金属板印刷UVLED设备选型建议与应用案例分析

文/ 詹炎

目前金属板印刷固化多以传统热固化技术和UV固化技术为主。其中前者因能耗高、污染重等缺点已呈逐渐淘汰之势，而后者应用非常广泛，具有胜过前者的技术和成本优势。

但从传统汞灯UV固化技术实际应用情况以及行业长远发展的角度来看，诸如“灯管能耗仍然偏高，使用寿命不够长，使用过程产生臭氧”三大硬伤一直如影随形，让这项技术形同鸡肋变得裹足不前。

在当前环保管控趋严以及降低生产成本的刚性需求下，近年来行业开始关注并应用UV LED固化这一已在其他印刷领域扎根多年的节能环保技术，相关设备和辅料供应商也在对UV LED技术不断增加研发投入，并密切跟踪其应用进展。

我司作为国内长期致力于金属板UV固化技术研发与推广的专业企业，于2018年取得了UV LED固化技术的突破，正在助力金属印刷业迈向绿色、节能、环保之路。其中尤以当年10月为中粮包装公司安装的一条四色UV LED固化设备具有代表性，由于固化情况良好，产品各项性能符合客户要求，整体运行正常，一个月时间便顺利完成验收。下面将以此进行案例分析，与行业人士分享关于LED固化技术应用方面的一些经验，以期抛砖引玉。

UV LED固化技术的特点

UV LED固化技术的原理基本与UV固化类似，即利用特殊波长的光源，对相应波长范围的UV LED油墨进行固化。UV LED发射的光谱分布相当狭窄，主要集中在印刷固化所需要的UVA紫外光波段，以峰值辐射为385nm/395nm为主，辐射能量主要集中在380~420nm的光谱波段内。UV LED在特定光谱处发出的辐射强度远远大于传统UV汞灯和卤素灯，并可以避开臭氧产生区，同时能耗相对较小。

表1 UV固化技术与UV LED固化技术性能指标对比

固化设备选型参考

根据我司经验，笔者认为UV LED固化设备选型需要注意以下几个要点。

芯片的选用和封装 UV LED固化技术的核心是芯片技术，目前行业多采用美国、日本和韩国产芯片，同时在国内进行封装。这方面已有相关文章介绍，限于篇幅此处不再赘述。

UV LED设备供电管理和系统管理 UV LED设备要做到稳定长寿命工作，对驱动电源和系统管理要求近乎苛刻，为此我司专门针对金属板印刷UV LED固化系统研发了智能化管理系统，集成了各种指标监测、配套装配控制、数据交互等功能，是一个管理全面、性能可靠的智能化平台，基本流程如图1所示。

图1 为金属板印刷UV LED固化系统开发的智能化管理系统工作流程图。

整体来看，该系统具有以下四个主要特点。

第一，专业的供电性能。本系统提供干净的纯直流供电，纹波电流0.4%。启动过程采取软启动，无过冲电流，有效保证了UV LED灯的寿命。快速响应启动功能实现了暂停输出后及时启动，漏固化产品得以消除。高精度数字控制输出，可确保整条灯的每一个部位光强高度一致。

图2 左图为我司现有恒流系统波形，右图为脉冲式系统典型波形。

第二，全面的信息管理。通过实时监控灯板电流、电压、温度、芯片损坏，并经由信号处理反馈给人机界面，可在发现异常情况时指导用户解决问题。内置专业算法分析制冷量，避免了UV LED水冷散热器结露。

第三，输出幅面灵活，节省能耗。小幅面印刷无需开启全灯，本系统支持24段输出，以及印刷机自动切换幅面，无需每次繁琐的幅面设定。

第四，高可靠性、高电气指标。本系统全部采用工业级、汽车级电子器件，内置优秀散热系统可有效保证电源有效寿命。三相输入平衡，电源效率高于94%，能在50℃高温环境下正常工作，电气安全特性达到欧盟技术指标，符合EMC、CE等国际标准。

水冷系统的控制UV LED是冷光源，发热来源于芯片本身，芯片的冷却至关重要。目前最好的冷却方式是在基板背部通冷却水，因而冷水机的控制非常关键，需要做很多相关保护，如：水流检测、温度保护、运行控制等。根据不同的控制工艺要求，基板可以做相应的设计。此外，封装方式可根据不同的应用环境做相应变化，功率亦可根据需要做相应的调整。

实例介绍

基于以上特点，本公司为前述中粮包装印铁机提供了“3+3配置”，即每个印刷色组之间各安装1组UV LED灯，主机再安装3组UVLED灯。与之前的主机采用4或5组UV LED的方案相比，其能量、光照强度以及实际固化情况毫不逊色。主机3组UV LED灯组在不同速度下的实测能量值如表2所示。

表2 终端3盏UV LED灯组在不同速度下的实测能量值

图3 “3+3配置”是指每个印刷色组之间各安装1组UV LED灯（左图），主机再安装3组UVLED灯（右图）。

实际运行中的注意事项 这条生产线在中粮包装已正常生产了两个多月，生产速度约5000~6000张/小时，设备各项参数稳定，主要产品为气雾罐、奶粉罐等，颜色、表面固化效果、附着力、堆叠情况等各项性能正常。

在实际运行中需要注意以下要点。

第一，配套采用UV LED固化油墨，唯此才能保证油墨固化良好。

第二，需要根据油墨性能和实际情况安排合适的印刷色序。

第三，增加UV LED光源的辐射强度可有效提高油墨的固化效率。

第四，光引发剂与UV LED光源光谱波长吸收匹配度越高，UV LED设备的功率就越低。

大幅降低成本 对综合电耗、设备运行以及备件等成本综合分析统计，一条四色UV LED与一条四色UV印刷机相比，每年预计可节省电费约25~35万元。

结语

2019年，UV LED技术在金属板印刷行业应用的脚步声越来越近，业界也在思考如何应对绿色节能环保的新趋势以及新技术的挑战。希望以上实践探索能给行业同仁提供参考，使您可以飞跃今日，遇见未来！