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LED UV光固化技术在丝印中应用分析

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发表时间:2021-09-28 19:50作者:宋词

在印刷工业中,日本利优比公司最早在德鲁巴2008展会上首次展出了LED UV光固化技术。LED UV一出现就光芒万丈,备受瞩目,引起印刷设备厂商及印刷服务商的极大的关注。印刷市场专家都对这项技术给予了很高的评价,他们普遍认为,随着LED技术的不断推广应用,LED UV技术将成为未来固化的主要技术。

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目前,LED UV技术主要用于数字喷墨墨水及柔性版水墨的固化,本文首先对比分析LED UV技术的优缺点,列举该技术在喷墨和柔性版的一些好的应用实例,然后对它在丝网印刷中存在的问题进行分析,对它在丝印中的前景进行展望。

发光二极管(LED)LED是Light Emitting Diode的简称,是一种当有电流流动时就发光的半导体(如图1所示),也被称作发光二极管。LED可以在一个照射器具内,使用多个阵列排布的LED,即使其中少数几个LED出现故障,也可被其他正常的LED所覆盖,是一种耐用性高的照射器具。面对目前印刷市场承印物向多样化、个性化转变的趋势,LED-UV固化方式能较好适应短交货期、生产高附加值产品、节省印刷现场空间等的印刷需求。

LED UV技术相对于普通UV灯管具有节能、寿命长等优点,表1对LED UV技术的优缺点进行了一个简单的对比。表1 LED UV技术优缺点比较优点 缺点·体积小、寿命长(1.5万小时,是普通UV灯管的15倍),经久耐用;·省电(是UV固化方式1/4~1/5)、光源准备时间短(能实现瞬时开灯、关灯);·无臭氧,热变形小,环保性好。·成本较高·LED-UV灯管功率较低·

目前匹配的油墨种类较少Drupa 2008年推出LED UV固化技术是松下电子公司、日亚公司和利优化印刷机制造商联合研发的。

目前,LED UV技术在印刷工业中主要集中在喷墨打印及柔版印刷领域。DOI:10.3969/j.issn.1007-2160.2012.12.022012.12 市场动态 MarketScreen Printing Industry / 网印工业 51Phoseon公司成立于2002年,是一家专门从事UV LED灯制作的公司,在全球UV LED灯管制造技术中处于领先水平,为众多知名印刷设备制造商提供UV LED灯管。Phoseon公司的UV LED灯目前主要在喷墨印刷行业,但也正在快速进入很多有严格要求的产品和应用领域,如黏合剂涂覆、木地板等行业领域。Phoseon公司的UV LED灯主要有FireEdge、FireFlex、FirePower、FireJet等系列,能量范围2~16W/cm2,主要应用于数码喷墨打印及各类型柔版印刷。美国好乐UV公司也制造LED UV固化系统。它为EFI Jetrion公司的数字喷墨标签印刷机提供UV固化设备。EFI公司自己生产的墨水,既可用传统的紫外线固化,也可用LED UV固化。日本罗兰公司,是一家打印机制造商,推出了64inch的Versa UV LEJ-640 UV LED组合式喷墨打印机。LEJ - 640 EJ用该公司的Versa UV技术,能够在大多数承印材料上打印C 、M 、Y 、K 、白色和透明色。在卷材料0.5inch厚的板材上,打印也有特殊效果和整饰效果的图形。作为该公司最新的Versa UV系列中的产品,LEJ-640能在包括瓦楞纸板、泡沫板和其他硬质材料上制作包装模型和特种印刷。INX国际公司也开发了一台短版的窄幅轮转LED UV印刷机,能以较快的固化速度一次走纸输出。该公司还推出了适合LED UV印刷机的LED-INX墨水。虽然LED UV固化技术在喷墨以及柔性版中有了一些应用,但在丝网印刷中应用成功案例较少,很多设备生产厂商都在积极研发LED UV技术在丝网中的应用。由于丝印的墨层厚度较厚,且承印物的种类更是多种多样,如果在丝印中能成功实现LED UV固化具有重大应用前景。另外,LED UV技术在显示器元件、触摸屏丝印、特殊物体表面以及三维结构组合件加工中都具有很大的市场需求。目前,LED UV应用在丝印上报道最多的是Empire Screen Printing推出的世界首款紫外光固化LED丝网印刷机Kammann。该款产品是Empire Screen Printing与3家伙伴厂商合作研发制造的,该款印刷机采用Phoeson UV LED点光源,并使用专用的Nazadar墨水,提高了印刷性能及环保。这款印刷机约100万美元,能降低40~50%的电能,价值约几千美金,并且能降低有害气体排放。太阳化学公司利用自己开发的LED UV钛白科技,可以从根本解决了旋转丝印以上的缺点,提高印刷速度、粘合力,使其能够在多种基材上应用,使其具有与UV固化标签套印工艺相同的生产能力,并兼市场动态 2012.12Market52 网印工业 / Screen Printing Industry具UV和水性柔版油墨和涂料的优点,具有更加出色的色彩效果、更快的印刷时间以及更低的成本消耗。

LED UV技术在丝网印刷显示器件中的应用也崭露头角。OmniCure LC280是一款专门为显示制造厂家提供的一种高生产效率的LED UV固化系统。该系统能帮助显示器丝网制造厂商提高产品产量,同时具有较高的UV能量输出及较低固化温度。当丝网印刷在特殊结构组合件加工应用时,LED UV固化技术具有明显的优势。在几何结构加工难度大的组合件加工中,通常是利用胶黏剂的固化反应,比如型材生产、小面积上光上漆的护罩生产、复杂的三维结构组合件等加工。LED UV技术在该领域的应用开辟了复合材料的新生产模式。这种复合材料是由不同材料层层复合而成的,且每一层都是利用LED UV固化直到成品完成。虽然LED UV技术在丝印中应用前景广阔,但目前LED UV在丝印中还存在不少问题,比如LED灯泡辐射功率不足、投资及收益平衡问题、配套的油墨种类少等。下面对LED UV技术在丝印中应用存在的一些问题进行分析。LED灯泡辐射功率不足在以往,UV丝网印刷油墨通常不能用LED技术进行固化,主要是由于LED灯泡辐射功率较低,辐射波长较单一。丝网印刷油墨印刷时墨层较厚,在固化时,需要较大的能量,因此在LED UV应用时要重点考虑LED的输出能量。LED输出的辐射能量相对较低是一直困扰LED UV发展的一个难题,但目前很多LED灯制造企业都在通过增加更多的模块、改进光学系统等技术来提高辐射功率,从而满足固化要求。

LED UV的功率相对较低,通常可以通过提高LED的安置密度来提高功率。另外,针对辐射波长单一的缺点,根据采用在一个模块中进行LED不同数组间的排列,达到不同波长的输出,满足油墨不同种类光引发剂的需求。比如在一个模块中,用5种不同的波长区域:365nm、375nm、385nm、395nm和405nm组合成一个新的波长区域,从而应用于不同的UV印刷油墨。德国贺利氏特种光源公司也推出了LED UV系统,称为NobleCure。采用***的微透镜技术,这个系统的波长为395nm,辐射功率至少为4W/cm2。由于照射的窗口面积近40cm2,产生的总能量可达到200W。图2 LED灯泡辐射功率增长状况从图2中也可以看到,随着UV LED灯制造技术逐渐提高,辐射功率每年都快速增长,目前已有Phoseon公司的FirePower系列产品,能量可达到16 W/cm2。

LED UV技术投资及收益平衡曲线2012.12 市场动态 MarketScreen Printing Industry / 网印工业 53投资及收益平衡问题从目前市场来讲,作为印刷干燥装置的UV灯管,从低价商品到高价商品,种类齐全;而LEDUV固化装置则是属于比较高价的商品。

现在,生产商正在努力降低能发射紫外线的LED的成本,以期待LED-UV固化方式能以低价进入并扩大市场。

Easytec GmbH公司计算的投资与收益年限表可以看到设备一般在1~4年内即可收回成本,潜在的节约能量成本可达75%,是一项非常有前景的技术。

LED UV商业方案组成配套的油墨种类少在采用LED-UV固化时,光考虑LED灯泡是不够的,还要考虑LED灯泡与UV油墨之间的匹配,只有合适的UV油墨,合适的固化工艺参数,才能达到好的固化效果。因此采用LED UV技术,往往需要一个商业方案。如图4所示,一个LED UV商业方案包括LED灯泡、UV油墨以及提供的服务。有了这个方案后,用户就不用考虑LED灯泡和油墨的匹配了。LED-UV固化方式发射的紫外线波长较单一,所以印刷时所采用的UV油墨必需在波长较单一情况下进行固化。

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实际情况是,现在的市场正处在产品的开发阶段,供应的油墨厂家少,品种系列也不多。

太阳化学公司欧洲技术总监Dr. Nick Ivory说到:“目前太阳化学以及他们的合作公司Dainippon Ink都在开发适合LED UV固化的油墨,但是需要等待,等待印刷企业对该种油墨的需求”。Flint Group的Dr. Hans-Peter Seyer说:“他们还没有开发UV LED相关的油墨,但是公司对这项技术非常感兴趣,期待LED UV在胶印等领域的应用进一步扩大”。种种迹象表明,LED UV技术中,要实现LED与墨水匹配,还需要市场成熟,以及油墨厂商的进一步投入。LED UV技术就像是未来油墨固化中的一轮朝阳,现在正是处于即将要破晓的时候,很多市场专家都预测,LED UV技术将在2015年出现大规模应用。对于膜层厚度较厚、承印物种类多样的丝网印刷而言,LED UV固化技术具有不可比拟的优势,通过继续提高LED等的辐射能量,降低LED灯的制造成本,提供更多适合LED UV固化的油墨,LED UV技术将会在印刷电子、纺织品、三维结构组合件加工等丝网领域迎来更加璀璨的明天。

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