1997年,日本的中村修二研制成功了产紫外光的LED( Lighting Emitting Diode,,发光二极管),即LED- UV Ultraviolet,,紫外线)。LED光源具有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点。LED-UV是一种利用LED发出的紫外光与油墨中的光引发剂产生光化学反应,使印材料干燥的一种节能、环保、经济的绿色干燥技术。其中,LED-UV干燥源是LED光源发展中的一个重要应用,是LED从照明用途光源转为产业用途光源的关键一步。2008年,在德鲁巴国际印刷展上,NX( Triangle Digital I 8*/NX Co.)数字公司推出了应用于喷墨印刷机的LED-UV干燥系统,日本利优比(RYOB)公司展示了适用于胶印机的LED-UV干燥技术。从此,LED-UV干燥技术便引了UV干燥领域的广泛关注。
目前,在印刷行业辐射固化中,UV固化应领域较为广泛,但传统的高压水银灯和金属卤素灯在UV固化光源的使用占很大的比重,它们不但能耗高,含对环境有害的重金属污染物,而且使用寿短,更换得比较频繁。伴随着LED技术的发展,LED-UV也在市场上出现而且被大量使用。日本、美国等国家陆续研制出了大功率的LED-UV,其工作波段集在固化波段395mm附近,使LED在固化领域的应用成为现实的可能性得到了大大提升。
LED-UV固化的印刷方式和传统UV固化相比,主要的优点如下。
(1)节能。能源消耗大大地被降低,同样固化效果,耗电量可以减少80%~90%
(2)环保。LED-UV固化设备在使用过程中没有臭氧和VOCs(挥发性有机物)产生,不需要印刷生产中常用的辅助设备,如除味装置和排风管道等。
(3)工作空间更加灵活。LED-UV芯片是点光源,可以根据承印物的形状和尺寸任意调整光源排列方式。
(4)使用寿命较长,降低了更换光源的频率。传统UV光源可用时长为1000~1500小时,而 LED-UV使用时间可达20000小时以上,寿命基本是前者的20倍。
(5)工作效率更高。 LED-UV光源可以瞬时打开(关闭)而不影响发光效果而传统的UV固化光源开启后需要1~2分钟预热时间才能正常工作,关闭后需要4~5分钟冷却时间才能进行下一次开启,因此在实际生产中,传统UV光源会一直打开,从而造成很大浪费。
(6)辐射热量小。 LED-UV属于冷光源,其光源电能转换为紫外光的效率很高,因此用在印刷固化的工作过程中热量会产生得比较少,对于纸张、薄膜等受热易变形的承印物,使用LED-UV光源会很大程度减少其变形,有利于做到高精度套印印刷,而且印刷机及其机械部件受到这种热影响较小。
LED-UV光源和传统UV光源结构如图1-1和图1-2所示。
LED-UV固化技术可广泛应用在印刷、涂料和黏合剂等领域。由于广阔的市场需求,国内外很多企业都投入该产品的研究与开发。在涂料领域的应用主要包括木材与氯乙烯、电子设备、汽车、乐器及夹具上的UV固化;在黏合剂领域的应用包括:电子、工业、医疗、光学及其他众多领域的UV固化。LED-UV固化技术还可广泛应用于电子装配领域。 LED-UV固化技术由于广阔的市场需求及应用价值,引起世界各国的高度重视。
在印刷领域, LED-UV固化技术已经成为印刷领域的研究热点,世界各国与印刷相关的企业纷纷加大投入开展研究。 LED-UV印刷固化技术自出现以来,就十分符合印刷行业倡导的效率、节能、环保的发展趋势,并广泛适用于柔性版印刷丝网印刷、平版印刷以及喷墨印刷等领域,未来在印刷行业进一步推进LED-UV印刷固化技术的普及必然是大势所趋。由此可见,设计 LED-UV印刷固化系统具有重要的现实意义。
国外很多企业在研制LED-UV固化设备方面已有很大的进展。2008年INX公司把 LED-UV技术应用在印刷固化上,在德鲁巴印刷展上展示了一套适用于数码喷墨印刷的 LED-UV印刷固化系统,得到了很大的关注。
2009年日本三菱重工( Mitsubishi Heavy Industries)推出了LED-UV油墨固化系统,该系统应用于胶版印刷机( DIAMOND V3000)上,工作效果良好。
2011年美国 Empire Screen Printing(丝网印刷机生产厂家)推出了 LED-UV固化丝网印刷机,配合使用专用 Nazdar丝网印刷油墨,工作效果良好。
2012年在德鲁巴印刷展上,美国锋翔( Phoeson)科技公司推出了TL2024LED-UV喷墨数码印刷机。
2014年德国贺利氏( Heraeus)推出LED-UV2020印刷固化系统用于印刷饮料瓶和平面玻璃的丝网印刷机上。
2016年美国锋翔( Phoeson)科技公司研发了大幅面辐照度为8000mW/cm2的LED-UV印刷固化系统,该系统用于薄膜印刷。
日本利优比公司的 LED-UV固化设备已经安装在其生产的利优比1050系列、920系列、785系列、750系列、525系列胶印机上。2016年,国内首台LED-UV印刷机利优比新菱928P落户郑州。
利优比750系列胶印机所安装的 LED-UV干燥系统与同机型胶印机安装的传统UV干燥系统(两个水银式UV灯管)的技术参数及性能比较,如表1-1所示。
国外的LED.UV印刷固化技术经过多年发展,已经逐步应用到了数码印刷胶版印刷、标签印刷、丝网印刷等多种印刷方式中,并且也取得了很多成果,但仍然有较广阔的发展空间,包括大功率LED芯片集成、油墨配方的改进、微透镜技术、光源系统部件的优化等。
目前,国内的很多企业也在进行 LED-UV印刷固化系统的研究,江苏广发光电推出了LED-UV印刷固化系统可用于DF330双色柔印机,该系统由光源模组、控制系统和散热系统三个部分组成。深圳蓝谱里克推出了应用于丝网印刷的LEDUV印刷固化系统。深圳仁为研发了新的BWRL-1600mm-A系列LED-UV印刷固化系统用于平版印刷机。青岛莱伊迪研发了LED07260系列LED-UV印刷固化系统应用于商标印刷机,其控制系统能够根据承印物的速度变化随时调节功率输出。此外,深圳市优杰特光电有限责任公司、东莞市云上固化光电有限公司等也研发出了各自的 LED-UV印刷固化系统。
复旦大学张善端团队研制出10kW大功率紫外LED固化系统,进行光纤表层油墨材料的固化,相比于传统UV固化方式,该系统以1/5能耗,实现了更高的紫外辐照度。大连海事大学赵欢等人研制出了一种阵列型 LED-UV固化系统,可灵活调节辐照面上的光功率密度分布,使得三维物体固化成为可能。
LED-UV印刷固化技术以其效率高、节能、无VOCs、无臭氧、工艺温度低等特点,势必在标签印刷、丝网印刷、胶版印刷、喷墨印刷以及3D打印等领域逐步替代传统UV印刷固化技术,因此,继续优化 LED-UV固化效果,扩大其适用领域,是当前业界的主要任务。
随着半导体技术和LED制造技术的进步、芯片集成技术的提升、油墨配方的改进、散热技术的提高、光源部件的优化、电源技术和控制技术的合理应用,开发出大功率、高速度、发射波长与光引发剂吸收波长匹配、光强在三维可控、结构更简单的 LED-UV印刷固化系统,将是 LED-UV印刷固化技术的发展方向。
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