LED UV光固化技術(shù)在絲印中應(yīng)用分析

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在印刷工業(yè)中，日本利優(yōu)比公司最早在德魯巴2008展會上首次展出了LED UV光固化技術(shù)。LED UV一出現(xiàn)就光芒萬丈，備受矚目，引起印刷設(shè)備廠商及印刷服務(wù)商的極大的關(guān)注。印刷市場專家都對這項技術(shù)給予了很高的評價，他們普遍認為，隨著LED技術(shù)的不斷推廣應(yīng)用，LED UV技術(shù)將成為未來固化的主要技術(shù)。目前，LED UV技術(shù)主要用于數(shù)字噴墨墨水及柔性版水墨的固化，本文首先對比分析LED UV技術(shù)的優(yōu)缺點，列舉該技術(shù)在噴墨和柔性版的一些好的應(yīng)用實例，然后對它在絲網(wǎng)印刷中存在的問題進行分析，對它在絲印中的前景進行展望。

圖1 發(fā)光二極管（LED）

LED是Light Emitting Diode的簡稱，是一種當(dāng)有電流流動時就發(fā)光的半導(dǎo)體（如圖1所示），也被稱作發(fā)光二極管。LED可以在一個照射器具內(nèi)，使用多個陣列排布的LED，即使其中少數(shù)幾個LED出現(xiàn)故障，也可被其他正常的LED所覆蓋，是一種耐用性高的照射器具。面對目前印刷市場承印物向多樣化、個性化轉(zhuǎn)變的趨勢，LED-UV固化方式能較好適應(yīng)短交貨期、生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品、節(jié)省印刷現(xiàn)場空間等的印刷需求。

LED UV技術(shù)相對于普通UV燈管具有節(jié)能、壽命長等優(yōu)點，表1對LED UV技術(shù)的優(yōu)缺點進行了一個簡單的對比。

表1 LED UV技術(shù)優(yōu)缺點比較

Drupa 2008年推出LED UV固化技術(shù)是松下電子公司、日亞公司和利優(yōu)化印刷機制造商聯(lián)合研發(fā)的。目前，LED UV技術(shù)在印刷工業(yè)中主要集中在噴墨打印及柔版印刷領(lǐng)域。

Phoseon公司成立于2002年，是一家專門從事UV LED燈制作的公司，在全球UV LED燈管制造技術(shù)中處于領(lǐng)先水平，為眾多知名印刷設(shè)備制造商提供UV LED燈管。Phoseon公司的UV LED燈目前主要在噴墨印刷行業(yè)，但也正在快速進入很多有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品和應(yīng)用領(lǐng)域，如黏合劑涂覆、木地板等行業(yè)領(lǐng)域。Phoseon公司的UV LED燈主要有FireEdge、FireFlex、FirePower、FireJet等系列，能量范圍2～16W/cm2，主要應(yīng)用于數(shù)碼噴墨打印及各類型柔版印刷。

美國好樂UV公司也制造LED UV固化系統(tǒng)。它為EFI Jetrion公司的數(shù)字噴墨標(biāo)簽印刷機提供UV固化設(shè)備。EFI公司自己生產(chǎn)的墨水，既可用傳統(tǒng)的紫外線固化，也可用LED UV固化。

日本羅蘭公司，是一家打印機制造商，推出了64inch的Versa UV LEJ-640 UV LED組合式噴墨打印機。LEJ - 640 EJ用該公司的Versa UV技術(shù)，能夠在大多數(shù)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飾效果的圖形。作為該公司最新的Versa UV系列中的產(chǎn)品，LEJ-640能在包括瓦楞紙板、泡沫板和其他硬質(zhì)材料上制作包裝模型和特種印刷。

INX國際公司也開發(fā)了一臺短版的窄幅輪轉(zhuǎn)LED UV印刷機，能以較快的固化速度一次走紙輸出。該公司還推出了適合LED UV印刷機的LED-INX墨水。

雖然LED UV固化技術(shù)在噴墨以及柔性版中有了一些應(yīng)用，但在絲網(wǎng)印刷中應(yīng)用成功案例較少，很多設(shè)備生產(chǎn)廠商都在積極研發(fā)LED UV技術(shù)在絲網(wǎng)中的應(yīng)用。由于絲印的墨層厚度較厚，且承印物的種類更是多種多樣，如果在絲印中能成功實現(xiàn)LED UV固化具有重大應(yīng)用前景。另外，LED UV技術(shù)在顯示器元件、觸摸屏絲印、特殊物體表面以及三維結(jié)構(gòu)組合件加工中都具有很大的市場需求。

目前，LED UV應(yīng)用在絲印上報道最多的是Empire Screen Printing推出的世界首款紫外光固化LED絲網(wǎng)印刷機Kammann。該款產(chǎn)品是Empire Screen Printing與3家伙伴廠商合作研發(fā)制造的，該款印刷機采用Phoeson UV LED點光源，并使用專用的Nazadar墨水，提高了印刷性能及環(huán)保。這款印刷機約100萬美元，能降低40～50%的電能，價值約幾千美金，并且能降低有害氣體排放。

太陽化學(xué)公司利用自己開發(fā)的LED UV鈦白科技，可以從根本解決了旋轉(zhuǎn)絲印以上的缺點，提高印刷速度、粘合力，使其能夠在多種基材上應(yīng)用，使其具有與UV固化標(biāo)簽套印工藝相同的生產(chǎn)能力，并兼具UV和水性柔版油墨和涂料的優(yōu)點，具有更加出色的色彩效果、更快的印刷時間以及更低的成本消耗。

LED UV技術(shù)在絲網(wǎng)印刷顯示器件中的應(yīng)用也嶄露頭角。OmniCure LC280是一款專門為顯示制造廠家提供的一種高生產(chǎn)效率的LED UV固化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能幫助顯示器絲網(wǎng)制造廠商提高產(chǎn)品產(chǎn)量，同時具有較高的UV能量輸出及較低固化溫度。

當(dāng)絲網(wǎng)印刷在特殊結(jié)構(gòu)組合件加工應(yīng)用時，LED UV固化技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。在幾何結(jié)構(gòu)加工難度大的組合件加工中，通常是利用膠黏劑的固化反應(yīng)，比如型材生產(chǎn)、小面積上光上漆的護罩生產(chǎn)、復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)組合件等加工。LED UV技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了復(fù)合材料的新生產(chǎn)模式。這種復(fù)合材料是由不同材料層層復(fù)合而成的，且每一層都是利用LED UV固化直到成品完成。

雖然LED UV技術(shù)在絲印中應(yīng)用前景廣闊，但目前LED UV在絲印中還存在不少問題，比如LED燈泡輻射功率不足、投資及收益平衡問題、配套的油墨種類少等。下面對LED UV技術(shù)在絲印中應(yīng)用存在的一些問題進行分析。

LED燈泡輻射功率不足

在以往，UV絲網(wǎng)印刷油墨通常不能用LED技術(shù)進行固化，主要是由于LED燈泡輻射功率較低，輻射波長較單一。絲網(wǎng)印刷油墨印刷時墨層較厚，在固化時，需要較大的能量，因此在LED UV應(yīng)用時要重點考慮LED的輸出能量。

LED輸出的輻射能量相對較低是一直困擾LED UV發(fā)展的一個難題，但目前很多LED燈制造企業(yè)都在通過增加更多的模塊、改進光學(xué)系統(tǒng)等技術(shù)來提高輻射功率，從而滿足固化要求。

LED UV的功率相對較低，通?？梢酝ㄟ^提高LED的安置密度來提高功率。另外，針對輻射波長單一的缺點，根據(jù)采用在一個模塊中進行LED不同數(shù)組間的排列，達到不同波長的輸出，滿足油墨不同種類光引發(fā)劑的需求。比如在一個模塊中，用5種不同的波長區(qū)域：365nm、375nm、385nm、395nm和405nm組合成一個新的波長區(qū)域，從而應(yīng)用于不同的UV印刷油墨。

德國賀利氏特種光源公司也推出了LED UV系統(tǒng)，稱為NobleCure。采用最先進的微透鏡技術(shù)，這個系統(tǒng)的波長為395nm，輻射功率至少為4W／cm2。由于照射的窗口面積近40cm2，產(chǎn)生的總能量可達到200W。

圖2 LED燈泡輻射功率增長狀況

從圖2中也可以看到，隨著UV LED燈制造技術(shù)逐漸提高，輻射功率每年都快速增長，目前已有Phoseon公司的FirePower系列產(chǎn)品，能量可達到16 W/cm2。

圖3 LED UV技術(shù)投資及收益平衡曲線

投資及收益平衡問題

從目前市場來講，作為印刷干燥裝置的UV燈管，從低價商品到高價商品，種類齊全；而LEDUV固化裝置則是屬于比較高價的商品?，F(xiàn)在，生產(chǎn)商正在努力降低能發(fā)射紫外線的LED的成本，以期待LED-UV固化方式能以低價進入并擴大市場。從圖3的Easytec GmbH公司計算的投資與收益年限表可以看到設(shè)備一般在1～4年內(nèi)即可收回成本，潛在的節(jié)約能量成本可達75%，是一項非常有前景的技術(shù)。

圖4 LED UV商業(yè)方案組成

配套的油墨種類少

在采用LED-UV固化時，光考慮LED燈泡是不夠的，還要考慮LED燈泡與UV油墨之間的匹配，只有合適的UV油墨，合適的固化工藝參數(shù)，才能達到好的固化效果。因此采用LED UV技術(shù)，往往需要一個商業(yè)方案。如圖4所示，一個LED UV商業(yè)方案包括LED燈泡、UV油墨以及提供的服務(wù)。有了這個方案后，用戶就不用考慮LED燈泡和油墨的匹配了。LED-UV固化方式發(fā)射的紫外線波長較單一，所以印刷時所采用的UV油墨必需在波長較單一情況下進行固化。實際情況是，現(xiàn)在的市場正處在產(chǎn)品的開發(fā)階段，供應(yīng)的油墨廠家少，品種系列也不多。太陽化學(xué)公司歐洲技術(shù)總監(jiān)Dr. Nick Ivory說到：“目前太陽化學(xué)以及他們的合作公司Dainippon Ink都在開發(fā)適合LED UV固化的油墨，但是需要等待，等待印刷企業(yè)對該種油墨的需求”。Flint Group的Dr.Hans-Peter Seyer說：“他們還沒有開發(fā)UV LED相關(guān)的油墨，但是公司對這項技術(shù)非常感興趣，期待LED UV在膠印等領(lǐng)域的應(yīng)用進一步擴大”。種種跡象表明，LED UV技術(shù)中，要實現(xiàn)LED與墨水匹配，還需要市場成熟，以及油墨廠商的進一步投入。

LED UV技術(shù)就像是未來油墨固化中的一輪朝陽，現(xiàn)在正是處于即將要破曉的時候，很多市場專家都預(yù)測，LED UV技術(shù)將在2015年出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。對于膜層厚度較厚、承印物種類多樣的絲網(wǎng)印刷而言，LED UV固化技術(shù)具有不可比擬的優(yōu)勢，通過繼續(xù)提高LED等的輻射能量，降低LED燈的制造成本，提供更多適合LED UV固化的油墨，LED UV技術(shù)將會在印刷電子、紡織品、三維結(jié)構(gòu)組合件加工等絲網(wǎng)領(lǐng)域迎來更加璀璨的明天。