TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Đặt vấn đề
Khoa học kỹ thuật đang phát triển mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu in ấn tăng cao với yêu cầu về chất lượng và tốc độ ngày càng cao cho các ấn phẩm như báo chí, tạp chí, bao bì và nhãn hàng Ngành in đang chuyển mình với các thiết bị cải tiến nhằm đáp ứng nhu cầu in ấn chất lượng cao Các nhà cung cấp dịch vụ in ấn hiện nay đối mặt với một thị trường năng động và thách thức, yêu cầu các công ty tối ưu hóa mô hình kinh doanh và nắm bắt xu hướng trong ngành Một công nghệ hiệu quả đã được áp dụng tại một số quốc gia là công nghệ UV LED, tuy nhiên, công nghệ này vẫn chưa được triển khai tại Việt Nam.
Công nghệ đèn UV-LED mới nổi bật với khả năng sử dụng tia cực tím và nguồn sáng LED để làm khô mực và dầu bóng nhanh chóng, giúp tiết kiệm năng lượng và loại bỏ bột phun hiệu quả So với công nghệ sấy bằng tia hồng ngoại và UV truyền thống, hệ thống này có tốc độ cao và thân thiện với môi trường Đặc biệt, UV-LED còn tương thích dễ dàng với nhiều loại máy in hiện có trên thị trường, hứa hẹn sẽ trở thành xu hướng phổ biến và được cải tiến trong tương lai.
Nhóm chúng tôi đã quyết định nghiên cứu công nghệ UV LED trong in Offset tờ rời, nhận thấy đây là một công nghệ hoàn toàn mới Việc tìm hiểu thiết bị này không chỉ giúp nâng cao kiến thức mà còn phát triển kỹ năng cập nhật thông tin và sự quan tâm đến ngành công nghệ in Sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn đã tạo điều kiện cho chúng tôi thực hiện đề tài này.
Tầm quan trọng của đề tài
Bài viết này sẽ tổng hợp những thông tin quan trọng về công nghệ UV-LED trong in offset tờ rời, bao gồm quy trình chế tạo, hệ thống UV-LED trên máy in, loại mực UV-LED và cơ chế làm khô mực.
1.3 Mục đích nghiên cứu đề tài
Công nghệ UV-LED trong in offset tờ rời đang ngày càng được ưa chuộng nhờ vào những ưu điểm nổi bật so với công nghệ UV truyền thống UV-LED không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu khí thải độc hại, mang lại môi trường làm việc an toàn hơn Bên cạnh đó, công nghệ này cho phép in ấn nhanh chóng và hiệu quả hơn, đồng thời cải thiện chất lượng bản in với độ bền màu cao So với UV truyền thống, UV-LED có thời gian khô nhanh hơn và ít tốn chi phí bảo trì, giúp doanh nghiệp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu công nghệ UV LED trong in offset tờ rời
Công nghệ chế tạo UV-LED trong in offset tờ rời
Hệ thống UV-LED trên máy in offset tờ rời
Cơ chế khô mực UV-LED
Công suất bức xạ UV LED, năng lƣợng hấp thụ mực
Nhóm nghiên cứu tập trung vào công nghệ UV-LED trong máy in offset tờ rời do hạn chế về thời gian.
1.5.1 Cơ sở phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Phương pháp truy cập Internet
Các loại sách giáo trình, sách tham khảo, truy cập internet
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý luận
Chương 3: Tìm hiểu công nghệ UV-LED trong in offset tờ rời
Chương 4: So sánh công nghệ UV truyền thống và UV LED
1.7 Quy trình thực hiện đề tài tốt nghiệp
Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện đồ án
STT Công việc Người thực hiện Thời gian thực hiện
1.Lập đề cương chi tiết
2 Tổng quan đề tài nghiên cứu
- Tầm quan trọng của đề tài
- Mục đích nghiên cứu dề tài
- Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Xây dựng quy trình thực hiện đố án
1.Tổng quan về phương pháp in offset
2 Thành phần cấu tạo mực
3 Cơ chế khô mực – Lắc
4 Tổng quan công nghệ UV
LED – năng lƣợng sấy UV
5 Ứng dụng công nghệ UV trong các lĩnh vực khác
1 Công nghệ chế tạo UV
2 Cấu trúc hệ thống UV LED
4 trên máy in offset tờ rời
3 Tìm hiểu mực UV LED
4 Cơ chế khô mực UV LED
5 Công suất bức xạ UV LED và năng lƣợng hấp thụ
1 Ƣu – Nhƣợc điểm công nghệ
UV truyền thống và UV LED
TỔNG HỢP ĐỒ ÁN VÀ
Trần Thị Kim Loan (Tổng hợp )
Hường (Chỉnh sửa - hoàn chỉnh đồ án)
Trần Thi Kim Loan + Tống Thị Mai Hường
Bảng 1.2 Sơ đồ khối thực hiện đồ án
Quy định về cấu trúc đồ án
- Tìm hiều PP in offset tờ rời.
- Tìm hiểu thành phần và cấu tạo của mực in UV
- Tìm hiểu cơ chế khô mực in UV
- Tìm hiểu công nghệ UV LED, năng lƣợng sấy UV
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống UV LED trên máy in Offset tờ rời
- So sánh UV truyền thống và UV LED.
Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Thiết kế bài báo cáo
Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Tìm hiểu công nghệ UV LED trong in offset tờ rời
Công nghệ chế tạo UV-LED trong in offset tờ rời
Hệ thống UV-LED trên máy in offset tờ rời
Cơ chế khô mực UV-LED
Công suất bức xạ UV LED, năng lƣợng hấp thụ mực
Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã tập trung vào công nghệ UV-LED trong máy in offset tờ rời do thời gian hạn chế.
Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Cơ sở phương pháp nghiên cứu cụ thể
Phương pháp nghiên cứu tài liệu
Phương pháp truy cập Internet
Các loại sách giáo trình, sách tham khảo, truy cập internet.
Kết cấu đồ án
Chương 1: Tổng quan đề tài nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý luận
Chương 3: Tìm hiểu công nghệ UV-LED trong in offset tờ rời
Chương 4: So sánh công nghệ UV truyền thống và UV LED
Quy trình thực hiện đề tài tốt nghiệp
Bảng 1.1: Kế hoạch thực hiện đồ án
STT Công việc Người thực hiện Thời gian thực hiện
1.Lập đề cương chi tiết
2 Tổng quan đề tài nghiên cứu
- Tầm quan trọng của đề tài
- Mục đích nghiên cứu dề tài
- Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
- Xây dựng quy trình thực hiện đố án
1.Tổng quan về phương pháp in offset
2 Thành phần cấu tạo mực
3 Cơ chế khô mực – Lắc
4 Tổng quan công nghệ UV
LED – năng lƣợng sấy UV
5 Ứng dụng công nghệ UV trong các lĩnh vực khác
1 Công nghệ chế tạo UV
2 Cấu trúc hệ thống UV LED
4 trên máy in offset tờ rời
3 Tìm hiểu mực UV LED
4 Cơ chế khô mực UV LED
5 Công suất bức xạ UV LED và năng lƣợng hấp thụ
1 Ƣu – Nhƣợc điểm công nghệ
UV truyền thống và UV LED
TỔNG HỢP ĐỒ ÁN VÀ
Trần Thị Kim Loan (Tổng hợp )
Hường (Chỉnh sửa - hoàn chỉnh đồ án)
Trần Thi Kim Loan + Tống Thị Mai Hường
Bảng 1.2 Sơ đồ khối thực hiện đồ án
Quy định về cấu trúc đồ án
- Tìm hiều PP in offset tờ rời.
- Tìm hiểu thành phần và cấu tạo của mực in UV
- Tìm hiểu cơ chế khô mực in UV
- Tìm hiểu công nghệ UV LED, năng lƣợng sấy UV
- Tìm hiểu cấu trúc hệ thống UV LED trên máy in Offset tờ rời
- So sánh UV truyền thống và UV LED.
Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Thiết kế bài báo cáo
CƠ SỞ LÝ LUẬN
Tổng quan về phương pháp in offset
Trong máy in offset tờ rời, mực và hình ảnh in được truyền qua ống cao su trước khi đến vật liệu in, thường là giấy Một đơn vị in offset, hay còn gọi là bộ phận in, bao gồm ba trục ống: ống bản, ống cao su và ống ép in Dù có nhiều cách sắp xếp, ống bản luôn nằm ở vị trí cao nhất, ống cao su ở giữa và ống ép in ở vị trí thấp nhất.
Khi các trục tiếp xúc và chịu áp lực, mực in được truyền từ bản in sang ống cao su và sau đó đến ống ép Khi không có quá trình in, các trục sẽ rời xa nhau Lực ép in phụ thuộc vào đường kính trục chứ không phải áp lực in Đường tiếp xúc giữa các trục được gọi là đường áp lực in, và các trục này được kết nối bằng bánh răng ăn khớp Ngay cả một rung động nhỏ cũng có thể gây ra sai sót trên bản in Do đó, khoảng cách giữa các trục ống trong in offset cần được điều chỉnh để phù hợp với độ dày của giấy và bọc ống, dẫn đến việc chọn bánh răng có mặt răng khớp nhau trên bánh răng nghiêng.
Bản in là một tấm kim loại dày 0,03mm chứa đầy đủ thông tin cần in, trong khi lớp cao su dày gần 2mm, có thể điều chỉnh, được làm từ vật liệu đàn hồi và vải Trục lô bản in có rãnh để gắn bản trục lô cao su và có khe hở để kết nối với trục ép in, nơi cũng có một khe hở để gắn hệ thống nhíp bắt, giúp vận chuyển giấy hiệu quả.
(Trích dẫn giáo trình ― Công nghệ in‖)
Hình 2.1 Cấu tạo chung của hệ thống lô mực in offset
Cấu tạo chung của hệ thống lô mực in offset gồm 5 thành phần:
- Máng mực: Chứa mực in cung cấp quá trình in Bao gồm dao máng mực, lô máng mực và các phím chỉnh mực (vít chỉnh mực)
- Lô lấy mực (chấm): Là lô nhận mực luân phiên tiếp xúc giữa lô máng mực và lô đầu tiên của hệ thống lô mực (thường là lô sàng)
Lô sàng mực (lô tán) là thiết bị được truyền động bằng bánh răng, có khả năng quay tròn quanh trục đồng thời dao động qua lại theo chiều dọc trục Chức năng chính của lô này là phân bố và dàn mỏng lớp mực trên bề mặt lô một cách hiệu quả.
Lô trung gian có vai trò quan trọng trong quá trình in ấn, tạo ma sát giữa các lô để truyền mực và dàn mỏng lớp mực Khi lô trung gian tiếp xúc với hai lô khác, nó được gọi là lô phân phối Nếu lô này đứng một mình, nó sẽ được gọi là lô đè (chặn).
- Lô chà mực: thường có từ 3 – 4 lô, có đường kính khác nhau, tiếp xúc và với bản in và truyền mực lên bản
(Trích dẫn giáo trình ― Công nghệ in‖)
Trong quá trình in, một lớp mực mỏng khoảng 1 micromet được truyền từ bản in lên bề mặt vật liệu Lô cấp mực cung cấp mực liên tục qua ống cao su đến bề mặt in Độ dày đồng đều của lớp mực trên bề mặt vật liệu là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng in Các yếu tố này tạo nên tiêu chuẩn chất lượng in ấn.
Sự thay đổi của độ dày lớp mực trong quá trình in
Sự đồng đều của lớp mực trên bề mặt vật liệu
Hệ thống cung cấp mực trong máy in offset tờ rời có 4 chức năng cơ bản:
Vận chuyển từ máng mực đến bản in
Tạo một lớp mực mỏng, có độ dày đồng đều trên toàn bộ hệ thống lô
Điều khiển lƣợng mực cung cấp nhanh và chính xác
Bảo đảm sự truyền mực ổn định, liên tục trong suốt quá trình in
(Trích dẫn giáo trình ― Công nghệ in‖)
Mực in truyền từ bản in sang vật liệu in nhờ một ống trung gian, đó là ống cao su Nhiệm vụ của ống cao su là:
Giữ tấm cao su offset tiếp xúc với phần tử in trên ống bản
Ống ép in chuyển mực từ các phần tử in xuống giấy hoặc vật liệu khác, với cấu tạo tương tự như ống bản, bao gồm lòng máng, gờ ống và bánh răng truyền động Ống cao su tiếp xúc với cả ống bản và ống ép in để tạo lực ép, nhận mực và chuyển mực vào giấy in Đường kính gờ ống của ống cao su thường lớn hơn gờ ống của ống bản do tấm cao su dày hơn Trong in offset, có hai loại cao su: chịu nén và không chịu nén, nhưng phần lớn nhà in sử dụng cao su chịu nén Bề mặt cao su giữ ẩm cho các phần tử không in và bù trừ độ không bằng phẳng của vật liệu in Các yếu tố quan trọng của cao su bao gồm tính hóa lý, tuổi thọ và khả năng đàn hồi Tấm cao su được giữ trên ống cao su nhờ các thanh nẹp dạng tròn, giúp ôm sát vào bề mặt ống.
Thành phần cấu tạo mực UV offset
Chất tạo màu và pigment cho mực in offset thông thường cần được chú ý đặc biệt khi sử dụng cho mực in UV Pigment trong mực in UV phải có độ bền sáng cao khi tiếp xúc với tia UV Đặc biệt, pigment màu đen hoặc các màu sậm có khả năng hấp thụ tia UV, dẫn đến việc giảm sự thâm nhập của tia UV và hạn chế khả năng khô của mực in Do đó, các loại mực màu đen hoặc tối nên được bố trí ở vị trí cuối cùng trong hệ thống máy in nhiều màu ướt chồng ướt.
2.2.2 Dầu liên kết Đây là thành phần cơ bản của các loại mực, lắc tráng phủ Nó giúp cho mực có các tính chất in và khả năng bám chắc của mực in trên bề mặt vật liệu in Dầu liên
9 kết chỉ sử dụng trong mực in UV offset là các oligomer (các prepolymer – các polymer có khối lƣợng phân tử thấp) dựa trên gốc acrylat
Cũng như dầu liên kết trong mực in thông thường, các oligomer phải đảm bảo một yêu cầu sau:
Phải tạo với pigment thành một thể thống nhất, hỗn hợp đồng nhất và có đủ mọi tính chất của mực in
Mực in cần phải bền vững trong hệ keo hoá học, điều này đòi hỏi dầu liên kết phải chứa các hoạt tính bề mặt phù hợp Những hoạt tính này không chỉ đảm bảo sự thấm ướt bề mặt của pigment mà còn giúp ổn định chúng và cải thiện khả năng thấm ướt hiệu quả.
Phải có độ trơ hoá học (không phá huỷ và làm thay đổi tính chất của pigment, khuôn in, cao su…)
Mực phải bám chặt lên bề mặt vật liệu in và khả năng tạo polymer khi đƣợc sấy UV là nhanh nhất
Bảng 2.1 Đặc tính của một số loại oligomer dùng trong mực in offset
Loại oligomer Đặc tính Mật độ lbs./gal Độ nhớt @ o C
Thấm ƣớt bề mặt pigment tốt
Làm tăng độ bóng và màu sắc của mực
Amine synergist Tăng tốc, tốc độ sấy khô 9.5 2700@25 o C
Epoxy acrulate Thấm ƣớt bề mặt pigment tốt Tăng tốc, tốc độ sấy khô
Khả năng tạo nhũ tương tốt
Pha loãng mực in bằng các monomer có độ nhớt thấp giúp điều chỉnh độ nhớt của mực in Điều này khác biệt so với việc sử dụng chất độn trong mực in thông thường.
Các monomer của mực UV, bao gồm các gốc acrylate, tham gia vào quá trình polymer hóa khi được sấy UV, giúp duy trì độ dày của màng mực sau khi khô Điều này rất quan trọng vì nó đảm bảo không còn tồn đọng các chất hóa học lưu động, đặc biệt là trong ứng dụng bao bì thực phẩm và dược phẩm.
Các monomer sử dụng phải có các yêu cầu sau:
Có độ nhớt phù hợp để đảm bảo mực in là tốt nhất
Sức căng bề mặt và sức căng mặt tiếp xúc với nước đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nhũ tương với nước, với giá trị lý tưởng khoảng 10mN/m Khi sức căng mặt tiếp xúc với nước càng thấp, khả năng in ấn sẽ tốt hơn Tuy nhiên, nếu giá trị này giảm xuống quá thấp (0,5 – 1mN/m), mực in có thể hòa tan vào nước, gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình in.
Bảng 2.2 Sức căng bề mặt và sức căng mặt tiếp xúc của một số monomer
Loại monomer Sức căng bề mặt
Sức căng mặt tiếp xúc với nước (mPa.s) Độ nhớt (mN/m)
2.2.4 Chất gây phản ứng quang hoá
Chất hóa học này, khi tiếp xúc với tia UV, sẽ sản sinh ra các gốc tự do, từ đó làm tăng tốc độ quá trình polymer hóa mực in, giúp phù hợp với tốc độ hoạt động của máy in.
Vì các oligomer và monomer bản thân chúng có thể tạo phản ứng polymer hoá nhƣng tốc độ xảy ra quá chậm so với tốc độ của máy in
Trong thành phần cấu tạo của chất gây phản ứng quang hoá luôn có nhóm
Khi hấp thụ tia ánh sáng UV, các cặp gốc tự do sẽ tạo ra tại vị trí gốc carbonyl này
Ví dụ: Benzo phenol, Benzildimethylxeton
Trước đây, nhiều chất phản ứng quang hoá như benzo phenol thường tạo ra mùi khó chịu và ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng bám dính của mực in lên vật liệu khi được sấy bằng công nghệ UV.
Hiện nay, các chất gây phản ứng quang hoá mới đã được phát triển, giúp giảm thiểu mùi khi sấy khô Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều các chất này trong thành phần mực có thể ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng bám dính của mực.
2-methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholinopropan-1-one
Các chất ổn định thường được sử dụng để ngăn chặn sự ngưng tụ của pigment và khả năng tạo polymer của oligomer và monomer trong điều kiện ánh sáng thông thường.
Cơ chế khô mực UV – Lắc UV
Làm khô bằng bức xạ UV
Phản ứng kết dính trong in offset tờ rời diễn ra nhanh chóng dưới tác dụng của bức xạ UV, chủ yếu sử dụng đèn hồ quang thủy ngân với công suất 100-120W/cm để sấy khô Mặc dù nguồn bức xạ UV chỉ chuyển đổi khoảng 25% năng lượng từ đèn, nhưng nó vẫn tạo ra nhiệt độ cao, yêu cầu phải làm lạnh đầy đủ cho toàn bộ đèn và gương phản xạ Nhiệt độ này ảnh hưởng đến vật liệu in, với vật liệu dày hấp thụ nhiều nhiệt hơn Để bảo vệ tờ in khỏi bức xạ và nhiệt tích tụ, đèn UV được trang bị các thiết bị an toàn như gương phản chiếu kín, giúp hạn chế bức xạ phát tán và tập trung vào một hướng nhất định.
Cơ chế khô mực UV
Làm khô mực bằng UV là quá trình polymer hóa các chất liên kết trong mực, phù hợp với máy in Offset tờ rời và máy in cuộn Hệ thống làm khô bằng tia UV sử dụng đèn sấy UV đặt giữa các đơn vị in để đảm bảo mực khô hoàn toàn trước khi chuyển sang đơn vị tiếp theo, đồng thời ngăn ngừa tình trạng mực bị lột ra Khi sử dụng mực UV, lớp mực sẽ được trùng hợp ngay lập tức khi tiếp xúc với bức xạ UV trong vài phần giây Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu mực đặc biệt với các chất liên kết khác nhau và ion quang hóa, trong đó màu đen có khả năng ngăn cản bức xạ UV tốt hơn so với các màu sắc khác.
Làm khô UV truyền thống sử dụng đèn hơi thủy ngân với bước sóng từ 100-800 nm, có chóa đèn để phản xạ nhiệt Để hệ thống hoạt động hiệu quả, cần đảm bảo làm mát đèn và hút khí ozon sinh ra trong quá trình đốt Các loại đèn này được thiết kế để không vượt quá ngưỡng 0.1ppm nhằm bảo vệ quá trình làm việc và sức khỏe của người vận hành.
Bảng 2.3 Ƣu – nhƣợc điểm cơ chế khô mực UV Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Mực UV khô hoàn toàn trong khoảng bức xạ UV
Mức đầu tƣ cao cho thiết bị và các loại phụ tùng thay thế
Không làm hƣ hỏng tờ in khi mực in dính vào nhau hoặc mực quá dày
Giá thành mực in cao cũng nhƣ các loại hóa chất phụ trợ (dung môi)
Có thể thành phẩm ngay sau khi in
Thời hạn sử dụng của đèn UV ngắn
In rất tốt trên các vật liệu không thấm hút nhƣ: nhựa, màng kim loại…
Khả năng in trên vật liệ thấm hút thấp
Tạo bụi mù (thuộc tính dẻo của mực UV), mực UV dùng cho in Offset làm giảm tốc độ của máy in
Nguyên lý sấy khô mực – lắc UV
Nhựa liên kết và dung môi trong mực lắc UV chủ yếu có nguồn gốc từ acrylat, với acrylat và các anken có khả năng hấp thụ năng lượng.
Để tạo ra polymer bằng cách sử dụng năng lượng UV, các hợp chất acrylat thường gặp khó khăn trong việc hấp thụ năng lượng này và quá trình polymer hóa diễn ra chậm hơn so với tốc độ in của máy Điều này dẫn đến tình trạng màng mực khô không kịp Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất đã bổ sung chất gây phản ứng quang hóa (photoinitiator - PI) vào mực lắc UV PI có khả năng hấp thụ năng lượng UV nhanh chóng, tạo ra các gốc tự do, giúp tăng tốc độ khô của mực bằng cách phản ứng và hình thành liên kết với các nối đôi trong nhựa acrylat, từ đó tạo ra mạng lưới polymer hiệu quả hơn.
Chất gây phản ứng hoá học và quá trình tạo gốc tự do
Chất gây phản ứng quang hoá sử dụng cho mực UV thông thường là:
2 – methyl – [4-(methylthio) phenyl] – 2-morpholinopropan – 1 – one
Hầu hết trong các nhóm này đều có nhóm cacbonyl :
Cơ chế phản ứng xảy ra nhƣ sau:
Khi được chiếu sáng bằng tia UV, năng lượng photon được hấp thụ bởi electron trong nhóm cacbonyl, khiến electron này chuyển từ quỹ đạo phản liên kết sang quỹ đạo có trạng thái năng lượng cao hơn Sự hấp thụ năng lượng UV làm cho electron tăng cường mức năng lượng, từ trạng thái cơ bản lên trạng thái năng lượng cao hơn.
Khi electron ở trạng thái kích thích tồn tại trong thời gian ngắn, nó sẽ trở về trạng thái cơ bản và phát ra bức xạ năng lượng Năng lượng này truyền tới các liên kết xung quanh, làm cho chúng bị bẻ gãy, tạo ra các chất đồng phân ly và các cặp gốc tự do.
Sau đây là những hình minh hoạ cho quá trình làm khô của mực UV
Hình 2.2 Quá trình làm khô mực UV
: Chất gây phản ứng quang hoá ( PI)
: Dung môi ( monomer) ® : Nhựa liên kết ( oligomer hay prepolymer)
H.1: Mực in ban đầu lúc chƣa đƣợc chiếu sáng UV
H.2: Ánh sáng UV kích thích PI và tạo ra các gốc tự do
H.3: Phản ứng tạo liên kết bắt đầu Các gốc tự do của PI tạo liên kết với monomer và oligomer có trong mực để hình thành các gốc tự do mới
H.4: Phản ứng tiếp tục diễn ra Quá trình này gọi là sự trùng hợp (hay quá trình trùng hợp)
H.5: Phản ứng kết thúc Liên kết mạng tinh thể đƣợc hình thành trong toàn lớp mực.
Tổng quan công nghệ UV LED, năng lƣợng sấy UV
Hệ thống LED UV mới của ASM mang lại năng suất năng lượng cao, sử dụng nguồn sáng LED, giúp tiết kiệm chi phí năng lượng và giảm độ phức tạp so với hệ thống UV arc truyền thống Điều này đáp ứng nhu cầu in ấn ngày càng nhanh và hiện đại trong ngành in offset tờ rời.
Cường độ cao, trong suốt, năng lượng sấy đồng bộ, UV LED cung cấp cho hoạt động bề mặt ở khoảng cách lên đến 4inch (100mm)
Giảm 80% năng lƣợng so với công suất đèn thuỷ ngân UV và đèn hồ quang
Nút điều khiển ON/OFF kỹ thuật số của các module đèn không mất thời gian khởi động và tiết kiệm năng lƣợng hàng trăm giờ mỗi năm
Không nhiệt hồng ngoại đƣợc phát ra từ các nguồn sáng LED
Hệ thống diện tích nhỏ với các tuỳ chọn điều khiển linh hoạt
Cho phép tuỳ chọn bước sóng và thậm chí là trộn các bước sóng từ 365, 375,
Hệ thống sấy UV LED trong in offset tờ rời mang lại tốc độ hoàn hảo và hiệu suất năng lượng cao, có khả năng tích hợp trên mọi máy in tờ rời Thời kỳ sử dụng máy sấy IR và Hot Air đắt tiền cùng với bột phấn đã qua, đánh dấu sự chuyển mình trong ngành in ấn hiện đại.
Hệ thống đèn LED AMS với cường độ cao và tính linh hoạt đã giải quyết hiệu quả vấn đề sấy khô tờ in Việc cài đặt đơn giản trên bất kỳ máy in nào giúp AMS "tái tạo lại" máy in Offset tờ rời truyền thống với tốc độ nhanh chóng Sau khi sấy bằng UV LED, các công đoạn tiếp theo như cắt, scoring và fabrication có thể được thực hiện ngay lập tức.
ASM cung cấp giải pháp cài đặt đèn UV LED trên máy in offset tờ rời với tất cả các nhà sản xuất như Akiyama, Heidelberg, Komori, Sakurai, KBA, Manroland, Ryobi và Mitsubishi Đèn sấy dòng Series ASM XP có kích thước tiêu chuẩn, giúp việc lắp đặt trở nên nhanh chóng và dễ dàng nhờ không cần nhiệt, ozone hay ống dẫn, cũng như không có bộ phận chuyển động Hiện nay, ASM LED được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống máy in nhờ vào thiết kế mô-đun nhỏ gọn và liền mạch, cho phép chúng vừa vặn với chiều rộng sấy.
Việc áp dụng công nghệ UV LED trong in ấn của ASM mang lại hiệu quả cao với tốc độ nhanh chóng và thân thiện với môi trường nhờ không sử dụng nhiệt hay bột phấn Công nghệ này cung cấp nhiều lợi ích, bao gồm khả năng điều chỉnh cường độ mực in và quản lý dữ liệu thông qua hệ thống AMS light + control (LC) kiểm soát UV Hệ thống LC được thiết kế linh hoạt, có thể điều khiển từ kích thước giấy nhỏ đến khổ lớn, đồng thời đảm bảo bảo vệ tối đa cho đèn LED Với thiết kế nhỏ gọn, hệ thống này dễ dàng di chuyển và lắp đặt giữa các máy in, tạo ra một giải pháp di động hiệu quả cho ngành in.
Máy in offset tờ rời thường có khả năng in lên đến 6 màu, với mođun LED đơn XP được cài đặt hoàn hảo trước khi khởi động máy hoặc trước khi sử dụng máy tráng phủ Mođun ASM XP dễ dàng lắp đặt và có thể di chuyển linh hoạt giữa nhiều vị trí trên máy in ASM cung cấp mô hình chuẩn cho hầu hết các loại máy trên thị trường và hợp tác chặt chẽ với các OEM hàng đầu trong ngành công nghiệp.
Ứng dụng công nghệ UV trong các lĩnh vực khác
Ngoài sử dụng công nghệ UV trong in ấn, UV còn ứng dụng trong các lĩnh khác, cụ thể:
Ứng dụng công nghệ UV trong xử lý nước sinh hoạt và công nghiệp đã chứng minh hiệu quả cao trong việc khử trùng nước sạch và nước thải Tia cực tím không chỉ được sử dụng trong ngành dược phẩm và thực phẩm mà còn trong việc khử trùng các bề mặt quan trọng như bệnh viện và dụng cụ y tế Công nghệ này mang lại giải pháp an toàn và hiệu quả cho việc bảo vệ sức khỏe cộng đồng.
17 dụng giảm hàm lƣợng ozone và phân huỷ TOC (hợp chất Cacbon Oxit tổng hợp) trong nước siêu tinh khiết, làm giảm hàm lượng clo trong hồ bơi
Hình 2.3 Sử dụng bức xạ tia UV để giảm lƣợng Cloramin ở hồ bơi
Nước trong hồ bơi cần được xử lý đúng cách để ngăn ngừa sự gia tăng nồng độ các sản phẩm phụ từ quá trình khử trùng, điều này có thể gây ra các bệnh như đau mắt đỏ, hen suyễn và dị ứng Để đảm bảo an toàn, hàm lượng Clorin liên kết tối đa cho phép trong nước hồ bơi là dưới 0,2 mg/l.
Hình 2.4 Những ưu điểm của công nghệ khử trùng nước bằng tia UV
Clorin trong nước hồ bơi
Giết chết vi sinh vật trong vài giây
Dễ bảo trì và xử lý Độ tin cậy cao nhất
Không sử dụng hóa chất
Không thay đổi tính chất hóa học của nước
Chi phí vận hành thấp
Công nghệ in màu UV mang lại hình ảnh sắc nét và sống động mà không cần xử lý nhiệt, giúp giảm thiểu việc sử dụng thiết bị hỗ trợ Ngoài ra, công nghệ này cho phép in mực trắng trên chất liệu trong suốt và tùy chọn xoá lớp phủ, tăng cường độ bền cho sản phẩm quà tặng Với in UV, việc cá nhân hóa quà tặng trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, cho phép in hình ảnh, chữ, logo, hình ảnh 3D và thông tin khác lên nhiều chất liệu với chất lượng tuyệt vời.
Hình 2.5 Các sản phẩm quà tặng đƣợc in bằng công nghệ UV
Ứng dụng công nghệ UV trong diệt khuẩn không khí:
Hình 2.6 Ứng dụng công nghệ UV trong diệt khuẩn không khí
Công nghệ UV là giải pháp hiệu quả để diệt khuẩn trong không khí, loại bỏ vi khuẩn, virus và mầm bệnh trên bề mặt vật thể Việc lắp đặt đèn UV cùng hệ thống HVAC tại bệnh viện giúp tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh và các mầm bệnh lây qua đường hô hấp, đảm bảo môi trường sạch sẽ và an toàn cho bệnh nhân.
Trong ngành in ấn, việc sử dụng đèn UV để diệt khuẩn không khí mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe người lao động, đặc biệt trong môi trường có hóa chất độc hại như nhựa, cao su và gỗ Đèn UV tập trung năng lượng ở bước sóng 254nm, có khả năng tiêu diệt vi sinh vật ô nhiễm và bào tử nấm mốc bằng cách phá vỡ liên kết DNA, ngăn chặn sự phát triển và sinh sản của chúng Công nghệ UV sử dụng LED cũng có những ứng dụng an toàn trong thực tiễn, góp phần cải thiện chất lượng không khí làm việc.
LED được sử dụng rộng rãi làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện tử, đèn quảng cáo, trang trí và đèn giao thông Nhờ vào những ưu điểm vượt trội, LED còn được ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng, có khả năng thay thế hoàn toàn các nguồn sáng thông thường khác.
LED được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử viễn thông, bao gồm các thiết bị điều khiển từ xa, cảm biến hồng ngoại, công nghệ truyền dữ liệu qua tia hồng ngoại (IrDA) và LED UV dùng để khử trùng nước.
Trong lĩnh vực y tế, việc ứng dụng công nghệ LED trong phẫu thuật đã trở thành một nhu cầu thiết yếu, với đèn mổ LED được xem là một bước đột phá quan trọng.
Đèn mổ công nghệ LED mang lại hiệu quả cao trong phẫu thuật, đặc biệt là cho các vùng mổ sâu, với khả năng xoá bóng mờ tốt và thân thiện với môi trường Công nghệ ánh sáng LED hiện nay được xem là phương pháp chăm sóc da lão hóa và da nám toàn diện, với các ưu điểm vượt trội như không đau, không tác dụng phụ, không cần chăm sóc sau phẫu thuật, an toàn và hiệu quả cho mọi loại da, nhanh chóng và tiện lợi.
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ UV LED TRONG IN OFFSET TỜ RỜI
Công nghệ chế tạo UV LED
Sấy UV là quá trình quang hoá, biến đổi chất tráng phủ hoặc chất kết dính thành chất rắn mà không cần nhiệt, mà thay vào đó sử dụng bức xạ năng lượng UV để "khô" trong vài giây Phương pháp này đã được áp dụng trong ngành in ấn hơn 40 năm và hiện nay được nhiều nhà sản xuất công nghiệp sử dụng cho các quy trình như sơn gỗ, lắp ráp điện tử, sơn thiết bị y tế và nhiều ứng dụng khác.
Quá trình sấy UV hiệu quả phụ thuộc vào sự tương thích giữa đầu ra của đèn sấy UV và đặc tính hấp thụ của các chất hóa học UV Công thức hóa học cần được xác định với mật độ năng lượng (mJ/cm²) và bước sóng (nm) phù hợp Các thử nghiệm trong phòng lab thường được thực hiện để xác nhận hiệu suất hóa học và thông số kỹ thuật của đèn UV Ngoài ra, công thức UV có thể điều chỉnh độ nhớt để đáp ứng nhu cầu của mực in, lớp phủ hoặc các phương pháp ứng dụng chất kết dính như lưới in, trục phủ hoặc chất kết dính có độ chính xác về định lượng Việc chú ý đến các vùng bóng cũng rất quan trọng để đảm bảo năng lượng được phân phối đồng đều.
UV không thể đạt đƣợc, một quá trình vẫn có thể đạt đƣợc nhiều ƣu điểm của sấy
UV bằng cách sử dụng một một hoá chất sấy kép, kết hợp tia UV và nhiệt hơi ấm để sấy
Hình 3.1.Quy trình sấy UV LED
Hệ thống đèn UV LED bao gồm nhiều thành phần phối hợp chặt chẽ, giúp xác định hiệu suất tổng thể của hệ thống Thiết kế các thành phần quan trọng là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Thành phần cấu tạo nguồn sáng đèn UV LED, bao gồm:
Bảng 3.1 Thành phần cấu tạo LED
LED Thành phần đóng rắn tạo ánh sáng UV
Array Phân nhóm các đèn LED nhằm tối đa hóa sản lƣợng UV để đạt đƣợc tỷ lệ sấy mong muốn III
Hệ thống Thermal Cooling được thiết kế để quản lý nhiệt hiệu quả, loại bỏ nhiệt phát sinh từ dãy đèn LED Điều này giúp duy trì nhiệt độ hoạt động ở mức thấp, từ đó nâng cao tuổi thọ của đèn LED.
Optics Việc định hình, phản xạ và định hướng của ánh sáng UV-LED để đảm bảo ánh sáng tối đa
3.1.1 LED – Thành phần cấu tạo cơ bản Đây là nền tảng cơ bản, là sự lựa chọn đầu tiên của một nhà cung cấp đèn LED Đó là lựa chọn quan trọng có ảnh hưởng đến phần còn lại của kiến trúc và thiết kế hệ thống Không phải tất cả đèn LED đƣợc tạo ra đều có đặc điểm giống nhau Nhà cung cấp sẽ chú trọng trong việc lựa chọn đèn UV LED về chất lƣợng, chủng loại, chất liệu và hình dáng của LED cho hệ thống
LED được cấu tạo từ khối bán dẫn loại P kết hợp với khối bán dẫn loại N, hoạt động tương tự như nhiều loại bán dẫn khác Trong mạch điện, dòng điện di chuyển từ cực dương sang cực âm, trong khi các electron phải di chuyển ngược lại từ cực âm sang cực dương Diode, một thiết bị điện tử được thêm vào mạch, có chức năng hạn chế dòng điện và hoạt động như một công tắc hay van Một đặc điểm quan trọng của diode là khả năng dẫn điện chỉ theo một chiều Tại mối nối PN, diode được thiết kế đặc biệt với lớp vật liệu bán dẫn có độ dày dưới một nửa micro.
Hình 3.2 Lớp tiếp giáp PN
Lớp tiếp giáp PN được hình thành từ một mảnh tinh thể bán dẫn, trong đó các tạp chất được pha tạp vào chất bán dẫn Quá trình sản xuất diễn ra ở cả hai bên (P và N) để tạo ra lớp tiếp giáp này.
Khi P trở thành điện tích dương và N trở thành điện tích âm, hai bên của diode được gọi là Anode (+) và Cathode (-) Dòng điện di chuyển từ P sang N nhưng không thể chảy ngược lại; tuy nhiên, điện tích vẫn chỉ chạy từ N sang P.
Ranh giới giữa lớp tiếp giáp PN được gọi là vùng cạn kiệt, nơi không dẫn điện, trong khi hai bên P và N đều dẫn điện Nếu không thay đổi các đặc tính của vùng cạn kiệt, điện tích sẽ không thể di chuyển qua lớp tiếp giáp này Tuy nhiên, nếu vùng cạn kiệt được giảm thiểu về kích thước và tính hiệu quả, điện tích có thể thâm nhập và di chuyển từ N sang P, cho phép điện năng chảy từ cực dương đến cực âm của nguồn cung cấp điện áp thấp khi được kết nối với Anode và Cathod.
Khi một nguồn điện áp được kết nối, Anode với cực dương và Cathode với cực âm, khối bán dẫn P chứa lỗ mang điện tích dương, trong khi khối bán dẫn N chứa nhiều electron mang điện tích âm Sự di chuyển của các lỗ trống từ khối P và electron từ khối N về phía vùng cạn kiệt làm giảm độ rộng của vùng này, gây ra lực hấp dẫn giữa chúng Khi điện áp đủ mạnh, electron có thể vượt qua rào cản và lấp đầy các lỗ trống ở khối bán dẫn P, hiện tượng này được gọi là tái tổ hợp.
Hình 3.3 Xu hướng chuyển dịch trong lớp tiếp giáp PN
Khi chuyển đổi điện áp nguồn, hiện tượng phân cực ngược xảy ra, với cực âm nối với Anode và cực dương nối với Cathode Điều này dẫn đến sự di chuyển của các lỗ trống mang điện tích dương trong bán dẫn P và điện tử âm trong bán dẫn N ra khỏi vùng cạn kiệt, do bị hút về phía các điện tích đối nghịch của nguồn Kết quả là độ rộng của vùng cạn kiệt gia tăng, gây ức chế dòng điện Nếu điện áp đủ cao được áp dụng, lớp tiếp giáp PN có thể bị phá vỡ, cho phép dòng điện chảy từ cực dương của nguồn qua bán dẫn N, vùng cạn kiệt, đến bán dẫn P và trở lại cực âm của nguồn.
Hình 3.4 Xu hướng đảo ngược dòng gây ra sự phân cực ngược khi chuyển đổi điện áp
Tùy thuộc vào cấu trúc của bán dẫn, các điện phát quang có khả năng phát ra bước sóng đơn sắc trong toàn bộ dải quang phổ điện từ, điều này xảy ra ở nhiệt độ phòng, trái ngược với sự phát sáng nhiệt chỉ xuất hiện khi vật liệu được nung nóng trên 750ºC Đèn LED có thể phát ra ánh sáng hồng ngoại (870-980 nm), ánh sáng có thể nhìn thấy (390-780 nm) và một số tia cực tím (365-405 nm), như được minh họa trong các hình ảnh tương ứng.
Hình 3.5 Sự chuyển dời của các hạt điện tử và lỗ trống qua mối nối PN và hình dạng của LED
Hình 3.6 Dải bước sóng của đèn UV LED
Hình 3.7 Các mẫu đèn LED phát ra ánh sáng UV (a), ánh sáng nhìn thấy (b), ánh sáng hồng ngoại (c)
Khi một nguồn điện được kết nối với đèn LED, dòng điện từ khối bán dẫn P di chuyển đến n-side (Anode đến Cathode) Các điện tử vượt qua vùng cạn kiệt và điền vào các lỗ trống, giảm năng lượng và phát ra photon dưới dạng bức xạ điện từ Năng lượng thừa này có thể chuyển thành các bước sóng như hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng cực tím Việc lựa chọn vật liệu bán dẫn quyết định bước sóng phát ra từ diode, tạo ra các tia sáng khác nhau như hồng ngoại, tia cực tím và các màu quang phổ khác.
Bảng 3.2 Vật liệu làm lõi chất bán dẫn
Vật liệu Bước sóng (nm)
Bảng 3.3 Các loại màu sắc cùng với bước sóng, điện áp và vật liệu
Màu sắc Bước sóng [nm] Điện áp [ΔV] Vật liệu
Hồng ngoại λ > 760 ΔV < 1.63 Gallium arsenide (GaAs)
Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Đỏ 610 < λ <
Aluminium gallium arsenide (AlGaAs) Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP)
Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP)
Gallium arsenide phosphide (GaAsP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Gallium(III) phosphide (GaP)
Indium gallium nitride (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN) Gallium(III) phosphide (GaP) Aluminium gallium indium phosphide (AlGaInP) Aluminium gallium phosphide (AlGaP)
Silicon carbide (SiC) as substrate Silicon (Si) as substrate
4.0 Indium gallium nitride (InGaN) Đỏ tía multiple types
Dual blue/red LEDs, blue with red phosphor, or white with purple plastic
Kim cương (235 nm) Boron nitride (215 nm) Aluminium nitride (AlN) (210 nm) Aluminium gallium nitride (AlGaN) Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN) — down to 210 nm
Blue with one or two phosphor layers: yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards, or white with pink pigment or dye
Trắng Broad spectrum ΔV = 3.5 điốt xanh da trời/UV kết hợp với lớp phủ cho màu vàng
Mặt trời là nguồn gốc của toàn bộ quang phổ bức xạ cực tím, bao gồm UV-A, UV-B và UV-C, với bước sóng từ 200 đến 3000nm Đèn UV LED phát ra ánh sáng trong một phạm vi hẹp, tập trung vào các bước sóng cụ thể như 365nm, 385nm, 395nm và 405nm Hầu hết các tiêu chuẩn sấy UV sử dụng bước sóng trong phạm vi hẹp, trong khi phần còn lại có thể gây hại từ UV-C và phát thải hồng ngoại Đèn UV LED cung cấp hiệu quả sấy với khả năng chuyển đổi 20 – 40% năng lượng đầu vào.
Đèn LED sử dụng ánh sáng tia cực tím có thể hoạt động mà không tiếp xúc với tia UV-C có hại và tia hồng ngoại Hiệu suất chuyển đổi điện năng đạt khoảng 80%, đồng thời tiết kiệm nhiệt hơn so với đèn thủy ngân.
Cấu trúc hệ thống UV LED trên máy in offset tờ rời
Đèn LED UV AMS dòng XP mang lại hiệu suất cao cho máy in offset tờ rời, đứng đầu thế giới về công nghệ UV LED trong lĩnh vực này và có thể được cài đặt trên mọi loại máy in.
Hệ thống LED của AMS mang lại hiệu quả năng lượng cao và có thể tích hợp bộ sấy UV LED trên bất kỳ máy in tờ rời nào, giúp loại bỏ sự phụ thuộc vào máy sấy IR hay Hot Air đắt tiền và thời gian chờ đợi cho tờ in khô Với cường độ ánh sáng cao và tính linh hoạt, hệ thống đèn LED AMS đã giải quyết hiệu quả các vấn đề trong quy trình in ấn Việc cài đặt dễ dàng trên bất kỳ máy in nào giúp AMS "tái tạo lại" máy in Offset tờ rời truyền thống, cho phép thực hiện các công đoạn tiếp theo như cắt, scoring và fabrication ngay lập tức sau khi sấy bằng UV LED.
Hình 3.20 Không cần lớp bột hoặc lớp phủ bảo vệ
Hình 3.21 Hệ thống đèn UV LED trên máy in offset tờ rời
Đèn sấy LED năng lượng cao nhất thế giới, bao gồm các mẫu AMS XP5 cho máy in tốc độ trung bình và XP7 cho máy in tốc độ cao, đang tạo ra bước đột phá cho công nghệ UV LED trong máy in offset tờ rời Cấu hình này mang lại hiệu suất vượt trội và cải thiện chất lượng in ấn.
Hệ thống thông thường bao gồm 1 – 2 đèn LED, thường được lắp đặt ở cuối máy in sau đơn vị sấy trước tráng phủ hoặc tại đầu ra của đơn vị sau tráng phủ Những đèn LED này hoàn toàn hoán đổi cho nhau, giúp duy trì khả năng in ấn mà không mất đi bất kỳ tùy chọn nào Nếu cần sấy màu trắng đục sau 2 đơn vị in, chỉ cần thêm một module LED.
Hình 3.22 Modum đặt đèn LED
Bộ sấy UV LED năng lƣợng cao (12W)
Kính quang học đƣợc chuẩn hóa về khoảng cách
Module bằng nhôm đƣợc đóng rắn
Độ dài tia phát xạ đồng nhất, liên tục
Mạch điện đƣợc làm mát trong thời gian dài
Những con chip có thể thay thế từng cái riêng biệt
Tiêu thụ năng lƣợng thấp
Phù hợp với UL, CE
Trong máy in offset tờ rời, thách thức lớn nhất đối với công nghệ UV LED là đạt được cường độ ánh sáng cao trong khoảng cách chấp nhận được, thường yêu cầu khoảng cách tối thiểu 30mm (1,25in) giữa các sàn hoặc khu vực trạm, và có thể lên đến 100mm (4in) sau đơn vị sấy Hệ thống UV LED truyền thống không được thiết kế với hệ thống kính quang học, do đó phạm vi sấy được thiết kế gần với khoảng cách phun mực.
AMS giải quyết vấn đề với hệ thống kính quang học, cho phép chùm tia chuẩn trực cường độ cao từ bóng đèn đến mục tiêu 150mm Sử dụng kính quang học, đèn UV LED XP duy nhất có thể sấy ở bất kỳ vị trí nào với cường độ vượt trội gấp 3 lần so với các công nghệ như thuỷ ngân, hồ quang UV hoặc H-UV, đồng thời tiết kiệm một nửa điện năng tiêu thụ và không gây ảnh hưởng không mong muốn.
Hình 3.23 Khoảng cách (độ hở) giữa các sàn hoặc khu vực trạm
Hệ thống AMS cho phép lắp đặt đèn UV LED trên bất kỳ máy in offset tờ rời nào, bao gồm các thương hiệu như Akiyama, Heidelberg, Komori, Sakurai, KBA, Manroland, Ryobi và Mitsubishi Đèn sấy dòng AMS XP có kích thước tiêu chuẩn, phù hợp với mọi loại máy in.
AMS, một trong những nhà sản xuất hàng đầu trong lĩnh vực đèn LED, đã khắc phục những hạn chế kỹ thuật bằng cách mở rộng ứng dụng của LED UV trên máy in offset tờ rời Đèn UV LED không tạo ra nhiệt, ozon và không cần ống dẫn, do đó việc lắp đặt diễn ra nhanh chóng và hiệu quả nhờ vào việc không có bộ phận chuyển động.
Hiện nay, AMS LED được lắp đặt phổ biến trên hầu hết các hệ thống máy in nhờ vào thiết kế nhỏ gọn và liền mạch của chúng Các modum LED này có khả năng vừa vặn một cách dễ dàng với chiều rộng của hệ thống sấy.
Hình 3.24 UV – LED đƣợc cài đặt trên bất kì hệ thống máy in
Tại thời điểm này, có một số công ty sau đã cài đặt đơn vị UV LED trên máy in:
IST Metz – LUV LED System
Air Motion Systems – AMS LED-UV Peak Series XP Systems
Phoseon – Fire Series LED lamps
Bảng 3.8 Hệ thống UV LED trên máy in Ryobi
Curing for full – color printing
4 color straight printing and 2 color front side,
(Curing for chemical embossed printing)
Curing for single – color or- color printing
- *1: Single – color/2-color printing type
- *3: Models with a varnish coater can use a drying unit that allows mounting of a standard LED UV curing unit
- *4: An interdeck type for performing pre- curing can also be installed between printing unit
Đơn vị điều khiển UV LED có thể lập trình, modum nhỏ gọn, tiện ích
In LED mang lại nhiều lợi ích như khả năng điều chỉnh cường độ ánh sáng, đầu ra phân đoạn và khả năng lập trình thông tin liên lạc với hệ thống kiểm soát AMS Light + Control (LC) Đèn LED có thể di chuyển từ kích thước nhỏ nhất đến định dạng lớn nhất, trong khi các hệ thống điều khiển LC được thiết kế để quản lý lập trình của đèn LED, bảo vệ hệ thống tối đa và tiết kiệm diện tích lắp đặt.
Yêu cầu chỉ có 50% năng lƣợng của tia UV hay H-UV
Chiếm ít không gian sàn nhà
Nút bấm nhanh chóng đƣợc tích hợp
Sản lƣợng điện của phân đoạn tiết kiệm hơn
Đèn UV LED nên được lắp đặt giữa đơn vị sấy và đầu ra tráng phủ, với đơn vị LED dòng XP cho phép chuyển đổi linh hoạt Đối với các lớp phủ UV phổ biến, có thể sử dụng đơn vị UV tiêu chuẩn thay cho LED Hệ thống UV LED giúp tăng tốc độ làm việc, đảm bảo giấy in khô hoàn toàn mà không cần sử dụng nhiệt.
Hình 3.26 Hệ thống UV LED trên máy in offset tờ rời đặt tại các vị trí tuỳ thuộc đặc tính công việc
Vị trí lắp đặt đèn UV LED sau đơn vị sấy trên máy in offset tờ rời
Trên hầu hết các máy in Offset 6 màu, modum LED XP được cài đặt trước khi bật máy Perfector hoặc tại đơn vị tráng phủ, hoặc ở đầu ra của đơn vị sau tráng phủ Modum AMS XP dễ dàng cài đặt và có thể di chuyển đến nhiều vị trí khác nhau trên máy in AMS cung cấp mô hình chuẩn cho hầu hết các máy trên thị trường và hợp tác chặt chẽ với các OEM hàng đầu trong ngành công nghiệp.
Hình 3.27 Vị trí lắp đặt đèn UV LED sau đơn vị sấy trên máy in offset tờ rời
Vị trí lắp đặt đèn UV LED là rất quan trọng trong quy trình in offset tờ rời, đặc biệt ở đơn vị đầu ra cho in tráng phủ và không tráng phủ Đối với máy in thẳng hoặc mặt thứ hai của máy in perfector, một mô-đun AMS UV LED thường được đặt ở đầu ra để tối ưu hóa chất lượng in và hiệu suất.
Mực được sấy ở tốc độ cao nhất với độ che phủ lên đến 400%, đồng thời áp dụng công nghệ tráng phủ LED OPV hay LED, mang lại hiệu quả tối ưu cho giấy mờ và bóng Điều này đặc biệt hiệu quả khi in thấm qua mặt sau và chấm nhỏ.
Hình 3.28 Vị trí lắp đặt đèn UV LED ở đơn vị đầu ra cho in tráng phủ
Máy in offset tờ rời với đèn LED cung cấp hệ thống sấy trên giấy, màng Metalize, giấy tổng hợp và nhựa
Khi sử dụng công nghệ in UV LED với mực polymer, việc không cần phun bột hoặc nhiệt giúp rút ngắn thời gian sấy trên máy in Điều này loại bỏ sự cần thiết của trục xi lanh đắt tiền trong chế độ hoàn thiện, đồng thời đảm bảo quá trình sấy khô hoàn toàn cho hầu hết các loại vật liệu, bao gồm giấy bóng, giấy mờ tráng phủ và không tráng phủ, bìa bao bì, giấy sợi tổng hợp, ép dán màng mỏng, chất dẻo như lenticular, cũng như đa số bao bì, thẻ và nhãn nhựa.
- Không cần thiết phải phun bột
- Không có vấn đề đánh dấu trên máy in
- Không có vấn đề làm khô trên nhiều nguyên vật liệu
Hình 3.29 LED sấy trên giấy, màng Metalize, giấy tổng hợp và nhựa
Mực LED không thấm nước và vecni tạo độ bóng , màu sắc và điểm tram sắc nét hơn
Tìm hiểu mực UV LED
Thành phần cấu tạo mực UV LED giống mực UV thông thường:
Nhựa (Prepolymer resin hay oligomer)
Monomer là các chất lỏng được sử dụng để điều chỉnh độ nhớt, thường là các polymer mạch ngắn Chúng có vai trò quan trọng trong việc giảm độ nhớt của mực và tăng khả năng thấm ướt với pigment Trong quá trình chiếu sáng UV, oligomers và prepolymers sẽ phản ứng với monomers để tạo thành các polymer dạng không gian.
Chất kích hoạt, hay còn gọi là chất nhạy (photointiator), là những hợp chất hữu cơ có khả năng khơi mào phản ứng polymer hoá khi tiếp xúc với ánh sáng UV Chúng dễ dàng chuyển đổi sang trạng thái gốc tự do dưới tác động của tia cực tím, từ đó thúc đẩy quá trình polymer hoá hiệu quả.
Photoinitiator đóng vai trò quan trọng trong phản ứng hóa học, cần phải phù hợp với đầu ra quang phổ của đèn và pigment sử dụng Để đạt được điều này, photoinitiator phải hấp thụ các bước sóng cao hơn, dẫn đến việc chúng thường có giá cao gấp 3 – 5 lần so với photoinitiator sấy UV truyền thống và chiếm khoảng 20 – 30% chi phí mực in.
Đặc tính mực Ultraking XCURA LED
Mực Ultraking XCURA LED của Flint Group là sản phẩm chuyên dụng cho in offset tờ rời và offset cuộn, được thiết kế tối ưu để sấy hiệu quả với công nghệ sấy đèn UV LED.
Ultraking XCURA LED được thiết kế với nguyên liệu đặc biệt, tối ưu cho bước sóng từ 385 đến 395nm, mang lại công suất đầu ra UV LED hiệu quả.
Công nghệ UV LED (Diode Phát Quang Tia Tím) mang lại nhiều lợi ích đáng kể, bao gồm việc giảm năng lượng cần thiết để sấy các loại mực, nhờ vào hiệu quả vượt trội của đèn UV LED Công nghệ này không chỉ tiết kiệm chi phí mà còn thân thiện với môi trường.
Việc sử dụng đèn UV LED mang lại nhiều lợi ích kinh tế, bao gồm giảm tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể, đảm bảo chất lượng in ấn, tăng năng suất và kéo dài thời gian hoạt động Đồng thời, không gian sản xuất cũng được mở rộng Hơn nữa, chi phí bảo trì đèn UV LED gần như là miễn phí, không cần thay thế thường xuyên và không phát sinh chi phí xử lý như đối với bóng đèn thủy ngân.
Lợi ích sinh thái: Tiết kiệm năng lƣợng, đèn UV LED không tạo ra ozone và thuỷ ngân, cải thiện môi trường an toàn
Ưu điểm mực Ultraking XCURA LED
- Độ bền màu sắc cao
- Ổn định mực nước tốt
- Tốc độ lưu hoá nhanh
- Ổn định trong suốt quá trình in
- Tuân theo tiêu chuẩn ISO 2846-1, cho quá trình in 4 màu
Bảng 3.9 Thành phần mực Ultraking XCURA LED Độ bền sáng 100%
Mực Ultraking XCURA LED rất thích hợp cho việc in ấn có hoặc không có Alcohol
Mực Ultraking XCURA LED được thiết kế đặc biệt để ngăn chặn sự trương nở và xuống cấp của các vật liệu cao su như EPDM và NBR Đây là loại mực UV có khả năng sấy khô và có thể tẩy rửa đến một mức nhất định, giúp giảm thiểu hiện tượng trương hoặc co lại của cao su Đối với những ứng dụng này, cao su EPDM, butyl nitrile và vinyl nitrile là những lựa chọn được khuyến nghị.
Bảng 3.10 Đặc tính và lợi ích khi sử dụng mực Ultraking XCURA LED Đặc tính Lợi ích
Sấy bằng công nghệ đèn UV LED
Chi phí năng lƣợng thấp; bảo trì thấp; không có tạo ozone; quá trình nhiệt thấp tương thích với các loại film nhạy nhiệt
Thích hợp cho tốc độ cao; nâng cao năng suất
Cường độ màu cao Chất lượng in tốt
Mực / đặc tính nhũ tương nước
Hiệu suất tối ƣu Ổn định quá trình in Yêu cầu rửa lô là tối thiểu
Tuân theo tiêu chuẩn ISO 2846-1
Thích hợp cho việc in ấn theo chuẩn ISO 12.647-1
Mực Ultraking XCURA LED phù hợp với:
- Tráng phủ và không tráng phủ
- Bìa dày tráng phủ và không tráng phủ
- Phù hợp cho carton, in ấn thương mại, nhãn hàng, bao bì
- Phù hợp cho hoàn thiện và trực tiếp in laser
- Đầy đủ các màu sắc cơ bản
- Pantone và đặc biệt phối trộn màu spot
- Phù hợp cho việc in ấn theo tiêu chuẩn ISO 12647 -1
- Mực Ultraking XCURA LED đƣợc sử dụng cho màu spot
Bảo quản và lưu trữ mực Ultraking XCURA LED:
• Nhiệt độ lưu trữ 5 – 35 độ C
Để đảm bảo sự ổn định của Ultraking XCURA LED trong tối thiểu 18 tháng kể từ ngày sản xuất, cần tránh ánh sáng trực tiếp từ mặt trời và tiếp xúc lâu dài với đèn huỳnh quang, đồng thời tuân thủ các điều kiện bảo quản thích hợp.
LED là biểu tượng của sự tiết kiệm năng lượng và hiện đã được tích hợp vào máy in offset tờ rời, giúp duy trì lợi thế khô nhanh của mực in.
UV, mực in hiệu suất cao này có thể đạt đƣợc sự tiết kiệm năng lƣợng và giảm lƣợng khí thải CO 2
Giảm 75% mức tiêu thụ năng lƣợng so với việc in UV truyền thống
Đèn LED có tuổi thọ dài hơn đèn hiện có
Không sản sinh nhiệt và khí thải ozone từ bóng đèn
Đèn không có thủy ngân
Đối với dòng mực FD LED AD R Đặc tính sản phẩm
FD LED AD Yellow R M, L ( loại L là mực khử cacbon nhiều hơn so với M)
Bảng 3.11 Số liệu kỹ thuật mực FD LED AD R
Đối với dòng mực FD LED AD White R Đặc tính sản phẩm
FD LED AD White R M, L (L type is softer ink than M) FD LED AD OP White R M, L
FD LED AD OP White R có khả năng chống chịu tốt hơn và mềm hơn FD LED White R, do đó có thể in chồng màu lên màu khác
Bảng 3.12 Số liệu kỹ thuật mực FD LED AD White R
Cả hai dòng mực đều có đặc điểm chung:
- Đặc tính sấy dưới điều kiện của đèn LED gần giống với mực UV truyền thống
- Độ bám dính tốt trên nhiều loại màng khác nhau
- Không trộn với mực UV khác Nó sẽ trở nên hiệu suất kém
- Cần phải kiểm tra mực trước khi in vì đặc tính bám dính được thay đổi bởi điều kiện in
Mực rất nhạy cảm và có thể bị khô khi tiếp xúc với ánh sáng đèn huỳnh quang Do đó, để bảo quản mực tốt nhất, nên xử lý mực trong điều kiện không có ánh sáng đèn huỳnh quang hoặc trong bóng tối.
CƠ CHẾ KHÔ MỰC UV LED
Khi nhắc đến "điốt phát sáng" hay "đèn LED", nhiều người chỉ nghĩ đến ứng dụng chiếu sáng Tuy nhiên, công nghệ LED không chỉ được sử dụng cho chiếu sáng trong nhà và ngoài trời, mà còn cho các ứng dụng công nghiệp như xử lý sấy khô và phát hiện hàng giả Đặc biệt, công nghệ LED tia cực tím (UV) trong sấy khô đã được chấp nhận rộng rãi và đang tiếp tục phát triển trên toàn cầu.
Sấy UV LED là một kỹ thuật sử dụng năng lượng từ đèn LED trong quang phổ UV để xử lý mực, sơn, keo dán và các vật liệu sấy UV khác Ánh sáng tia cực tím tạo ra phản ứng dây chuyền, dẫn đến quá trình trùng hợp và làm đóng rắn hoặc sấy khô các vật liệu này.
Hình 3.32 Quá trình các photoinitiator (PI) sản xuất các gốc tự do liên kết ngang với chất kết dính (monome và oligome)
Theo truyền thống, đèn UV thủy ngân được sử dụng để sấy, nhưng hiện nay công nghệ này đã chuyển sang sử dụng năng lượng hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường.
Công nghệ UV LED đã chứng minh hiệu quả vượt trội cho nhiều ứng dụng, nhờ vào việc sử dụng đèn LED bán dẫn phát ra ánh sáng tia cực tím khi có dòng điện chạy qua Khi đèn LED được chuyển tiếp phân cực thuận, các electron tái tổ hợp với lỗ trống điện tử, giải phóng năng lượng dưới dạng photon.
Màu sắc của ánh sáng và năng lượng của các photon phụ thuộc vào khoảng cách năng lượng của vật liệu bán dẫn Nhiều công ty sản xuất đèn LED cho chiếu sáng chung cũng cung cấp đèn LED phát ra ánh sáng trong quang phổ tia cực tím.
Sấy UV là quá trình photopolymerization sử dụng năng lượng tia cực tím để chuyển đổi chất lỏng thành chất rắn Khi hấp thu năng lượng này, các photoinitiator (PI) tạo ra các gốc tự do, kết nối với chất kết dính (monome và oligome) thông qua phản ứng trùng hợp, giúp sấy hoặc củng cố mực, chất tráng phủ và chất keo Công thức UV còn bao gồm nhiều phụ gia như chất ổn định, chất làm ẩm, chất tăng cường độ kết dính, chất khử bọt và bột màu, nhằm mang lại các đặc tính và màu sắc mong muốn cho vật liệu.
Hình 3.33 Quá trình photopolymer hóa sấy UV
Công thức dung môi và hệ nước chuyển từ dạng lỏng sang rắn thông qua sự bốc hơi của các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) hoặc nước Quá trình làm khô truyền thống kéo dài thời gian và tạo ra VOC, dẫn đến độ dày lớp khô thấp hơn so với ứng dụng ban đầu Trong khi đó, sấy UV diễn ra nhanh chóng (thường dưới một giây), không phát thải VOC và tạo ra lớp khô dày hơn, rất quan trọng cho các ứng dụng cuối Quá trình sấy UV thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và giảm phế thải, đồng thời tăng tốc độ sản xuất Để tối ưu hóa sấy UV cho mực, chất tráng phủ hoặc chất kết dính, cần điều chỉnh đầu ra của đèn UV với sự hấp thụ quang phổ của photoinitiator (PI) Lượng PI trong công thức mực UV thường rất nhỏ, dưới 5%, và hấp thụ qua nhiều bước sóng Nhiều công thức UV hiện tại sử dụng đèn hồ quang thủy ngân với PI phổ rộng, nhưng trong dải UV-LED, một phần lớn hấp thụ PI bị lãng phí Do đó, công thức thiết kế đặc biệt cho sấy UV-LED sử dụng PI hấp thu tập trung trong dải UV-A mang lại hiệu quả cao hơn.
Hình 3.34 Độ hấp thụ quang phổ của photoinitiator so với đầu ra đèn UV truyền thống
Hình 3.35 Ví dụ về sự hấp thụ các bước sóng dài hơn của photoinitiators
Các monome trong công thức mực đóng vai trò là chất pha loãng, giúp kiểm soát độ nhớt cho các ứng dụng như phun, cán và in phun của vật liệu chưa lưu hóa Thay vì bay hơi, các monomer sẽ phản ứng và trở thành một phần của vật liệu sau khi sấy UV Các oligomer, với cấu trúc chính, sẽ xác định các đặc tính của mực.
Monome và oligome là dẫn xuất của acrylates hoặc methacrylates, thường chứa polyurethan, polyeste hoặc polyete Các bước sóng đầu ra dài hơn có khả năng thâm nhập qua độ dày và hệ thống pigment của vật liệu, giúp đảm bảo độ bám dính bề mặt và khả năng sấy Ngược lại, bước sóng ngắn (200-280 nm) không thể xuyên sâu vào bề mặt vật liệu, nhưng quá trình sấy vẫn rất quan trọng để cải thiện các tính chất bề mặt như khả năng chống xước và kháng hóa chất.
Sự ức chế oxy trong quá trình sấy UV-LED là một thách thức, nhưng đã có nhiều phương pháp để khắc phục vấn đề này Một giải pháp là thực hiện sấy trong môi trường trơ như nitơ, mặc dù phương pháp này có thể tốn kém và phức tạp Ngoài ra, việc bổ sung các hợp chất tiêu thụ oxy hoặc làm sạch amin và acrylates amin cũng là những lựa chọn khả thi để vượt qua sự ức chế oxy.
Nghiên cứu cho thấy rằng bức xạ cao nhất (W/cm²) và tổng năng lượng UV-A (mJ/cm²) là yếu tố quan trọng trong việc xác định công thức sấy trong vùng tia UV-A Đỉnh bức xạ đóng vai trò là thước đo cần thiết cho sự trùng hợp, vì cường độ cao là yếu tố quyết định Công suất bức xạ cao hơn giúp vượt qua sự ức chế oxy trên bề mặt, từ đó đạt được tỷ lệ sấy mong muốn.
3.5 CÔNG SUẤT BỨC XẠ VÀ NĂNG LƢỢNG HẤP THỤ
Công suất bức xạ là lượng năng lượng bức xạ đến một diện tích bề mặt đơn vị, thường là chất nền trong sấy UV, với đơn vị đo là watt hoặc miliwatt trên mỗi centimet vuông (W/cm² hoặc mW/cm²) Trong ngữ cảnh sấy UV, thuật ngữ cường độ thường được sử dụng để chỉ bức xạ, nhưng một cách chính xác hơn, bức xạ mô tả cách mà tia UV tác động đến bề mặt theo hai chiều.
Mật độ năng lượng bức xạ là lượng năng lượng tác động lên một bề mặt trong một đơn vị diện tích, thường được đo bằng Jun (J) hoặc milliJun (mJ) trên mỗi cm² (J/cm² hoặc mJ/cm²) Thuật ngữ này thể hiện sự tích hợp thời gian của các tia bức xạ, và trong quy trình sấy UV, nó được sử dụng để mô tả mật độ năng lượng bức xạ cần thiết cho hiệu quả sấy.
Cần lưu ý rằng mỗi hệ thống tia cực tím chỉ có thể phát ra một lượng bức xạ tối đa tại một mức năng lượng cụ thể, và lượng bức xạ này được tập trung tại một vị trí nhất định dưới nguồn phát bức xạ UV.
Hình 3.36 Hình ảnh thể hiện công suất bức xạ và mật độ năng lƣợng bức xạ
Bảng 3.13 Giải thích các ký hiệu và thông số về công suất bức xạ và mật độ năng lƣợng bức xạ
Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị
E Công suất bức xạ W/cm 2
A Diện tích thông lƣợng nhận đƣợc bức xạ cm 2
H Mật độ năng lƣợng bức xạ J/cm 2
Q Năng lƣợng bức xạ trong 1 khoảng thời gian t (s) J
Bức xạ UV suy giảm theo khoảng cách tại một vị trí nhất định, do đó, các ứng dụng thường hướng các nguồn UV để đảm bảo bề mặt sấy luôn ở vị trí có năng lượng bức xạ tối đa Kết quả là, bức xạ được coi là giá trị cố định, trong khi mật độ năng lượng bức xạ có thể thay đổi và được tăng cường bằng cách giảm tốc độ dòng điện hoặc tăng số lượng hệ thống.