1997年,日本的中村修二研制成功了產(chǎn)紫外光的LED( Lighting Emitting Diode,,發(fā)光二極管),即LED- UV Ultraviolet,,紫外線)。LED光源具有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小等優(yōu)點。LED-UV是一種利用LED發(fā)出的紫外光與油墨中的光引發(fā)劑產(chǎn)生光化學反應,使印材料干燥的一種節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟的綠色干燥技術。其中,LED-UV干燥源是LED光源發(fā)展中的一個重要應用,是LED從照明用途光源轉(zhuǎn)為產(chǎn)業(yè)用途光源的關鍵一步。2008年,在德魯巴國際印刷展上,NX( Triangle Digital I 8*/NX Co.)數(shù)字公司推出了應用于噴墨印刷機的LED-UV干燥系統(tǒng),日本利優(yōu)比(RYOB)公司展示了適用于膠印機的LED-UV干燥技術。從此,LED-UV干燥技術便引了UV干燥領域的廣泛關注。
目前,在印刷行業(yè)輻射固化中,UV固化應領域較為廣泛,但傳統(tǒng)的高壓水銀燈和金屬鹵素燈在UV固化光源的使用占很大的比重,它們不但能耗高,含對環(huán)境有害的重金屬污染物,而且使用壽短,更換得比較頻繁。伴隨著LED技術的發(fā)展,LED-UV也在市場上出現(xiàn)而且被大量使用。日本、美國等國家陸續(xù)研制出了大功率的LED-UV,其工作波段集在固化波段395mm附近,使LED在固化領域的應用成為現(xiàn)實的可能性得到了大大提升。
LED-UV固化的印刷方式和傳統(tǒng)UV固化相比,主要的優(yōu)點如下。
(1)節(jié)能。能源消耗大大地被降低,同樣固化效果,耗電量可以減少80%~90%
(2)環(huán)保。LED-UV固化設備在使用過程中沒有臭氧和VOCs(揮發(fā)性有機物)產(chǎn)生,不需要印刷生產(chǎn)中常用的輔助設備,如除味裝置和排風管道等。
(3)工作空間更加靈活。LED-UV芯片是點光源,可以根據(jù)承印物的形狀和尺寸任意調(diào)整光源排列方式。
(4)使用壽命較長,降低了更換光源的頻率。傳統(tǒng)UV光源可用時長為1000~1500小時,而 LED-UV使用時間可達20000小時以上,壽命基本是前者的20倍。
(5)工作效率更高。 LED-UV光源可以瞬時打開(關閉)而不影響發(fā)光效果而傳統(tǒng)的UV固化光源開啟后需要1~2分鐘預熱時間才能正常工作,關閉后需要4~5分鐘冷卻時間才能進行下一次開啟,因此在實際生產(chǎn)中,傳統(tǒng)UV光源會一直打開,從而造成很大浪費。
(6)輻射熱量小。 LED-UV屬于冷光源,其光源電能轉(zhuǎn)換為紫外光的效率很高,因此用在印刷固化的工作過程中熱量會產(chǎn)生得比較少,對于紙張、薄膜等受熱易變形的承印物,使用LED-UV光源會很大程度減少其變形,有利于做到高精度套印印刷,而且印刷機及其機械部件受到這種熱影響較小。
LED-UV光源和傳統(tǒng)UV光源結構如圖1-1和圖1-2所示。 LED-UV固化技術可廣泛應用在印刷、涂料和黏合劑等領域。由于廣闊的市場需求,國內(nèi)外很多企業(yè)都投入該產(chǎn)品的研究與開發(fā)。在涂料領域的應用主要包括木材與氯乙烯、電子設備、汽車、樂器及夾具上的UV固化;在黏合劑領域的應用包括:電子、工業(yè)、醫(yī)療、光學及其他眾多領域的UV固化。LED-UV固化技術還可廣泛應用于電子裝配領域。 LED-UV固化技術由于廣闊的市場需求及應用價值,引起世界各國的高度重視。
在印刷領域, LED-UV固化技術已經(jīng)成為印刷領域的研究熱點,世界各國與印刷相關的企業(yè)紛紛加大投入開展研究。 LED-UV印刷固化技術自出現(xiàn)以來,就十分符合印刷行業(yè)倡導的效率、節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展趨勢,并廣泛適用于柔性版印刷絲網(wǎng)印刷、平版印刷以及噴墨印刷等領域,未來在印刷行業(yè)進一步推進LED-UV印刷固化技術的普及必然是大勢所趨。由此可見,設計 LED-UV印刷固化系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。
國外很多企業(yè)在研制LED-UV固化設備方面已有很大的進展。2008年INX公司把 LED-UV技術應用在印刷固化上,在德魯巴印刷展上展示了一套適用于數(shù)碼噴墨印刷的 LED-UV印刷固化系統(tǒng),得到了很大的關注。
2009年日本三菱重工( Mitsubishi Heavy Industries)推出了LED-UV油墨固化系統(tǒng),該系統(tǒng)應用于膠版印刷機( DIAMOND V3000)上,工作效果良好。
2011年美國 Empire Screen Printing(絲網(wǎng)印刷機生產(chǎn)廠家)推出了 LED-UV固化絲網(wǎng)印刷機,配合使用專用 Nazdar絲網(wǎng)印刷油墨,工作效果良好。
2012年在德魯巴印刷展上,美國鋒翔( Phoeson)科技公司推出了TL2024LED-UV噴墨數(shù)碼印刷機。
2014年德國賀利氏( Heraeus)推出LED-UV2020印刷固化系統(tǒng)用于印刷飲料瓶和平面玻璃的絲網(wǎng)印刷機上。
2016年美國鋒翔( Phoeson)科技公司研發(fā)了大幅面輻照度為8000mW/cm2的LED-UV印刷固化系統(tǒng),該系統(tǒng)用于薄膜印刷。
日本利優(yōu)比公司的 LED-UV固化設備已經(jīng)安裝在其生產(chǎn)的利優(yōu)比1050系列、920系列、785系列、750系列、525系列膠印機上。2016年,國內(nèi)首臺LED-UV印刷機利優(yōu)比新菱928P落戶鄭州。
利優(yōu)比750系列膠印機所安裝的 LED-UV干燥系統(tǒng)與同機型膠印機安裝的傳統(tǒng)UV干燥系統(tǒng)(兩個水銀式UV燈管)的技術參數(shù)及性能比較,如表1-1所示。 國外的LED.UV印刷固化技術經(jīng)過多年發(fā)展,已經(jīng)逐步應用到了數(shù)碼印刷膠版印刷、標簽印刷、絲網(wǎng)印刷等多種印刷方式中,并且也取得了很多成果,但仍然有較廣闊的發(fā)展空間,包括大功率LED芯片集成、油墨配方的改進、微透鏡技術、光源系統(tǒng)部件的優(yōu)化等。
目前,國內(nèi)的很多企業(yè)也在進行 LED-UV印刷固化系統(tǒng)的研究,江蘇廣發(fā)光電推出了LED-UV印刷固化系統(tǒng)可用于DF330雙色柔印機,該系統(tǒng)由光源模組、控制系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)三個部分組成。深圳藍譜里克推出了應用于絲網(wǎng)印刷的LEDUV印刷固化系統(tǒng)。深圳仁為研發(fā)了新的BWRL-1600mm-A系列LED-UV印刷固化系統(tǒng)用于平版印刷機。青島萊伊迪研發(fā)了LED07260系列LED-UV印刷固化系統(tǒng)應用于商標印刷機,其控制系統(tǒng)能夠根據(jù)承印物的速度變化隨時調(diào)節(jié)功率輸出。此外,深圳市優(yōu)杰特光電有限責任公司、東莞市云上固化光電有限公司等也研發(fā)出了各自的 LED-UV印刷固化系統(tǒng)。
復旦大學張善端團隊研制出10kW大功率紫外LED固化系統(tǒng),進行光纖表層油墨材料的固化,相比于傳統(tǒng)UV固化方式,該系統(tǒng)以1/5能耗,實現(xiàn)了更高的紫外輻照度。大連海事大學趙歡等人研制出了一種陣列型 LED-UV固化系統(tǒng),可靈活調(diào)節(jié)輻照面上的光功率密度分布,使得三維物體固化成為可能。
LED-UV印刷固化技術以其效率高、節(jié)能、無VOCs、無臭氧、工藝溫度低等特點,勢必在標簽印刷、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷、噴墨印刷以及3D打印等領域逐步替代傳統(tǒng)UV印刷固化技術,因此,繼續(xù)優(yōu)化 LED-UV固化效果,擴大其適用領域,是當前業(yè)界的主要任務。
隨著半導體技術和LED制造技術的進步、芯片集成技術的提升、油墨配方的改進、散熱技術的提高、光源部件的優(yōu)化、電源技術和控制技術的合理應用,開發(fā)出大功率、高速度、發(fā)射波長與光引發(fā)劑吸收波長匹配、光強在三維可控、結構更簡單的 LED-UV印刷固化系統(tǒng),將是 LED-UV印刷固化技術的發(fā)展方向。
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