（來源：全球印刷與包裝工業(yè)）可行的UV LED應用清單在不斷增加，支持這些應用的系統(tǒng)供應商、配方設(shè)計師和原始設(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)進步與增長，對UV LED技術(shù)的現(xiàn)在和未來來說是個好兆頭。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)可能會發(fā)現(xiàn)是時候開始了。 

對于初創(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的UV LED市場空間，并提供有關(guān)如何將UV LED固化系統(tǒng)與特定應用的需求相匹配的一般性指導建議。

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給定的UV LED輸出做出反應。對于每種應用和配方，都有一個UV工藝窗口，在該窗口內(nèi)可以實現(xiàn)可接受的固化。該窗口并不窄，但有一組最佳波長，以及最小和最大輻照度和總能量密度組合，從而實現(xiàn)正確的固化。在此窗口內(nèi)持續(xù)運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、隨時間推移的產(chǎn)品質(zhì)量，以及預期用途內(nèi)的最佳產(chǎn)品壽命和其他所需的標準性 。

當UV輸出正確匹配應用需求并與適當配制的油墨、涂料、粘合劑或擠出材料搭配使用時，UV LED技術(shù)就會表現(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和機器類型的所有應用。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)勢在于LED的離散特性允許更廣泛的固化系統(tǒng)設(shè)計，從而更好地滿足每種獨特應用的需求。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)各自的市場和應用進行定制，從而產(chǎn)生更高效、更經(jīng)濟的UV LED固化解決方案。因此，這也意味著商用供應商產(chǎn)品之間的固化性能存在巨大差異，因為固有設(shè)計可能非常不同，并且這些差異對于 原始設(shè)備制造商和最終用戶而言并不總是顯而易見。

應用的演變

掃描式機器和窄幅單通道印刷機中的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固化的首批應用。這些早期應用的共同點是生產(chǎn)線速度較慢，零件加工時間較長。雖然早年單個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。對于能量密度，解決方案是在靜態(tài)裝置中延長暴露時間，并在動態(tài)裝置中使用多次通過。

早期的UV LED應用所需的燈長度通常小于450毫米。結(jié)合許多應用僅需要一兩個燈即可實現(xiàn)快速固化的事實，總商業(yè)投資明顯低于需要多個燈和更寬燈的更寬、高速商業(yè)印刷機所需的系統(tǒng)。所有這些因素都至關(guān)重要，因為早期的UV LED系統(tǒng)功能不是很強大，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、輸出和長度方面取得了顯著提高 事實上，單跨燈頭現(xiàn)在的長度可達2米，燈的使用壽命通常超過40,000小時。此外，許多配方現(xiàn)在專門針對UV LED輸出進行了優(yōu)化。市場也更善于將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)濟和整個供應鏈的更多競爭，設(shè)備和配方的價格點都得到了改善。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，進入了要求更高、速度更快和更廣泛的商業(yè)應用——包括模擬和數(shù)字應用。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。

當今UV LED技術(shù)越來越多地被使用的領(lǐng)域——盡管市場滲透程度不同，并且不一定適用于每個細分市場內(nèi)的所有應用，但隨著時間的推移，這種情況將繼續(xù)得到改善。需要不同的UV LED燈設(shè)計以及特定于應用的配方，才能使多種不同的印刷、涂布和粘合工藝變得可行。因此，對于每種應用，各方（UV LED 固化系統(tǒng)供應商、配方設(shè)計師、OEM機器制造商、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試驗和工藝優(yōu)化來實現(xiàn)可行的UV LED解決方案。這一切都歸結(jié)為識別過程變量并將UV LED系統(tǒng)與應用、配方和材料處理設(shè)備相匹配。

將UV LED系統(tǒng)與應用、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，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，僅了解這些知識不足以將UV LED固化系統(tǒng)與給定應用相匹配。技術(shù)規(guī)格表很少解釋為什么產(chǎn)品最適合給定的應用，也很少參考給定卷材、紙張運行速度下的標稱電輸入功率和能量密度。匹配 UV LED固化系統(tǒng)時，應考慮以下一般準則。

最終固化特性：最終固化所需的機械、化學、功能和美學特性以及預期的產(chǎn)品用途應予以明確，并有助于推動配方化學，并最終決定當今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常可以很好地與LED固化，并滿足大多數(shù)圖形印刷要求。然而，有機硅脫模劑、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)年時間。

波長：目前商業(yè)化的固化波長包括365、385、395和405納米。對于大多數(shù)油墨應用，39納米是首選波長，365和385納米波長的使用程度較低。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納米的油墨波長相匹配，而當談到工業(yè)涂料（功能性涂料和硬質(zhì)涂料）時，還沒有達成共識，因為開發(fā)仍在進行中。

輻照度窗口：配方化學物質(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，這并不一定會比在既定輻照度窗口內(nèi)進行固化產(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。每個市場應用都是不同的，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際輻照度，因為輻照度隨著行進距離的平方而減小。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，一旦輻照度使化學物質(zhì)吸收UV波長的能力飽和，多余的輻照度就會在固化表面轉(zhuǎn)化為熱能。

能量密度窗口：配方和生產(chǎn)線速度決定了化學反應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?？梢酝ㄟ^使用在設(shè)計上發(fā)射更大能量密度的燈、組合使用多個燈、減慢生產(chǎn)線速度或增加曝光時間來增加能量密度。

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。必須針對應用和機器設(shè)置指定，因為輻照度隨著距離的增加而迅速降低。為了適應更長的工作距離，請考慮使用更強大的燈（更大的輻照度、更大的能量密度或兩者兼而有之）或采用光學器件或反射器來限制或準直指定距離內(nèi)的UV波長的LED 解決方案。

冷卻機制：工廠環(huán)境、OEM或最終用戶的偏好以及UV LED系統(tǒng)設(shè)計決定了冷卻機制是強制通風還是循環(huán)水。并非所有UV LED產(chǎn)品都提供風冷型，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環(huán)境，也可以是負冷，即空氣從印刷機環(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)通常比風冷系統(tǒng)更緊湊。風冷系統(tǒng)還要求進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。

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

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