光固化技術(shù)
?光固化技術(shù)
?在過去幾年中，有一項(xiàng)新技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入人們的視 野，但還未引起轟動(dòng)，至少目前還沒有，也沒有太多 關(guān)于其使用情況的討論。這項(xiàng)技術(shù)就是UV LED（紫外 線發(fā)光二極管）固化，它可能會(huì)對(duì)傳統(tǒng)紫外線（UV） 固化油墨和上光油形成挑戰(zhàn)。UV LED是發(fā)光二極管， 它的發(fā)光方式為場(chǎng)致發(fā)光，由半導(dǎo)體產(chǎn)生，而傳統(tǒng)UV 固化是通過充入各種氣體的燈發(fā)光來實(shí)現(xiàn)的。UV LED 光固化技術(shù)最早出現(xiàn)在drupa 2008印刷展上，主要用 于數(shù)字噴墨墨水的固化，還可以用于柔印或其他印刷 工藝的油墨。
UV LED光固化的支持者說，這是下一個(gè)時(shí)期要發(fā) 生的大事，它可以取代目前廣泛使用的技術(shù)；其他人 則認(rèn)為其普及尚需時(shí)日。不過有幾個(gè)指標(biāo)肯定有利于 UV LED光固化技術(shù)的普及：能耗比傳統(tǒng)U V固化的要 低，而且L E D陣列具有更長(zhǎng)的使用壽命。但是，它的 固化速度比較慢。
美國(guó)Phoseon公司生產(chǎn)的UV LED燈成功應(yīng)用于標(biāo)簽 行業(yè)。由于標(biāo)簽印刷的速度越來越快，標(biāo)簽材料越來 越薄，而UV LED技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量， 因此不會(huì)損壞薄薄的標(biāo)簽和對(duì)熱敏感的承印材料。點(diǎn)亮LED陣列（在一個(gè)單元中有許多LED）所需的 能量比點(diǎn)亮U V燈所需的能量明顯要低。由于這種差 異，UV LED需要放在相當(dāng)接近承印材料的地方，距離 承印材料5～10 m m處，最遠(yuǎn)的也只有25 m m。而U V燈使用反光板，在離承印材料約53 m m處聚焦成單一光 束。L E D是泛光燈，它可以向四處發(fā)光，離承印材料 越遠(yuǎn)，照到承印材料上的光線就越少。
與傳統(tǒng)UV燈相比，UV LED有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一個(gè)優(yōu) 點(diǎn)是可以隨意開關(guān)L E D燈，當(dāng)標(biāo)簽從光束下通過時(shí)， 可以在幾微秒的時(shí)間內(nèi)將其關(guān)閉。它還可以閃爍發(fā) 光，在需要的時(shí)候打開，在不需要的時(shí)候關(guān)閉，節(jié) 省能源和成本。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是固化速度可以提高到 150 m/min。
Phoseon公司成立于2002年，專門從事UV LED燈 的制作。其他很多公司既有L E D燈也有傳統(tǒng)燈具，因 為有很多不適用LED的應(yīng)用場(chǎng)合。Phoseon公司的主要 市場(chǎng)在噴墨印刷行業(yè)，但也正在快速進(jìn)入黏合劑領(lǐng)域 及涂覆、木地板等行業(yè)。LED只是Phoseon公司的部分 產(chǎn)品，只占公司整個(gè)業(yè)務(wù)的10%。其他還有制作LED的 能力，把L E D裝在系統(tǒng)中保持冷卻，以便隨時(shí)增加其 功率。L E D陣列是封裝在一個(gè)有印刷電路板和冷卻裝 置的系統(tǒng)中，冷卻方式可以是風(fēng)冷，也可以是水冷。 L E D本身會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，必須以某種方式把熱量 排出。
從技術(shù)上講，UV固化油墨在固化后是固體而不是 液體，UV激發(fā)光引發(fā)劑與混合物中的其他顆粒產(chǎn)生鏈 接，引起聚合反應(yīng)而固化，形成固體并“干燥”。傳 統(tǒng)的U V固化利用了200～450 n m的整個(gè)紫外光譜，而U V L E D只集中在紫外光譜中一個(gè)狹窄的范圍，通常 是395～405 nm。目前UV油墨雖然有一些是在365 nm處 固化的（主要是UV-A的范圍），但大多數(shù)還是集中在 395 nm左右，這是固化的最佳點(diǎn)。
美國(guó)太陽化學(xué)公司有生產(chǎn)UV LED油墨，但還沒有 產(chǎn)生太大的效益，目前主要生產(chǎn)噴墨墨水和絲網(wǎng)印刷 油墨，在一般的印刷應(yīng)用場(chǎng)合，其印刷效果還不夠完 美。這家公司對(duì)UV LED固化技術(shù)非常有興趣，但從油 墨制造商的角度來看，這項(xiàng)技術(shù)還是存在一些問題， 其中一個(gè)問題就是如何獲取U V的能量。L E D光源是單 色光，通常在390～400 n m的范圍內(nèi)工作，這是可見 能量的開始處，越接近可見光，就越容易出現(xiàn)不希望 有的固化問題。典型的水銀蒸氣燈產(chǎn)生的紫外線能量 效率不夠高，只有大約20%的能量產(chǎn)生紫外線，而有 20%是可見能源，40%是熱量。L E D會(huì)把所有功率都轉(zhuǎn) 換到需要得到的那部分。不過標(biāo)準(zhǔn)的水銀蒸氣燈可以 通入大量的能量，發(fā)射更多的能量。
標(biāo)準(zhǔn)的紫外線燈泡發(fā)出的紫外線光譜為200～ 400 n m，有一些不需要的輻射能，但可以被利用。讓 不同的光引發(fā)劑做不同的事情，包括它們自己要做的 和希望它們做的。油墨中的顏料也會(huì)傳輸能量，所以 有些顏料的固化會(huì)比其他顏料會(huì)好一些。
除了油墨，還有光油。光油通常是用來實(shí)現(xiàn)某種 表面效果的。U V L E D燈產(chǎn)生的能源類型不能很好地 固化表面。很難用UV LED燈獲得很好固化的UV光油膜 層。另一個(gè)問題是，能產(chǎn)生表面固化的光引發(fā)劑不能 很好地吸收能量。
盡管如此，這項(xiàng)新技術(shù)以后還是有可能會(huì)用到其 他領(lǐng)域的，這項(xiàng)技術(shù)肯定會(huì)在某些地方得到提高，從 而被更廣泛地接受。
至于固化速度，有人說采用UV LED的印刷速度會(huì) 受到限制，U V LED的功率相對(duì)較低，但可以安置很 多模塊來提高功率。在增加功率的時(shí)候就要有冷卻 UV LED的設(shè)備。因此，需要權(quán)衡一下總成本，增加UV LED裝置是不是真有意義？
與標(biāo)準(zhǔn)的UV固化油墨相比，UV LED固化油墨的價(jià)格會(huì)高一些。在油墨中要加入更多的光引發(fā)劑，這些 成分通常都比較貴。
美國(guó)好樂UV公司是德國(guó)好樂股份公司的分公司， 也制造UV固化系統(tǒng)、傳統(tǒng)的產(chǎn)品以及UV LED產(chǎn)品。這 家公司為EFI Jetrion公司的數(shù)字噴墨標(biāo)簽印刷機(jī)提 供U V固化設(shè)備。E F I公司自己制造墨水，既可以用傳 統(tǒng)的紫外線固化，也可以用UV LED固化。Jetrion使 用UV LED固化白色油墨、傳統(tǒng)的其他顏色的UV油墨。 Jetrion系統(tǒng)先印白墨，然后印CMYK印刷色。白墨是 由二氧化鈦制成的，二氧化鈦是大分子，和黑墨一樣 都是用其他能源輻射系統(tǒng)進(jìn)行固化時(shí)會(huì)產(chǎn)生問題的 油墨。Jetrion采用UV LED對(duì)白墨進(jìn)行固化的過程被 稱為固定（pinning），其中輻射能使油墨的黏度提 高，但不能完全使其固化。經(jīng)過固定，后續(xù)在白墨上 印刷就容易很多。
U V L E D系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量從LED陣列的背面排 出，因此需要通過風(fēng)冷或水冷裝置，冷卻需要的功率 也要算在L E D的賬上。有業(yè)內(nèi)人士推測(cè)，由于使用冷 卻系統(tǒng)的能量可能會(huì)削弱UV LED固化使用較少能源的 說法。但系統(tǒng)制造商認(rèn)為，冷卻系統(tǒng)的功耗再大也不 會(huì)大到接近傳統(tǒng)UV系統(tǒng)所需的功率。
大多數(shù)油墨制造商正在或已經(jīng)開始研發(fā)UV LED墨 水系統(tǒng)，并在市場(chǎng)上推出了一些產(chǎn)品，如盛威科和 INX國(guó)際公司。在2009年芝加哥的全美印藝展上，INX 國(guó)際公司展示了一臺(tái)短版的窄幅輪轉(zhuǎn)UV LED印刷機(jī)， 以20 m/min的固化速度一次走紙輸出。最近，該公司 展出了LED-INX墨水，這是一種UV固化的顏料型噴墨 墨水，正處于開發(fā)階段。
EFI除了Jetrion的數(shù)字噴墨印刷機(jī)，還制造威 特寬幅U V噴墨系統(tǒng)。該公司最近宣布，已經(jīng)選擇 Phoseon公司為威特噴墨打印機(jī)提供固化設(shè)備。推出 的EFI威特GS3250LX UV固化打印機(jī)重新定義了性能和 功能標(biāo)準(zhǔn)，UV LED燈提供了以前用傳統(tǒng)的水銀燈無法 向用戶提供的獨(dú)特功能。Phoseon公司的FireJet產(chǎn)品 在超寬幅面打印機(jī)產(chǎn)品的成功應(yīng)用，說明UV LED系統(tǒng) 供應(yīng)商已經(jīng)能夠應(yīng)對(duì)嚴(yán)格的技術(shù)、可靠性和性能的挑戰(zhàn)。作為EFI威特的一個(gè)技術(shù)供應(yīng)商，Phoseon公司需 要提供專門按EFI的規(guī)格定制的解決方案。
另一家寬幅噴墨打印機(jī)制造商日本羅蘭公司也推 出了64 in的VersaUV LEJ-640 UV LED組合式噴墨打印 機(jī)。LEJ-640利用該公司的VersaUV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，從卷筒 材料到0.5 i n厚的板材，打印具有特殊效果和整飾效 果的圖形。作為該公司最新的VersaUV系列中的產(chǎn)品， LEJ-640可以在包括瓦楞紙板、泡沫板和其他硬質(zhì)材料 上制作包裝模型和特種印刷。LEJ-640也可以在各種軟 包裝材質(zhì)上打印和模擬壓凸效果，可以在各種用作印 刷機(jī)打樣樣張、模板、寬幅標(biāo)示牌、銷售點(diǎn)廣告、櫥窗 顯示和室內(nèi)裝飾項(xiàng)目所用的材料上打印。安全使用的 UV-LED燈，既高效又節(jié)能，還無需預(yù)熱時(shí)間。
德國(guó)賀利氏特種光源公司也推出了UV LED系統(tǒng)， 稱為NobleCure。這個(gè)系統(tǒng)的波長(zhǎng)為395 nm，輻射功 率至少為4 W/c m2。由于照射的窗口面積近40 c m2，產(chǎn) 生的總能量大約為200 W。這有效的輻射能力因采用 最先進(jìn)的微透鏡技術(shù)而得以實(shí)現(xiàn)。這種鏡頭能夠形成 光束，增加UV LED系統(tǒng)的解偶聯(lián)效率達(dá)50%以上。輻 射基本保持穩(wěn)定，甚至在要固化材料處在不同距離時(shí) 也只有輕微的下降。因此，NobleCure可以在與承印 材料不同的距離上工作，而不需要重新調(diào)整系統(tǒng)的位 置。它可以實(shí)現(xiàn)365～405 n m的波長(zhǎng)范圍，因此可以 用于各種膠黏劑的固化和數(shù)字印刷的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的UV燈相比，UV LED燈具有較長(zhǎng)的使用壽 命。從使用壽命長(zhǎng)的角度說，L E D表現(xiàn)極佳。有幾家 公司在連續(xù)不停運(yùn)行的情況下，LED使用已經(jīng)達(dá)到2萬 h以上，而且還在繼續(xù)使用。以前LED燈具生產(chǎn)廠家都 聲稱燈具的壽命為1萬h，現(xiàn)在都說是1.5萬h。
UV LED市場(chǎng)的發(fā)展相當(dāng)不錯(cuò)，它在一些市場(chǎng)中還 是有優(yōu)勢(shì)的，但是這個(gè)優(yōu)勢(shì)目前并不大。隨著時(shí)間的 推移，會(huì)有越來越多的人了解它，會(huì)有很多人愿意嘗 試新的東西。很多人推測(cè)UV LED固化技術(shù)會(huì)取代傳統(tǒng) 的UV固化技術(shù)。它具有更高的能源效率、降低維護(hù)需 求的優(yōu)勢(shì)，這等同于節(jié)約了成本，加上其符合環(huán)保要 求，這就宣告了效率較低的水銀紫外線燈具技術(shù)的結(jié) 束。至于這個(gè)系統(tǒng)會(huì)不會(huì)用在窄幅印刷機(jī)領(lǐng)域？業(yè)內(nèi) 人士似乎都很樂觀。柔性版印刷機(jī)可以用它進(jìn)行可變 信息印刷。UV LED在以后也會(huì)在數(shù)字印刷、柔性版印 刷等領(lǐng)域中使用。
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