УФ-принтеры и УФ-чернила (мировой рынок)

Конфигурация

Существуют три основные конфигурации широкоформатных УФ-принтеров. Конфигурация оказывает значительное влияние на точность размещения изображения относительно материала, а также определяет скорость тиражного производства.

УФ-принтеры для работы с рулонными носителями

Подача материала в этих типах станков осуществляется с помощью прижимных роликов точно так же, как и во всех струйных принтерах. Используется такая конфигурация в основном для печати на мягких (рулонных) носителях, что включает баннерные ПВХ-ткани, холст, самоклеящиеся пленки, сетки. Покупка такого принтера оправдана при ориентировании печатного производства только на рулонные материалы.

УФ-принтеры конвейерной конфигурации

Эта конфигурация УФ-принтеров наиболее функциональна и потому востребована. Она позволяет печатать как на рулонных носителях, так и на большинстве жестких (листовых) материалов. Конвейер представляет собой сетчатую ленту, натянутую между двумя валами. Для фиксации материала используется вакуумная система прижима. Как правило, такие станки снабжены системой подачи-приема (сматывания) рулонных материалов. Применение такого типа конфигурации особенно эффективно при тиражных производствах, когда минимальное время на подачу и на съем материала является важным фактором. При печати на жестких материалах в случае наличия повышенных требований к точности совмещения изображения и краев носителя возможны отклонения при подаче материала, и чем длиннее изделие, тем смещение будет больше. Такой недостаток связан с неравномерностью натяжения конвейерной ленты и материалом, из которого она состоит. Сводить к минимуму такой недостаток может только оператор станка, владеющий необходимым для этого опытом и мастерством.

УФ-принтеры планшетной конфигурации

Данная конфигурация подразумевает наличие неподвижного горизонтального стола. Все основные движения совершает портал (надстройка с кареткой). Материал закрепляется на столе с помощью вакуумной системы прижима или же с использованием двусторонней клейкой ленты для временной фиксации. Такие станки рекомендованы для печатных производств, ориентированных на изделия из жестких (листовых) материалов, включая пластик, стекло, металл и древесину. Возможность печати на рулонных материалах предусмотрена только на некоторых моделях планшетных принтеров путем включения в конфигурацию дополнительных узлов (опций), что ведет к увеличению стоимости станка. Технологически планшетные УФ-принтеры являются более предпочтительным решением по сравнению с конвейерной конфигурацией благодаря наличию неподвижного стола: исключена возможность смещения материала, независимо от его веса, и, как следствие, обеспечивается более точное нанесение краски на поверхность относительно краев материала, что не всегда возможно при использовании конвейерной ленты.

УФ-чернила

В водных чернилах и чернилах на основе растворителей от 50% до 70% объема занимают вещества, которые испаряются с поверхности после нанесения. В отличие от них, УФ-чернила представляют собой полимер, который при печати практически на 100% переносится на поверхность и никуда не испаряется. УФ-чернила, несмотря на их более высокую стоимость относительно других видов чернил, используются до двух раз более эффективно.

УФ-отверждаемые чернила обычно состоят из следующих компонентов:

• фотоинициаторы;
• олигомеры;
• мономеры;
• красители;
• специальные добавки.

Фотоинициаторы.

В процессе УФ-отверждения фотоинициаторы — это основные компоненты. После поглощения ультрафиолетового света из источника, расположенного в печатной каретке, фотоинициаторы проникают в реагенты, которые запускают химическую реакцию полимеризации (реакцию соединения отдельных молекул в длинные молекулярные цепочки). Данный процесс преобразует жидкие чернила в твердую пленку.

Олигомеры.

Эти вещества определяют конечные свойства отвержденной пленки, включая эластичность, стойкость к атмосферным и химическим воздействиям. Олигомеры имеют высокий молекулярный вес и являются своего рода химическим каркасом УФ-чернил.

Мономеры.

Мономер — единая молекула, которая может стать химически связанной с другими мономерами, формируя полимер. Мономеры присутствуют в составе чернил для придания им специальных свойств, повышают твердость и стойкость пленки к истиранию, но также могут и увеличить вязкость химического соединения.

Красители.

В УФ-чернилах применяются красители, основанные на красках или пигментах. Обычно красители основаны на пигментах из-за их большой световозвращающей способности и долговечности по сравнению с красками.

Специальные добавки.

В зависимости от формулы УФ-чернил, в них могут быть включены потокообразующие и разжижающие средства, антиоксиданты и стабилизаторы. Для обеспечения равномерного покрытия материала в состав чернил вводят специальные поверхностно-активные вещества. Очень важно управлять процессом распыления, что влияет на правильное формирование точки и важно для обеспечения высокого качества изображения.

Стабилизаторы влияют на срок хранения чернил и стойкость состава к нагреву, которая важна при высоких температурах впрыскивания. Стабилизаторы нейтрализуют или поглощают химически активные молекулы в чернилах в процессе хранения и предотвращают их преждевременную полимеризацию. Ниже представлены графические схемы протекания процесса отверждения УФ-чернил.

Под воздействием УФ-излучения от источника фотоинициаторы активизируют реакцию полимеризации - образуются межмолекулярные связи.

Процесс полимеризации продолжается еще некоторое время после прекращения воздействия излучения. После включения в реакцию всех компонентов происходит полная полимеризация чернил. На скорость отверждения большое влияние оказывает мощность ультрафиолетового излучения. Чем она выше, тем быстрее протекает реакция.

После окончания химической реакции образуется пленка с прочными молекулярными связями и отработанными фотоинициаторами в структуре.

Система отверждения краски

Одним из важнейших узлов УФ-принтера является система отверждения чернил. С начала появления первых УФ-устройств единственным средством отверждения чернил выступали мощные ультрафиолетовые лампы. Сравнительно недавно появились полноценные УФ-принтеры с использованием светодиодов (UV-LED), излучающих ультрафиолетовый свет.

УФ-лампы.

Такие источники излучения устанавливаются на печатной каретке принтера. С обратной стороны относительно печатного поля к лампе установлены алюминиевый отражатель и мощная система охлаждения. В большинстве моделей принтеров материал от воздействия излучения при обратном ходе каретки защищается специальными шторками, которые открываются и закрываются автоматически в зависимости от выбранных режимов печати.

Использование УФ-ламп предполагает обязательное наличие в принтере системы охлаждения ламп, а для печати на чувствительных к температуре материалах также и наличие системы охлаждения материала после облучения. Обзор российского рынка банковской цифровизации: импортозамещение, искусственный интеллект и собственные экосистемы 6.5 т

Минусами этого типа источников ультрафиолета являются выделение большого количества тепла во время работы ламп, большое потребление энергии, сравнительно небольшой срок службы ламп (от 600 до 1500 часов). Несмотря на это, именно УФ-лампы установлены более чем в 95% всего оборудования для УФ-печати. К сравнительно небольшому сроку эксплуатации ламп добавляется еще один недостаток: ненадежность системы охлаждения ламп. Как правило, в большинстве конструктивных решений в УФ-принтерах установлена воздушная система охлаждения. При эксплуатации оборудования в условиях, отличающихся от рекомендованных заводом-производителем, возможен быстрый выход из строя охлаждающих вентиляторов. Чтобы избежать подобных поломок оборудования, необходимо регулярно проводить профилактику систем охлаждения принтера и соблюдать условия эксплуатации согласно техническому паспорту станка.

УФ-светодиоды.

С самого начала создания УФ-принтеров производители пытались найти альтернативу УФ-лампам. Единственным вариантом в то время были светодиоды, излучающие ультрафиолет, но сложность заключалась в том, что тогда светодиоды имели очень малую мощность (измеряемую в милливаттах) и высокую стоимость. Но светодиодная отрасль развивается достаточно быстрыми темпами, и сегодня уже существуют полноценные принтеры, в которых используются светодиодные источники ультрафиолетового излучения. Преимуществ у данного технического решения много: высокий КПД светодиодных планок, отсутствие сильного нагрева материала, низкое энергопотребление и включение светодиодов за миллисекунды. За то время, в которое оценивается срок службы светодиодов, при работе с принтером на двух УФ-лампах (для двунаправленной печати) вам придется заменить каждую лампу более чем 40 раз.

В настоящее время сложность в эксплуатации УФ-принтеров на светодиодах связана не столько с диодами из-за их недостаточной мощности излучения, сколько с необходимостью в специальном химическом составе УФ-чернил и отсутствием достаточного количества поставщиков краски. Поэтому при покупке светодиодного УФ-принтера необходимо серьезно подойти к выбору поставщика расходных материалов. Так, вполне возможна ситуация, при которой в определенный и самый ответственный момент пользователь может оказаться без расходных материалов к своему станку.

Несомненно, светодиоды доказали преимущество своей технологии по всем параметрам, но главным критерием для многих производителей коммерческой графики является критерий экономической целесообразности использования той или иной технологии для своего печатного производства.

Система подачи чернил

Система подачи чернил предназначена для бесперебойной подачи краски к печатающим головкам. Основными узлами системы являются: емкости для хранения чернил, нагнетатели (помпы), система рециркуляции белого цвета, насосы обратного давления (не во всех моделях принтеров), субтанки (емкости с краской перед печатающими головками) и печатающие головки. Рассмотрим отдельно основные узлы этой системы.

Емкости

Емкости для УФ-чернил выполнены из непрозрачного материала. Это обусловлено свойством чернил затвердевать под воздействием ультрафиолетового света. Интенсивности солнечного света недостаточно для быстрого отверждения чернил, но в течение длительного воздействия это влияние может сказаться на свойствах краски. По этим же причинам все трубки УФ-принтеров, по которым протекает краска, выполнены из материала черного цвета.

Нагнетатели

Для подачи краски из основных емкостей к печатной каретке используются специальные помпы для чернил каждого из цветов, которые работают в зависимости от показаний датчиков в емкостях на печатной каретке (субтанках).

Система рециркуляции белого цвета

Для белого цвета в современных моделях УФ-принтеров предусмотрена специальная система рециркуляции краски. Это обусловлено свойством белой краски при длительном простаивании в емкостях расслаиваться на компоненты. Система рециркуляции обеспечивает однородный состав краски на протяжении всего режима работы принтера. Емкость с белой краской также снабжена нагнетателем, как и основные цвета, для подачи краски в субтанки.

Система отрицательного давления

При выключении режима печати краска не должна вытекать из дюз печатных головок. Для этого необходимо создавать обратное давление в субтанках. На данный момент существуют два способа регулировки обратного давления: регулировка положением субтанка и принудительное создание обратного давления. У этих способов есть свои преимущества и недостатки. Остановимся на них подробнее. Регулировка положением субтанка осуществляется изменением вертикального положения субтанка относительно печатной головки, тем самым создавая обратное давление. Такая конструкция является более дешевой и не имеет дополнительных узлов. Основным недостатком данного способа является сложность регулирования давления при нестабильных и меняющихся условиях. Существует вероятность сбоев подачи чернил в печатающие головки при высоких скоростях печати.

Регулировка давления помпой подразумевает наличие отдельной системы, создающей отрицательное давление в субтанках. Основным преимуществом такой системы является простота регулирования при различных условиях эксплуатации. Кроме того, в данном случае обеспечивается бесперебойная подача чернил в субтанки при высоких скоростях печати.

Печатающие головки

Печатающие головки для УФ-принтеров принципиально не отличаются от головок, используемых в современных принтерах с применением красок на основе растворителя (сольвентных и экосольвентных чернил). Поэтому можно рассмотреть характеристики головок в общем случае.

Наиболее важными характеристиками печатающих головок являются обеспечиваемая ими скорость и качество печати. Хочу обратить ваше внимание на слово «качество»: это понятие, которое мы все можем трактовать по-разному, и у каждого понятие качества индивидуально. В его прямом определении оно звучит так: «Качество — это соответствие фактически полученных значений (характеристик, детализации и т. д.) заданным предварительно». Поэтому предлагаю не использовать это понятие, а заменять на конкретные описательные характеристики - к примеру, высокая детализация или равномерная заливка.

Скорость печати

Итак, рассмотрим, что же влияет на скорость печати? Во-первых, скорость печатающей головки или частота тактов работы пьезоэлементов, выпрыскивающих краску из дюз. Чем выше частота тактов, тем большее количество точек печатная головка сможет положить на единицу длины с одинаковой скоростью перемещения печатной каретки. Соответственно, головки с высокой частотой печати требуют использование более высокотехнологичной обслуживающей электроники, что заметно сказывается на увеличении их стоимости. Количество печатающих головок на одну краску кратно увеличивает возможности быстрой печати. Так, при установке двух головок на каждый цвет мы получаем в два раза больший участок запечатки за один проход каретки.

При установке трех и более печатных головок на один цвет результат будет еще выше, но тут есть один важный нюанс - предварительная настройка станка, или «сведение головок». При приобретении оборудования с несколькими печатающими головками одного цвета вам необходимо обратить внимание на услуги обучения ваших операторов сервисным инженером компании-поставщика, иначе установка и настройка оборудования потребуют очень много времени и сил. Две-три печатающие головки свести легко, но настроить работу более четырех головок уже достаточно сложно. Сведение необходимо для правильного расположения печатающих головок одного цвета между собой и еще относительно трех и более групп печатающих головок других цветов. При неточной настройке у вас будут наблюдаться «прострелы» цветов в пределах одного шага печати (print pass).

Существующие высокочастотные головки в парной комбинации на один цвет способны обеспечивать скорость печати до 140 кв. м/ч для наружного применения и до 70 кв. м/ч при печати в режиме интерьерного качества.

Детализация изображения («качество» печати)

За высокую детализацию изображения, плавность цветовых переходов отвечают следующие характеристики печатных головок: размер капли (в пиколитрах) и количество печатных дюз на единицу длины. Высокоскоростные машины для печати наружной рекламы используют печатающие головки с величиной капли от 80 pl до 40 pl. При высокой скорости печати такой размер капли обеспечивает насыщенность и равномерность заливки однородных цветов (плашечных заливок). Большие капли, не успев впитаться в материал, растекаются, сливаясь с соседними каплями, что приводит к обеспечению более однородных цветов без зернистости. Головки с размером капли менее 40 pl больше подходят для обеспечения интерьерного качества изображения, где нужны плавные переходы цветов и высокая детализация.

Выше говорилось об определенных значениях размеров капли печатающих головок. Многие головки характеризуются фиксированным размером капли. Приобретая печатную головку с большой каплей, мы лишаем себя интерьерного качества изображения и, наоборот, приобретая головку с маленькой каплей, теряем в скорости печати рекламы наружного применения. Для ситуаций, когда нужно в одном печатном станке соединить высокую скорость печати наружной рекламы и высокую детализацию интерьерных изображений, как нельзя лучше подойдет использование печатающих головок с динамической каплей (с технологией формирования капли чернил переменного объема). Головки с динамической каплей позволяют изменять ее размер в зависимости от типа запечатываемой области. К примеру, если это однородная заливка, используется большой размер капли, и, наоборот, при цветовых переходах - более малый размер капель. Пример печати статическими каплями и динамическими приведен на рисунках ниже.

Еще одной характеристикой печатающей головки, отвечающей за детализацию изображения, является физическое разрешение печатной головки, или количество печатных дюз на единицу длины (1 дюйм). Дюзы — это очень маленькие отверстия в печатающей головке, через которые пьезоэлемент выпрыскивает краску. Чем дюз больше, тем большее количество капель печатная головка может нанести на поверхность за один проход, и тем более плотно капли будут лежать по отношению друг к другу, обеспечивая равномерную заливку. Существуют несколько конфигураций расположения печатных дюз: однорядное, двурядное, расположение в шахматном порядке и поворот печатающей головки с однорядным расположением дюз на определенный угол, что увеличивает плотность капель, но уменьшает размер печатного поля за один проход головки.

Подогрев краски

Некоторые печатающие головки снабжены системой подогрева чернил перед впрыском на поверхность. Такое техническое решение обусловлено свойствами красок и необходимостью их предварительной подготовки для обеспечения равномерного нанесения. Существуют головки с единой системой подогрева для всех головок печатной каретки, где задается единая температура для всех субтанков, а также головки с индивидуальным подогревом на каждый субтанк. Не стоит забывать, что в краске какого-либо оттенка используются химические красители, которые в свою очередь являются различными химическими веществами и оказывают влияние на свойства всей краски. Контроль температуры краски отдельно каждого субтанка позволяет достигать более тонкой настройки для каждого цвета, что особенно важно в УФ-принтерах.

Основные производители

• Oce
• Fujifilm
• Inca
• Epson
• Mimaki
• Sigmajet
• Keundo

Мировой рынок

По данным «Роснано», объем мирового рынка УФ-принтеров в 2008 г. составил 2 766 единиц (прогноз роста к 2013 г. — 85%) и $607 млн (рост к 2013 г. — 63%).

В свою очередь, объем рынка УФ-чернил в 2008 г. достиг 1 638 тыс. литров (прогноз роста к 2013 г. — 117%) и $248 млн (рост к 2013 г. — 64%).

Основная статья: Принтер