Este artigo sobre o estado das aplicações de cura UV LED foi publicado originalmente no site UV+EB aqui.
A lista de aplicações viáveis de LED UV continua a crescer – assim como o número de fornecedores de sistemas, formuladores e fabricantes de máquinas originais (OEM) que dão suporte a essas aplicações. Este aumento contínuo na atividade é um bom presságio para o presente e o futuro da tecnologia LED UV. Como resultado, aqueles que ainda não estão a investigar a sua adequação às suas próprias necessidades de cura podem achar que é hora de começar. Para os recém-chegados, bem como para aqueles que acompanham ou até mesmo usam a tecnologia há anos, este artigo tem como objetivo fornecer informações sobre o crescente mercado de LED UV e oferecer orientação geral sobre como combinar um sistema de cura LED UV com as necessidades de uma determinada aplicação.
Saída UV
Tintas, revestimentos, adesivos e extrusões são formulados para reagir a uma determinada saída de LED UV sob um conjunto específico de condições de processo. Para cada aplicação e formulação, existe uma janela de processo UV dentro da qual uma cura aceitável pode ser alcançada. Esta janela não é estreita, mas existe um conjunto ideal de comprimentos de onda, bem como uma combinação de irradiância mínima e máxima e densidade de energia total que resulta em uma cura adequada. Operar consistentemente dentro desta janela garante melhor velocidades máximas de manuseio de materiais, uma superfície não pegajosa, profundidade de cura, migração pós-cura dentro dos limites estabelecidos, rendimentos de produção otimizados, qualidade do produto ao longo do tempo e vida útil ideal do produto dentro do uso pretendido, entre outros critérios de desempenho desejados.
A tecnologia UV LED funciona bem quando a saída UV é corretamente adaptada às necessidades da aplicação e combinada com uma tinta, revestimento, adesivo ou extrusão adequadamente formulado. Infelizmente, não existe um sistema universal de LED UV ou janela de processo que funcione igualmente bem para todas as aplicações em todos os mercados e tipos de máquinas. A solução UV LED e sua saída devem ser escolhidas de acordo com a formulação, o peso do revestimento, o ambiente da fábrica ou da oficina e a configuração e velocidade do sistema de manuseio de materiais.
Um benefício da tecnologia UV LED é que a natureza discreta dos LEDs permite uma gama muito mais ampla de designs de sistemas de cura que podem atender melhor às necessidades de cada aplicação exclusiva. Isto permite que tanto o formato da cabeça da lâmpada quanto a saída UV sejam adaptados aos respectivos mercados e aplicações, resultando em soluções de cura LED UV muito mais eficientes e econômicas quando comparadas à tecnologia de cura convencional. Como consequência, isso também significa que há uma grande disparidade no desempenho de cura entre as ofertas de fornecedores disponíveis comercialmente, uma vez que os designs inerentes podem ser muito, muito diferentes, e essas diferenças nem sempre são óbvias para os OEMs e os usuários finais.
Evolução do aplicativo
Fixação por jato de tinta digital UV e cura completa em carros de digitalização e impressoras estreitas de passagem única, serigrafia e adesivos de cura localizada usados na montagem do produto foram as primeiras aplicações a adotar a cura UV LED em meados e final dos anos 2000. O que essas primeiras aplicações tinham em comum eram velocidades de linha mais lentas e tempos de processamento de peças mais longos. Embora a irradiância (watts/cm2) emitida por um único sistema LED UV durante aqueles primeiros anos fosse baixa, era possível fornecer irradiância suficiente montando a cabeça da lâmpada a 10 a 15 mm (0,4 – 0,6 polegadas) da superfície de cura. Para densidade de energia, a solução foram períodos de exposição mais longos em instalações estáticas e utilização de múltiplas passagens em instalações dinâmicas.
As primeiras aplicações de LED UV exigiam comprimentos de lâmpada normalmente inferiores a 450 mm (17,7 polegadas). Quando combinado com o fato de que muitas aplicações exigiam apenas uma ou duas lâmpadas para atingir a cura em velocidade, o investimento comercial total foi significativamente menor do que os sistemas necessários para impressoras comerciais mais largas e de alta velocidade que precisavam de múltiplas lâmpadas e lâmpadas mais largas. Todos estes factores foram cruciais, uma vez que os primeiros sistemas LED UV não eram muito potentes e muitas vezes eram mais caros do que as opções convencionais.
Nos últimos 20 anos, a tecnologia UV LED melhorou dramaticamente em termos de desempenho, confiabilidade, vida útil, rendimento e comprimento. Na verdade, cabeçotes de lâmpada de vão único estão agora disponíveis em comprimentos de até 2 metros (78 polegadas) e a vida útil da lâmpada geralmente excede 40.000 horas. Além disso, muitas formulações agora são otimizadas especificamente para saída de LED UV. O mercado também é melhor em combinar o sistema LED UV com as necessidades da janela do processo, e os preços dos equipamentos e das formulações melhoraram devido às economias de escala e à maior concorrência em toda a cadeia de fornecimento. Isso permitiu que a tecnologia de cura UV LED fosse além do jato de tinta digital UV, cura localizada e tela para aplicações comerciais mais exigentes, de maior velocidade e mais amplas – tanto analógicas quanto digitais. Isso inclui offset de folha e web (Imagem 1), offset seco, flexografia, revestimento e acabamento de madeira e revestimento de fibra óptica.
A Tabela 1 representa áreas onde a tecnologia LED UV é cada vez mais utilizada atualmente – embora em níveis variados de penetração no mercado e não necessariamente para todas as aplicações dentro de cada segmento de mercado – mas que continuarão a melhorar com o tempo. Diferentes designs de lâmpadas UV LED, bem como formulações específicas para aplicações, são necessários para viabilizar os diversos processos de impressão, revestimento e colagem. Como resultado, é importante que, para cada aplicação, haja uma forte relação de trabalho entre todas as partes – fornecedor do sistema de cura UV LED, formulador, construtor de máquinas OEM, integrador e usuário final. Em todos os casos, uma solução LED UV viável pode ser alcançada com algumas tentativas e erros e otimização do processo, desde que exista uma formulação viável. Tudo se resume a identificar as variáveis do processo e combinar o sistema LED UV com o equipamento de aplicação, formulação e manuseio de materiais.
Combinando sistemas UV LED com a aplicação de cura UV LED, formulação e equipamentos de manuseio de materiais
Há uma abundância cada vez maior de sistemas de cura UV LED e fornecedores para você escolher. Todos reivindicam características de produto e benefícios operacionais muito semelhantes, sendo os diferenciais mais óbvios a irradiância de pico, o método de resfriamento, o formato da lâmpada e a integração do sistema. Infelizmente, o conhecimento destes por si só é insuficiente para combinar os sistemas de cura UV LED com uma determinada aplicação. As fichas de especificações técnicas raramente fornecem explicações sobre por que os produtos são mais adequados para uma determinada aplicação e raramente fazem referência à potência elétrica nominal de entrada e à densidade de energia em uma determinada velocidade da folha, da folha ou da peça. Ao combinar um sistema de cura UV LED, as seguintes diretrizes gerais devem ser consideradas.
Propriedades de cura final
As propriedades mecânicas, químicas, funcionais e estéticas desejadas da cura final, bem como o uso pretendido do produto devem ser especificadas e são fundamentais para conduzir a química da formulação e, em última análise, se uma solução curada por UV LED é possível hoje. Por exemplo, tintas, vernizes e adesivos de xarope de radicais livres geralmente curam bem com LED e atendem à maioria dos requisitos de impressão gráfica. A liberação de silicone, o hotmelt UV e os revestimentos duros industriais, no entanto, ainda estão em desenvolvimento e a anos de distância da disponibilidade comercial em larga escala.
Comprimento de onda
Os comprimentos de onda de cura comerciais atualmente incluem 365, 385, 395 e 405 nm. Para a maioria das aplicações de tinta, 395 nm é o comprimento de onda preferido, com comprimentos de onda de 365 e 385 nm usados em menor grau. Os adesivos de ligação estrutural normalmente funcionam melhor com 365 ou 405 nm, dependendo da formulação, mas também curam de forma semelhante com 385 ou 395 nm. Os vernizes de sobreimpressão tendem a corresponder ao comprimento de onda da tinta de 395 nm e, quando se trata de revestimentos industriais – funcionais e duros – não há consenso, pois o desenvolvimento ainda está em andamento.
Janela de irradiação
A química da formulação deve ser curada dentro de um pico de irradiância mínimo e máximo (watts/cm2). Operar abaixo de uma irradiância mínima resultará em cura insuficiente. Aumentar a irradiância além do máximo não produz necessariamente melhores resultados do que a cura dentro da janela de irradiância estabelecida, desde que a lâmpada emita densidade de energia suficiente. Infelizmente, não existe uma irradiância universal que atenda às necessidades de todas as formulações. Cada aplicação de mercado é diferente, com a irradiância emitida ideal na janela variando de algumas centenas de mW/cm2 até e até mesmo além de 30 W/cm2. Mais importante que a irradiância emitida, entretanto, é a irradiância real que é entregue à superfície de cura do substrato, já que a irradiância diminui com o quadrado da distância percorrida. Como um watt é um joule/segundo, a irradiância pode ser reescrita como joules/segundo/cm2 e é a taxa na qual a energia ultravioleta é emitida pela cabeça da lâmpada LED UV. É importante notar que uma vez que a irradiância satura a capacidade da química de absorver comprimentos de onda ultravioleta, o excesso de irradiância é convertido em energia térmica na superfície de cura.
Janela de densidade de energia
A formulação e a velocidade da linha de fabricação determinam a densidade de energia (joules/cm2) necessária para reagir completamente a química. Uma maior densidade de energia resulta em uma melhor cura geral, permite uma velocidade de linha mais rápida e, às vezes, permite um pico de irradiância mais baixo. Nem todos os sistemas LED UV que emitem o mesmo pico de irradiância fornecem a mesma densidade de energia. A densidade de energia pode ser aumentada usando uma lâmpada que, por design, emita maior densidade de energia, usando múltiplas lâmpadas em combinação, diminuindo a velocidade da linha ou aumentando o tempo de exposição. Você pode aprender mais sobre a densidade de energia e como ela afeta a cura UV em nossa página científica de cura UV.
Distância de trabalho
Isto é definido como o deslocamento entre a janela emissora do LED UV e a superfície de cura. Deve ser especificado para a aplicação e configuração da máquina, pois a irradiância diminui rapidamente com a distância. Para acomodar distâncias de trabalho maiores, considere lâmpadas mais potentes (maior irradiância, maior densidade de energia ou ambas) ou uma solução LED que incorpore óptica ou refletores para conter ou colimar os comprimentos de onda UV em uma distância especificada.
Mecanismo de resfriamento
O ambiente da planta, a preferência do OEM ou do usuário final e o design do sistema LED UV determinam se o mecanismo de resfriamento é ar forçado ou água circulada. Nem todos os produtos UV LED estão disponíveis em variações refrigeradas a ar, e os sistemas de maior potência normalmente são refrigerados a água. O resfriamento a ar pode ser positivo, onde o ar é empurrado para dentro do cabeçote da lâmpada e expelido para o ambiente da prensa, ou negativo, onde o ar é puxado através do cabeçote da lâmpada, vindo do ambiente da prensa, e sendo conduzido para longe. Como os sistemas UV LED não emitem ozônio, não é necessário esgotar o ar de resfriamento fora da instalação.
Espaço de montagem
O local de montagem e a configuração da máquina determinam o espaço permitido para a cabeça do LED UV. Os sistemas resfriados a água geralmente são mais compactos do que os sistemas resfriados a ar, que exigem um espaço mínimo ao redor das entradas e saídas de ar para garantir circulação e dissipação de calor adequadas.
Óptica e blindagem
A proximidade e a orientação da lâmpada em relação às superfícies de cura indesejadas influenciam o uso da óptica e da blindagem. Deve-se ter cuidado para garantir que os raios UV sejam bloqueados nas cabeças de impressão digital a jato de tinta, nos recipientes de tinta e revestimento e nos materiais sensíveis ao calor na máquina. Além disso, toda a luz deve ser protegida da linha de visão direta do operador.
Perfil drástico da peça
Aplicações industriais com perfis de superfície de peças drásticos, superfícies de cura ou linhas de fabricação que exigem que as lâmpadas LED sejam montadas em distâncias maiores (várias polegadas ou mais), e a necessidade de revestimentos superiores de LED UV incrivelmente duros, resistentes a arranhões e quimicamente ainda são um desafio e devem ser considerados em desenvolvimento no futuro próximo.
Mais recentemente, a pressão regulamentar para encontrar alternativas às lâmpadas de vapor de mercúrio, as iniciativas de sustentabilidade e uma crise energética global estão a impulsionar a adoção mais rápida de sistemas de cura UV LED e a liderar a inovação nas formulações químicas. Embora o desenvolvimento esteja em andamento, a tecnologia de cura UV LED está se tornando a fonte UV preferida em um número crescente de aplicações. Apesar da impossibilidade de usar exatamente o mesmo sistema de forma intercambiável entre aplicações e tipos de máquinas, existem conjuntos de soluções LED UV que atendem às necessidades de muitas aplicações. Embora os OEMs possam usar como padrão um dispositivo de cura LED estabelecido em máquinas novas e modernizações, é sempre recomendável que os usuários finais confirmem, por meio de testes ou referenciando instalações anteriores, que o sistema correto correspondeu às necessidades específicas do processo. Siga as diretrizes deste artigo e trabalhe em estreita colaboração com o fornecedor do sistema de cura UV LED, formuladores, fabricantes de máquinas OEM, integradores e usuários finais para garantir maior sucesso geral na cura UV LED.
Para obter mais informações sobre os produtos UV LED da GEW, visite nossa página de sistemas UV LED.
