Odolnost takového tisku je i na kapaliny v automotive a odolá i velmi teplé brzdové kapalině nebo taky záření slunce, kdy barva nevybledne. Tyto inkousty jsou určeny pro potisk například dílů automobilů, ale i v těžkém průmyslu nebo potisk nesavých materiálů a lakovaných povrchů a je odolný například na alkohol a nejde tedy umýt lihem nebo ředidly ani IPA (isopropylalkohol).

Jak to celé funguje v procesu identifikace a značení HP cartridge systémem?

V podstatě jednoduše. Vytisknete vše požadované na standardní tiskárně od TS Electronics Zlín a jen použijete speciální inkoust v cartridge, který obsahuje fotoiniciátor pro polymerní reakci, který změní inkoust na tvrdý, odolný polymer. Stačí jen inkoust krátce nasvítit UV LED lampou, kterou vyrábíme také v TS Electronics Zlín.

Důležitá je molekulární vazba inkoustu s materiálem, bez ní inkoust nedrží

Přesto, že je inkoust po polymerizaci velmi odolný na chemické kapaliny, jeho soudržnost s produktem je dána molekulární vazbou vytvořenou při prvním kontaktu s produktem. Musí se eliminovat jakékoliv separační látky oddělující inkoust od povrchu jako je prach, mastnota apod.
Pokud nebude molekulární vazba inkoustu dostatečná s produktem, tak po vytvrzení UV LED lampou a vzniku polymeru, inkoust se odloupne, setře dolů, nedrží na povrchu. Pokud se molekulárně spojí inkoust s povrchem, tak bude držet i po polymerizaci. Samotná polymerizace nezpůsobí vyšší soudržnost inkoustu s povrchem materiálu. Pokud nebude inkoust držet na povrchu, tak jeho polymerizace nezvýší jeho přilnavost k povrchu, pouze zabezpečí odolnost inkoustu na chemii.

Elasticita polymeru a jeho soudržnost s materiálem pro pružné materiály

Druhá vlastnost je houževnatost inkoustu po vytvrzení. Existují inkousty, které jsou velmi tvrdé po vytvrzení UV polymerizací a tedy například po výtisku na folii, kdy po ohnutí folie se inkoust odloupne, protože není pružný.
Druhý typ inkoustů je více elastický, plastický a zůstává na povrchu folie i po jejím ohnutí. Podobně to je na elastických hadicích, kdy polymerové inkousty mají menší odolnost na elasticitu materiálu, přesto se s nimi s výhodou značí v kabelovém průmyslu nebo v extruzních linkách. Inkoust před UV vytvrzením jde setřít rukou, není zcela zaschnutý na povrchu. Až po dávce UV LED záření se stává odolný na otěr.

Jaké další vlastnosti má UV vytvrditelný / polymerizující inkoust vůči chemikáliím, automobilovým kapalinám, slunečnímu záření?

UV vytvrzovací inkoust je zdaleka nejlepší inkoust pro odolnost vůči chemikáliím, rozpouštědlům, automobilovým kapalinám atd. Je to opět díky polymeraci. V normálním inkoustu musí být všechny složky (samozřejmě kromě pigmentů) v rozpuštěné v rozpouštědle (ředidle) a pojidla. To znamená, že všechny složky jsou v tomto rozpouštědle velmi dobře rozpustné. Pokud otřete tisk běžného inkoustu pomocí ředidla nebo jiných rozpouštědel, jsou složky snadno rozpustné a jdou dolů z povrchu.
To není případ UV vytvrzeného polymerizujícího inkoustu. Zde změníte kompletně chemickou strukturu inkoustu polymerizací. Polymer na konci chemického procesu změny struktury, již není rozpustný v ředidle a jiných chemikáliích, proto je mnohem stabilnější a odolnější vůči těmto látkám.
Kromě toho, zatímco ve standardním inkoustu nejsou molekuly inkoustu vzájemně spojeny a každá molekula má svou vlastní samostatnou adhezi k povrchu, v kapce inkoustu vytvrzovaného UV zářením jsou všechny molekuly inkoustu vzájemně spojeny (polymerizovány), a proto kombinují adhezní sílu všech molekul inkoustu v kapce - tedy nesporná výhoda polymerizujícího inkoustu, který tak mnohem pevněji drží na povrchu a nejde setřít.

Jelikož se jedná často o pigmentovaný inkoust, odolnost vůči UV záření například ze slunce je také velmi dobrá. Znamená to, že je inkoust velmi odolný na sluneční záření a jeho barevnost se neztratí i po přímém vystavení na slunečním záření. Prostě je zcela vhodný na venkovní použití a odolává povětrnostním vlivům, ale i praní v pračce.
Pro iniciaci polymerizace (rozpad fotoiniciátorů v inkoustu a zahájení polymerizace) je potřeba jen jednu UV vlnovou délku, proto je vhodné UV LED světlo na vytvrzení. UV LED vyzařuje pouze jednu konkrétní vlnovou délku, která pro aktivaci inkoustu stačí.
UV LED se vyrábějí z nitridu galia dopovaného indiem (InGaN). Vlnová délka je určena tzv. šířkou zakázaného pásu materiálu. Kvůli drobným nerovnoměrnostem v krystalové mřížce a tepelnému pohybu elektronů dochází k tomu, že fotony vznikají s mírně odlišnými energiemi, což přirozeně rozšiřuje výsledné spektrum.
Vlnová délka UV LED na 395 nm je v průmyslu k vytvrzování (curingu) inkoustů a polymerů považována za standard z několika klíčových důvodů, které společně dělají nespornou výhodu k použití. Více níže.

Hloubková penetrace UV LED světla pro polymerizaci inkoustu

Delší vlnové délky (jako 395 nm) pronikají materiálem lépe než kratší UV záření např. 365 nm. U silně pigmentovaných inkoustů (zejména pigmentové černé, neprůhledné pigmentové bílé nebo metalické barvy) pigmenty často pohlcují kratší UV paprsky a pigment zabrání průniku UV záření, což vede k tomu, že povrch sice zaschne, ale spodní vrstva inkoustu zůstane tekutá.
Světlo o 395 nm tyto vrstvy „propálí“ tím, že proniká hluboko do kapičky inkoustu až k podkladu a zajistí rovnoměrné vytvrzení v celém objemu inkoustové kapičky. Nicméně polymerizace inkoustu je nevratná a začíná prvním začátkem, který se spustí UV LED nasvícením. Polymerní řetězec pak postupuje dále a hluboko v inkoustu.

Vysoký výkon a účinnost UV LED zdrojů z TS Electronics Zlín

Z technologického hlediska jsou UV LED čipy pracující na 395 nm efektivnější než ty na kratších vlnových délkách, jako je 365 nm.

• Vyšší intenzita: 395nm UV LED dokáží generovat vyšší zářivý tok (výkon) při nižší spotřebě energie. Mají vyšší účinnost.
• Životnost: Tyto čipy bývají stabilnější a méně se zahřívají, což prodlužuje životnost vytvrzovacího zařízení, přesto je vyžadováno aktivní chlazení čipu LED, které prodlužuje životnost polovodiče.

Kompatibilita s fotoiniciátory inkoustu a nastavení polymerního procesu

Moderní polymery obsaženy v inkoustech jsou chemicky navrženy tak, aby obsahovaly fotoiniciátory, které mají absorpční maximum právě v oblasti 395–405 nm. Když toto světlo zasáhne fotoiniciátor inkoustu, spustí se blesková řetězová reakce (polymerizace), která během zlomku sekundy promění tekutinu v pevnou látku (polymer).
Vlnová délka UV LED na 395 nm nabízí nejlepší poměr mezi cenou, rychlostí vytvrzování a schopností proniknout hluboko do barvy, aniž by poškodil podklad. My v TS Electronics Zlín vyrábíme UV LED curing systémy nejvyšší kvality a s jednoduchostí servisu.

Konstrukce UV LED lampy a ochranné křemenné sklo a nižší tepelné namáhání podkladu

I když má vlnová délka UV LED světla na 395 nm vysoký výkon pro vytvrzení, generuje méně odpadního tepla, tedy velmi málo teplého infračerveného záření než tradiční rtuťové výbojky, které se používaly dříve. To generované teplo je velmi kritické při tisku na materiály citlivé na teplo, jako jsou tenké plastové fólie, které by se při použití jiných zdrojů mohly kroutit nebo tavit, ale i propálit.
UV LED méně tepelně namáhá potiskovaný materiál. Přesto je nutné vypínat UV LED, pokud produkt zastaví před UV LED lampou, která dokáže propálit folii, nebo i zapálit papír. UV LED lampa tak funguje téměř pulzně a vytvrdí inkoust na povrchu a vypíná se, když není potřeba její světlo.

V nabídce od TS Electronics Zlín je UV LED vytvrzovací lampa k řídící jednotce T10 G20, UV LED dryer, velikosti na ½ palec cartridge a je rozšířitelná až 4x ½ palec, tedy až na výšku 50,8 mm. Samozřejmě, že TS Electronics Zlín dokáže vyrobit i jiné velikosti UV LED systémy na 395 nm.

Křemenné sklo (Quartz glass) špičková propustnost pro celé spektrum UV záření.

Nejvíce UV záření (včetně UVA, UVB a částečně UVC) propouští křemenné sklo (křemen), které je klíčovým materiálem pro optické aplikace vyžadující vysokou propustnost v UV spektru,
Vlnová délka 395 nm se nachází na samé hranici mezi neviditelným UV zářením (UVA) a viditelným fialovým světlem. Na rozdíl od kratších vlnových délek (jako je UVC) je pro tuto hodnotu propustnost běžných typů skla velmi vysoká. Běžné okenní (sodnovápenaté) sklo: Propouští přibližně 90 % záření o této vlnové délce. Pro 395 nm se již okno chová téměř jako pro viditelné světlo. K výraznému blokování dochází až pod 330–340 nm. Křemenné sklo má zase propustnost 93%. Otázkou je ale tepelné namáhání skla sodnovápenaté sklo je k praskání při tepelném namáhání mnohem náchylnější než sklo křemenné. Hlavním důvodem je propastný rozdíl v jejich tepelné roztažnosti.
Pokud bude sklo vystaveno častým a rychlým změnám teplot, např. u výkonných UV výbojek nebo v blízkosti tepelných zdrojů. ale i působení UV LED výkonných zdrojů, sodnovápenaté sklo selže velmi rychle a praskne. Křemenné sklo je v těchto podmínkách prakticky nezničitelné.
Křemenné sklo (Fused Silica): Má extrémně nízký koeficient tepelné roztažnosti (asi 15× nižší než běžné sklo). Díky tomu téměř nemění svůj objem při změnách teploty, nevzniká v něm vnitřní pnutí a vydrží i drastické šoky – například prudké zchlazením vodou z teploty přes 1000 °C. Pro cyklické namáhání je to ideální materiál. Proto se používá i jako ochranný kryt UV LED zdrojů pro vytvrzení inkoustů a polymerizaci inkoustů.

Servisní pohled na UV LED systémy a jejich výhody v konstrukci

Systémy UV LED od TS Electronics Zlín mají několik výhod i na straně servisu a to je snadnost výměny UV LED diod v případě poruchy, zcela bez rozdělávání celého modulu. Jednoduše jen z přední části se LED diody vyšroubují ven a nasadí se nový LED modul. Tento unikátní postup značně zjednodušuje servis laserového zdroje, snižuje prostoje, zlevňuje servis. Z dlouhodobého hlediska tak velmi šetří a nevydáváte peníze za nové systémy.

Bezpečnost UV LED curing systému na lidské oko a viditelnost UV světla

Na rozdíl od 365 nm je záření o 395 nm částečně viditelné jako výrazné fialové světlo, protože je blízko viditelného spektra a malá část záření je ve viditelné fialové barvě. To umožňuje obsluze stroje snadno vizuálně zkontrolovat, zda je lampa v provozu a zda světlo dopadá přesně tam, kam má, což zvyšuje bezpečnost práce.
Žádný polovodičový zdroj světla (včetně laseru, i když ten se mu blíží nejvíce) nevyzařuje světlo na jediné, absolutně přesné vlnové délce. U 395nm UV LED je viditelné fialové světlo způsobeno kombinací fyziky polovodičů a limitů lidského oka.

UV LED diody nevyzařují spektrálně „čárově“, ale v určitém rozsahu, který tvoří křivku připomínající zvon. Peak Wavelength je sice na 395 nm a tato je vlnová délka má u UV LED nejvyšší intenzitu, ale... FWHM (Full Width at Half Maximum) šířka tohoto „zvonu“ v polovině jeho výšky je u UV LED typicky ±10 až 15 nm. Pravda je, že lze koupoupit i jiné UV LED zdroje vyzařující na 365, 385, 395, a 405 nm.
Přesah do viditelného spektra znamená, že UV LED s maximem na 395 nm vyzařuje nezanedbatelné množství energie i na 405 nm, 410 nm a výše. Hranice viditelného světla začíná přibližně na 400 nm. Tedy nemáme jen 395 nm, ale přesah do fialové barvy viditelného spektra. Právě ten „pravý ocas“ spektrální křivky (zvonu) zasahuje hluboko do viditelné fialové oblasti. Lidské oko není na 400 nm příliš citlivé, ale pokud je LED zdroj velmi výkonný (což u vytvrzovacích UV LED lamp bývá), i malý zlomek energie vyzářený nad 400 nm vnímáme jako velmi jasné fialové světlo.

Ochrana lidského oka před UV LED zářením

Vlnová délka 395 nm představuje pro lidské oko specifické riziko právě proto, že leží na hranici viditelnosti. Odpověď zní jednoznačně: Ano, ochrana je nezbytná, a to často více než u běžného světla.
Největší záludnost 395 nm (a jejího viditelného laloku) spočívá v tom, že pro lidské oko je toto světlo velmi "tmavé" (fialové). Naše oko na něj nereaguje stažením zornice ani mrkacím reflexem tak prudce, jako na bílé světlo o stejném výkonu. Do oka tak může nekontrolovaně vnikat obrovské množství energie, aniž bychom cítili okamžitý diskomfort. Při delší expozici nebo vysokém výkonu může způsobit zánět spojivek či rohovky (fotokeratitida).
Sítnice a modré světlo - Vlnové délky kolem 400 nm jsou blízko tzv. "blue light hazard". Toto vysokoenergetické viditelné světlo (HEV) proniká až na sítnici a může přispívat k makulární degeneraci. UV ochranné brýle hledejte s certifikací UV400. Výhodou je, že u 395 nm stačí i běžné kvalitní polykarbonátové ochranné brýle (polykarbonát přirozeně nepropouští nic pod cca 385–400 nm). UV LED zdroj by měl být zakryt neprůhledným krytem nebo certifikovaným UV plexisklem.
Nikdy se nedívejte přímo do UV LED zdroje, ani přes brýle se nedoporučuje přímý pohled do výkonné LED diody.
Zajímavostí je...  Vlnová délka světla UV 365 nm, UV 395 nm slouží také především k detekci drahých kamenů, rubínů, zirkonů, topazů, granátů, safírů a je ideální pro identifikaci jantaru. Některé drahokamy světélkují velmi výrazně v tomto světle.

Pomůžeme s výběrem vhodného inkoustu a tiskárny na značení a identifikaci produktů.

Nevíte si rady s výběrem inkoustové tiskárny a inkoustu? Máte speciální dotazy na unikátní inkousty a ojedinělé řešení vašich problémů? Kontakt je na Jaroslav Židlík nebo volej 577 220 630.
Vlastní výroba a vlastní vývoj, dlouhodobě testovaný systém
Nejsme jen lokální výrobce průmyslových tiskáren ze Zlína. Jsme celosvětovým dodavatelem elektroniky, desek plošných spojů a vlastních průmyslových tiskáren na cartridge systémy. Umíme i výrobu a osazení plošných spojů ve vysokém standardu pro civilní i vojenské použití.