Trang bị UV LED cho máy in offset: thân thiện môi trường, năng suất vượt trội

Giải pháp do thạc sỹ Cao Xuân Vũ và nhóm cộng sự tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM triển khai thành công không chỉ giúp rút ngắn thời gian hoàn thiện sản phẩm in offset trên các loại vật liệu không thấm hút, mà còn giúp doanh nghiệp giảm đến 1/5 chi phí đầu tư so với khi sử dụng giải pháp tương tự nhập ngoại.
Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, ngành in ấn nói chung và in bao bì, tài liệu quảng cáo nói riêng cũng đang bước vào giai đoạn phải liên tục cải thiện chất lượng để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao từ phía khách hàng. Tuy nhiên, hiện đa số công ty gia công in đều sử dụng loại mực in tự khô, cần khoảng 5-6 giờ để khô mực; và điều này khiến thời gian hoàn thành đơn hàng chậm, thậm chí không kịp đáp ứng tiến độ với các đơn hàng khẩn cấp. 

Để giải quyết nút thắt này, thời gian qua, phương pháp làm khô mực in sử dụng tia cực tím UV đã được nhiều đơn vị in ấn sử dụng, bởi có nhiều ưu điểm hơn hẳn các phương pháp còn lại.

(Ảnh minh họa)

"Một trong những yêu cầu từ doanh nghiệp sản xuất là nguồn nguyên vật liệu phải phong phú và đa dạng để không bị động trong kế hoạch sản xuất. Vì vậy đa số các doanh nghiệp sản xuất in bao bì trên vật liệu không thấm hút đều chọn phương pháp làm khô mực in bằng tia cực tím UV vì phù hợp với quy mô sản xuất tại Việt Nam", thạc sỹ Cao Xuân Vũ, chủ nhiệm thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống UV LED làm khô mực in trong ngành in bao bì" thông tin.

Một số doanh nghiệp in có vốn đầu tư lớn đã mạnh dạn đầu tư hệ thống làm khô mực in bằng đèn phóng điện tia cực tím UV, tuy nhiên phương pháp này vẫn ghi nhận vài hạn chế, chẳng hạn phát sinh ra lượng nhiệt quá lớn làm ảnh hưởng tính chất bề mặt vật liệu in (nhãn decal bị hỏng lớp keo..), tiêu hao năng lượng điện lớn, phát sinh ra lượng lớn khí ozone vốn ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động. 

Trong khi đó, hệ thống UV LED có rất nhiều ưu điểm và là công nghệ của tương lai, công nghệ xanh - thân thiện với môi trường. Hay nói cách khác, ứng dụng công nghệ UV LED trong quá trình làm khô mực in là một yêu cầu bắt buộc đối với các công ty sản xuất in, vừa tiết kiệm năng lượng, đảm bảo chất lượng sản phẩm in, tăng năng suất vừa an toàn với môi trường và người lao động. Đây là định hướng phát triển của tất cả các ngành công nghiệp là thân thiện môi trường, tiết kiệm năng lượng.

Cũng theo lời thạc sỹ Cao Xuân Vũ, thì UV LED một trong những công nghệ mới được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó có ngành in ấn và bao bì, chủ yếu được ứng dụng trong các sản phẩm in đặc biệt là sản phẩm giấy không thấm hút như những màng nhựa hay màng metalized hoặc là những giấy mỹ thuật, giấy cao cấp độ thấm hút thấp. Đáng chú ý, so với công nghệ làm khô bằng đèn UV truyền thống, thì công nghệ UV LED giúp tiết kiệm đến 80% năng lượng tiêu thụ điện.

Sau 18 tháng nghiêm túc nghiên cứu, nhóm thực hiện nhiệm vụ khoa học công nghệ thuộc Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã hoàn thiện và láp ráp hoàn chỉnh, đưa vào vận hành thử nghiệm giải pháp UV LED với các thông số ban đầu được tính toán cho khổ máy in offset tờ rời 52x72cm. Cụ thể, đó là cụm đèn sấy sử dụng chip UV LED (của hãng Nichia, Nhật Bản) bao gồm 286 chip LED (tương ứng 3x96 chip LED). Cụm mô-đun UV LED được thiết kế gồm 3 hàng 4 cột để thuận lợi cho bảo trì bảo dưỡng; và được giải nhiệt bằng hệ thống làm mát sử dụng chất lỏng tuần hoàn.

Cụm đèn sấy UV LED hoàn thiện được trang bị và vận hành thực tế trên máy in offset 5 màu tại công ty Trúc My

Kết quả của nhiệm vụ là hệ thống UV LED làm khô mực in trên các vật liệu in không thấm hút như nhựa, decal PVC, giấy ghép màng metalized…. Trọn bộ giải pháp gồm cụm đèn sấy, và cụm điều khiển, giám sát hoạt động và đồng bộ với máy in offset nhiều màu; và tủ điều khiển gồm bo mạch và màn hình cảm ứng HMI (9 inch) tích hợp.

Các mô-đun UV LED được gia công lên khối nhôm

Hệ thống UV LED hoàn thiện được triển khai thử nghiệm tại công ty in Trúc My (quận Tân Phú, TP.HCM) cho kết quả vượt trội, đáp ứng tốc độ làm khô từ 6.400 -7.200 tờ/giờ đối với các vật liệu không thấm hút như nhựa, metalized, decal. Chất lượng sản phẩm in đạt yêu cầu về độ khô và có thể chuyển sang công đoạn thành phẩm ngay sau khi in giúp doanh nghiệp có thể giao hàng nhanh chóng.

Theo nhận xét khách quan của một số chuyên gia trong ngành in và kể cả các cơ sở, công ty trong lĩnh vực in ấn thì tốc độ làm khô 7.200 tờ/giờ là con số ấn tượng, có thể sánh ngang với các giải pháp hiện đại nhập khẩu từ Đức, Mỹ.

Về cơ bản, hệ thống UV LED làm khô mực in do nhóm triển khai nhiệm vụ khoa học công nghệ hoàn thiện và được nghiệm thu gồm 2 đơn vị có thông số kỹ thuật, như sau: Bước sóng 396nm; Giải nhiệt nước lạnh; Công suất quang 18W; và Tốc độ khô 7.200-7.300 tờ/giờ và vùng làm khô tối đa 720mm (tức 72cm).

Là một phần trong kết quả nghiên cứu, nhóm cũng xây dựng các tiêu chuẩn kiểm soát vật liệu in và kiểm soát chất lượng sản phẩm in.

Phương án bố trí UV LED và kiểm soát bức xạ UV

Đại diện nhóm nghiên cứu cho biết, từ yêu cầu thiết kế bộ nguồn cấp cho chip UV LED là đơn vị nguồn cung cấp được thiết kế nhỏ gọn, khởi động thông minh, dễ dàng mở rộng nên hệ thống UV LED hoàn thiện được triển khai theo phương châm tự động đồng bộ theo chế độ hoạt động của máy in offset tờ rời 5 màu.

Với đặc điểm tắt mở không cần thời gian chờ như đèn UV truyền thống, hệ thống UV LED đảm bảo năng lượng UV ngay sau khi được cấp nguồn. Do đó, nhóm nghiên cứu quyết định chọn tín hiệu "ép in" là tín hiệu đồng bộ khởi động đèn UV LED. Để đảm bảo không ảnh hưởng đến hoạt động của máy in, nhóm nghiên cứu sử dụng 1 rơ le phụ để copy tín hiệu ép in của máy in offset. Ngoài ra, với đặc điểm bàn ra giấy cách xa đơn vị cuối cùng nên đối với tín hiệu "tắt đèn" thì nhóm nghiên cứu từ thực nghiệm cho kết quả thời gian trễ từ lúc ngưng ép in đến lúc đèn UV LED tắt hoàn toàn tùy thuộc vào tốc độ đang vận hành máy in.

Tổng quan mô hình hoạt động của hệ thống đèn sấy UV LED

Đa số sản phẩm ứng dụng công nghệ làm khô UV LED đều là các dòng sản phẩm bao bì cao cấp. Nếu các lỗi như không khô mực xảy ra sẽ gây thiệt hại kinh tế cho doanh nghiệp. Vì vậy, việc đo bức xạ UV của đèn UV LED để đảm bảo quá trình khô mực phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau và phát hiện lỗi cụm đèn sớm nhất là một vấn đề rất quan trọng. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế mô-đun đo bức xạ UV LED và tính toán xử lý để điều khiển và cảnh báo mức bức xạ UV.

Ở mức hoàn thiện, báo cáo trước hội đồng tư vấn nghiệm thu nhiệm vụ khoa học và công nghệ do Sở KH&CN TP.HCM tổ chức trong năm 2021, đại diện nhóm nghiên cứu cho biết hệ thống UV LED làm khô mực in được thiết kế và chế tạo có nguyên tắc hoạt động: hệ thống có cấu tạo gồm 2 cụm đèn đặt ở đơn vị in số 1 và đơn vị in số 5 của máy in offset tờ rời khổ 52x72cm. Tín hiệu điều khiển đèn UV LED có 2 cách: có thể điều khiển bằng tay thao tác trên màn hình HMI hoặc tự động theo tín hiệu ép in của máy in offset. Ngoài ra, năng lượng bức xạ UV được đo bởi cảm biến VEML6075 và dòng điện đầu ra của bộ nguồn cũng được đo để kiểm soát năng lượng bức xạ của cụm UV LED. Điều này giúp tránh được các lỗi ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm in.

Vị trí bố trí 2 cụm đèn sấy UV LED được nhóm nghiên cứu đề xuất

Nhận định về hiệu quả kinh tế, thạc sỹ Cao Xuân Vũ khẳng định, so với hệ thống UV LED làm khô mực in lắp đặt cho máy in 5 màu của Mỹ hiện có giá tham khảo khoảng 5 tỷ đồng (bao gồm thiết bị, chi phí lắp đặt, chi phí chuyên gia chuyển giao công nghệ), thì kết quả nhiệm vụ sau khi hoàn thiện có giá dao động khoảng 1 tỷ đồng. Do đó, nhóm nghiên cứu dự kiến kết hợp với Hiệp hội in Việt Nam và Hội in TP.HCM để giới thiệu công nghệ UV LED này đến các nhà in cũng như thương mại hóa sản phẩm.

Có thể khẳng định rằng, tại Việt Nam, mặc dù còn gặp khó khăn trong việc triển khai ứng dụng UV LED do giá thành vẫn còn ở mức cao so với mặt bằng chung, tuy nhiên ngành in ấn Việt Nam không thể phủ nhận những lợi ích và những ưu điểm vượt trội mà UV LED, mang lại, đặc biệt ở tiêu chí thân thiện với môi trường trong khi vẫn đảm bảo khả năng nâng cao năng suất - chất lượng cho sản phẩm in ấn. 

Thông tin liên hệ:

Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM

Địa chỉ: 01 Võ Văn Ngân, P. Linh Chiểu, TP. Thủ Đức, TPHCM.

Số điện thoại:  0909043689 - Email: xuanvu.cao@gmail.com