LED UV光固化技术在丝印中应用分析

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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。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。

图1 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

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。

Phoseon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。采用最先进的微透镜技术，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。

图3 LED UV技术投资及收益平衡曲线

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。从图3的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。

图4 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。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。