfordern jedoch ein energieaufwändiges Kühlsystem, um das Wasser zu kühlen.
Wie wirken sich häufige Starts und Stopps auf LED-UV-Lampen aus?
Häufiges Ein- und Ausschalten verkürzt die Lebensdauer der LED-UV-Lampen nicht. Vielmehr können die Betreiber die Vorteile des sofortigen Ein- und Ausschaltens nutzen, indem sie die LED-UV-Lampen während der Stillstandszeiten ausschalten, um die Lebensdauer der Lampen zu verlängern.
Wie wird LED-UV betrieben?
LED-UV wird mit Gleichstrom (DC) betrieben.
Gibt es einen Unterschied zwischen UV-LED und herkömmlichen UV-Formulierungen?
Die Inhaltsstoffe in herkömmlichen UV- und LED-UV-Formulierungen sind sehr ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in den Fotoinitiatormischungen. Herkömmliche Formulierungen enthalten Mischungen, die die Aushärtung für einen breiten Bereich von Quecksilberlampenfrequenzen einleiten, während LED eine bestimmte Frequenz ausstrahlt und daher einen passenden spezifischen Fotoinitiator benötigt, um eine Aushärtungsreaktion durchzuführen. Die gebräuchlichste Wellenlänge für Druckfarben ist 385nm.
Kann LED-UV 3D-Objekte aushärten?
Ja, durch die Platzierung von Lampen in verschiedenen Positionen mit spezifischer Energiedispersion können Hersteller regelmäßig geformte und unregelmäßig geformte 3D-Objekte mit LED-UV vollständig aushärten. LED-Lampenköpfe mit Optiken, die die Entfernung, die das UV-Licht zurücklegen kann, verlängern, ohne dass die Spitzenintensität oder -dosis stark abfällt, eignen sich am besten für die Aushärtung dimensionaler Objekte.
Welche Art von Wartung ist bei LED-UV-Lampen erforderlich?
LED-UV-Lampen erfordern nur sehr wenig Wartung. Die routinemäßige Reinigung des Emissionsfensters und der Luftfilter ist Standard. Die regelmäßige Überprüfung der LED-Matrizen zur Messung der UV-Leistung zeigt den Druckmaschinenbetreibern, wann sie die Leistung erhöhen müssen, um den Leistungsabfall am Ende der Lebensdauer auszugleichen.