（來源：全球印刷與包裝工業(yè)）可行的UV LED應(yīng)用清單在不斷增加，支持這些應(yīng)用的系統(tǒng)供應(yīng)商、配方設(shè)計(jì)師和原始設(shè)備制造商的數(shù)量也在不斷增加，所有這些某方面的持續(xù)進(jìn)步與增長(zhǎng)，對(duì)UV LED技術(shù)的現(xiàn)在和未來來說是個(gè)好兆頭。因此，那些尚未審查自身是否需要適合自己的相關(guān)技術(shù)的企業(yè)可能會(huì)發(fā)現(xiàn)是時(shí)候開始了。 

對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)，以及多年來一直關(guān)注甚至使用該技術(shù)的人來說，本文旨在深入了解不斷增長(zhǎng)的UV LED市場(chǎng)空間，并提供有關(guān)如何將UV LED固化系統(tǒng)與特定應(yīng)用的需求相匹配的一般性指導(dǎo)建議。

UV輸出

油墨、涂料、粘合劑和擠出材料經(jīng)過配制，可在一組特定的工藝條件下對(duì)給定的UV LED輸出做出反應(yīng)。對(duì)于每種應(yīng)用和配方，都有一個(gè)UV工藝窗口，在該窗口內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)可接受的固化。該窗口并不窄，但有一組最佳波長(zhǎng)，以及最小和最大輻照度和總能量密度組合，從而實(shí)現(xiàn)正確的固化。在此窗口內(nèi)持續(xù)運(yùn)行可以更好地確保最大材料處理速度、非粘性表面、固化深度、既定限度內(nèi)的固化后遷移、優(yōu)化產(chǎn)量、隨時(shí)間推移的產(chǎn)品質(zhì)量，以及預(yù)期用途內(nèi)的最佳產(chǎn)品壽命和其他所需的標(biāo)準(zhǔn)性 。

當(dāng)UV輸出正確匹配應(yīng)用需求并與適當(dāng)配制的油墨、涂料、粘合劑或擠出材料搭配使用時(shí)，UV LED技術(shù)就會(huì)表現(xiàn)良好。不幸的是，沒有一種通用的UV LED系統(tǒng)或工藝窗口能夠同樣適用于所有市場(chǎng)和機(jī)器類型的所有應(yīng)用。必須根據(jù)配方、涂層重量、工廠或車間環(huán)境以及材料處理系統(tǒng)的配置和速度來選擇UVLED 解決方案及其輸出。

UV LED技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于LED的離散特性允許更廣泛的固化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而更好地滿足每種獨(dú)特應(yīng)用的需求。與傳統(tǒng)固化技術(shù)相比，這使得燈頭形狀因數(shù)和UV輸出能夠根據(jù)各自的市場(chǎng)和應(yīng)用進(jìn)行定制，從而產(chǎn)生更高效、更經(jīng)濟(jì)的UV LED固化解決方案。因此，這也意味著商用供應(yīng)商產(chǎn)品之間的固化性能存在巨大差異，因?yàn)楣逃性O(shè)計(jì)可能非常不同，并且這些差異對(duì)于 原始設(shè)備制造商和最終用戶而言并不總是顯而易見。

應(yīng)用的演變

掃描式機(jī)器和窄幅單通道印刷機(jī)中的UV數(shù)字噴墨固定和完全固化、產(chǎn)品組裝中使用的絲網(wǎng)印刷和局部固化粘合劑是2000年代中后期采用UV LED固化的首批應(yīng)用。這些早期應(yīng)用的共同點(diǎn)是生產(chǎn)線速度較慢，零件加工時(shí)間較長(zhǎng)。雖然早年單個(gè)UV LED系統(tǒng)發(fā)出的輻照度（瓦/平方厘米）較低，但通過將燈頭安裝在距離固化表面10-15毫米的范圍內(nèi)，可以提供足夠的輻照度。對(duì)于能量密度，解決方案是在靜態(tài)裝置中延長(zhǎng)暴露時(shí)間，并在動(dòng)態(tài)裝置中使用多次通過。

早期的UV LED應(yīng)用所需的燈長(zhǎng)度通常小于450毫米。結(jié)合許多應(yīng)用僅需要一兩個(gè)燈即可實(shí)現(xiàn)快速固化的事實(shí)，總商業(yè)投資明顯低于需要多個(gè)燈和更寬燈的更寬、高速商業(yè)印刷機(jī)所需的系統(tǒng)。所有這些因素都至關(guān)重要，因?yàn)樵缙诘腢V LED系統(tǒng)功能不是很強(qiáng)大，而且通常比傳統(tǒng)選擇更昂貴。

過去20年來，UV LED技術(shù)在性能、可靠性、壽命、輸出和長(zhǎng)度方面取得了顯著提高 事實(shí)上，單跨燈頭現(xiàn)在的長(zhǎng)度可達(dá)2米，燈的使用壽命通常超過40,000小時(shí)。此外，許多配方現(xiàn)在專門針對(duì)UV LED輸出進(jìn)行了優(yōu)化。市場(chǎng)也更善于將UV LED系統(tǒng)與工藝窗口的需求相匹配，并且由于規(guī)模經(jīng)濟(jì)和整個(gè)供應(yīng)鏈的更多競(jìng)爭(zhēng)，設(shè)備和配方的價(jià)格點(diǎn)都得到了改善。這使得UV LED固化技術(shù)超越了UV數(shù)字噴墨、局部固化和絲網(wǎng)印刷，進(jìn)入了要求更高、速度更快和更廣泛的商業(yè)應(yīng)用——包括模擬和數(shù)字應(yīng)用。這包括單張紙和卷筒紙膠印、干式膠印、柔印、木材涂層和印后裝飾及家棟等。

當(dāng)今UV LED技術(shù)越來越多地被使用的領(lǐng)域——盡管市場(chǎng)滲透程度不同，并且不一定適用于每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)內(nèi)的所有應(yīng)用，但隨著時(shí)間的推移，這種情況將繼續(xù)得到改善。需要不同的UV LED燈設(shè)計(jì)以及特定于應(yīng)用的配方，才能使多種不同的印刷、涂布和粘合工藝變得可行。因此，對(duì)于每種應(yīng)用，各方（UV LED 固化系統(tǒng)供應(yīng)商、配方設(shè)計(jì)師、OEM機(jī)器制造商、集成商和最終用戶）之間建立牢固的工作關(guān)系非常重要。在所有情況下，如果存在可行的配方，則可以通過一些反復(fù)試驗(yàn)和工藝優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)可行的UV LED解決方案。這一切都?xì)w結(jié)為識(shí)別過程變量并將UV LED系統(tǒng)與應(yīng)用、配方和材料處理設(shè)備相匹配。

將UV LED系統(tǒng)與應(yīng)用、配方和材料處理設(shè)備相匹配

可供選擇的UV LED固化系統(tǒng)和供應(yīng)商越來越多。所有產(chǎn)品都聲稱具有非常相似的產(chǎn)品功能和操作優(yōu)勢(shì)，最明顯的區(qū)別在于峰值輻照度、冷卻方法、燈外形尺寸和系統(tǒng)集成。不幸的是，僅了解這些知識(shí)不足以將UV LED固化系統(tǒng)與給定應(yīng)用相匹配。技術(shù)規(guī)格表很少解釋為什么產(chǎn)品最適合給定的應(yīng)用，也很少參考給定卷材、紙張運(yùn)行速度下的標(biāo)稱電輸入功率和能量密度。匹配 UV LED固化系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)考慮以下一般準(zhǔn)則。

最終固化特性：最終固化所需的機(jī)械、化學(xué)、功能和美學(xué)特性以及預(yù)期的產(chǎn)品用途應(yīng)予以明確，并有助于推動(dòng)配方化學(xué)，并最終決定當(dāng)今UV LED固化解決方案是否可行。例如，油墨、光油和自由基糖漿粘合劑通?？梢院芎玫嘏cLED固化，并滿足大多數(shù)圖形印刷要求。然而，有機(jī)硅脫模劑、UV熱熔膠和工業(yè)硬涂層仍處于開發(fā)階段，距離大規(guī)模商業(yè)化還需要數(shù)年時(shí)間。

波長(zhǎng)：目前商業(yè)化的固化波長(zhǎng)包括365、385、395和405納米。對(duì)于大多數(shù)油墨應(yīng)用，39納米是首選波長(zhǎng)，365和385納米波長(zhǎng)的使用程度較低。結(jié)構(gòu)粘接粘合劑通常在365或405納米下效果最佳，具體取決于配方，但在385或395納米下也能類似地固化。疊印上光往往與395納米的油墨波長(zhǎng)相匹配，而當(dāng)談到工業(yè)涂料（功能性涂料和硬質(zhì)涂料）時(shí)，還沒有達(dá)成共識(shí)，因?yàn)殚_發(fā)仍在進(jìn)行中。

輻照度窗口：配方化學(xué)物質(zhì)必須在最小和最大峰值輻照度（瓦/平方厘米）內(nèi)固化。在低于最低輻照度的情況下操作將導(dǎo)致固化不充分。如果燈發(fā)出足夠的能量密度，則增加輻照度超過最大值，這并不一定會(huì)比在既定輻照度窗口內(nèi)進(jìn)行固化產(chǎn)生更好的結(jié)果。不幸的是，沒有一種通用的輻照度可以滿足所有配方的需求。每個(gè)市場(chǎng)應(yīng)用都是不同的，窗口處的最佳發(fā)射輻照度范圍從幾百mW/cm2到甚至超過30W/cm2。

然而，比發(fā)射的輻照度更重要的是傳遞到基材固化表面的實(shí)際輻照度，因?yàn)檩椪斩入S著行進(jìn)距離的平方而減小。由于瓦特是焦耳/秒，因此輻照度可以重寫為焦耳/秒/cm²，是從UV LED燈頭發(fā)射UV能量的速率。值得注意的是，一旦輻照度使化學(xué)物質(zhì)吸收UV波長(zhǎng)的能力飽和，多余的輻照度就會(huì)在固化表面轉(zhuǎn)化為熱能。

能量密度窗口：配方和生產(chǎn)線速度決定了化學(xué)反應(yīng)完全所需的能量密度（焦耳/平方厘米）。能量密度越大，整體固化效果越好，生產(chǎn)線速度越快，有時(shí)峰值輻照度越低。并非所有發(fā)出相同峰值輻照度的UV LED系統(tǒng)都具有相同的能量密度。可以通過使用在設(shè)計(jì)上發(fā)射更大能量密度的燈、組合使用多個(gè)燈、減慢生產(chǎn)線速度或增加曝光時(shí)間來增加能量密度。

工作距離：這定義為UV LED發(fā)射窗口與固化表面之間的偏移。必須針對(duì)應(yīng)用和機(jī)器設(shè)置指定，因?yàn)檩椪斩入S著距離的增加而迅速降低。為了適應(yīng)更長(zhǎng)的工作距離，請(qǐng)考慮使用更強(qiáng)大的燈（更大的輻照度、更大的能量密度或兩者兼而有之）或采用光學(xué)器件或反射器來限制或準(zhǔn)直指定距離內(nèi)的UV波長(zhǎng)的LED 解決方案。

冷卻機(jī)制：工廠環(huán)境、OEM或最終用戶的偏好以及UV LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定了冷卻機(jī)制是強(qiáng)制通風(fēng)還是循環(huán)水。并非所有UV LED產(chǎn)品都提供風(fēng)冷型，功率較高的系統(tǒng)通常采用水冷型?？諝饫鋮s可以是正冷，即空氣被推入燈頭并排出到印刷機(jī)環(huán)境，也可以是負(fù)冷，即空氣從印刷機(jī)環(huán)境通過燈頭被拉出并通過管道排出。由于UV LED系統(tǒng)不排放臭氧，因此無需將冷卻空氣排出設(shè)施外。

安裝空間：安裝位置和機(jī)器設(shè)置決定了UV LED燈頭的允許空間。水冷系統(tǒng)通常比風(fēng)冷系統(tǒng)更緊湊。風(fēng)冷系統(tǒng)還要求進(jìn)氣口和出氣口周圍有最小間隙，以確保足夠的循環(huán)和散熱。

光學(xué)和屏蔽：燈與不需要的固化表面的接近度和方向會(huì)影響光學(xué)器件和屏蔽的使用。應(yīng)小心確保數(shù)字噴墨噴頭、油墨和涂料盤以及機(jī)器上的熱敏材料阻擋UV。此外，所有光線均應(yīng)遠(yuǎn)離操作員的直接視線。

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