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淺談UV LED固化

發(fā)表時(shí)間:2022-02-28   訪問(wèn)量:

    大家好,本文將簡(jiǎn)單討論一下UVLED固化技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱LED),希望能起到拋磚引玉的作用,歡迎大家共同探討。

    目前常用的固化方式可以分為兩大類,一類是熱固化,一類是光固化。熱固化顧名思義則是靠溫度,通過(guò)加熱升溫的方式實(shí)現(xiàn)固化。光固化則是通過(guò)紫外線照射激發(fā)光引發(fā)劑來(lái)完成固化。


    隨著目前環(huán)保以及國(guó)家“碳中和”等政策的落實(shí),在未來(lái)一段時(shí)間光固化的占比將逐漸提升。


    光固化現(xiàn)階段應(yīng)用較廣的行業(yè)有電子行業(yè),智能制造以及自動(dòng)化制造,印刷,醫(yī)療,涂布等,與大家息息相關(guān)的則比如手機(jī),電視機(jī),電腦,家具,身份證等產(chǎn)品的制造工藝均有應(yīng)用。


    針對(duì)光固化本身再次進(jìn)行細(xì)分可以分為兩類:一類是汞燈的固化工藝,另外一類則是LED的光固化。


    汞燈通俗來(lái)講包括以下這些:低壓汞燈(飛利浦燈管),中壓汞燈,高壓汞燈,金屬鹵素?zé)簦瑹o(wú)極燈(又分為H和D型)。LED則是按照波段來(lái)進(jìn)行劃分,目前有的比如:265nm,320nm,340nm,365nm,385nm,395nm,405nm等。


    汞燈的優(yōu)點(diǎn)有:

制造工藝成熟,波段覆蓋較廣,從200-450nm,或者200-7--nm均有覆蓋,膠水適應(yīng)性較好。

    汞燈的缺點(diǎn)有:

1光電效率較低,普遍在10%-15%。需要消耗較多電能。2體積相對(duì)來(lái)說(shuō)較大,安裝需要占用較大空間,尤其是需要進(jìn)出風(fēng)道的產(chǎn)品。3燈管壽命較短,普通的在1000-3000小時(shí),無(wú)極燈壽命在6000小時(shí)。需要經(jīng)常更換,影響生產(chǎn)節(jié)奏且長(zhǎng)期使用耗材費(fèi)用較高。4工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生VOC氣體,不利于產(chǎn)線工人身體健康,排放也不符合環(huán)保要求。


    LED的優(yōu)點(diǎn)有:

1光電轉(zhuǎn)換效率高普遍在30%-50%。非常節(jié)能,符合“碳中和”政策。2系統(tǒng)體積小,安裝占用空間小。3壽命較久,以常用的365nm為例,目前壽命L70基本能達(dá)到20000小時(shí),395nm與405nm則能達(dá)到40000小時(shí)。且使用過(guò)程中無(wú)耗材,不影響生產(chǎn)節(jié)奏。4工作時(shí)不產(chǎn)生有害氣體,對(duì)產(chǎn)線工人相對(duì)來(lái)說(shuō)友好(仍需做防護(hù)).5生產(chǎn)效率較高,可以明星提升產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)速度。

    LED的缺點(diǎn)有:

    波段波峰值較窄,對(duì)膠水有適應(yīng)性要求,電子行業(yè)目前適應(yīng)性均可以,但在少數(shù)行業(yè)比如涂布,硬化等對(duì)膠水適配性要求較高,有些時(shí)候需要膠水進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整才可以達(dá)到理想效果。


    回到LED光源本身,目前市面上常見(jiàn)的LED驅(qū)動(dòng)有兩種方式,一種是恒流源驅(qū)動(dòng),一種是恒壓源驅(qū)動(dòng),在這里推薦大家選用恒流源驅(qū)動(dòng)的方式,這樣對(duì)LED的壽命有保證。


    LED光源分為控制系統(tǒng)部分+燈頭照射系統(tǒng)兩部分組成。

    控制系統(tǒng):

主要負(fù)責(zé)電流,電壓還有控制信號(hào),反饋信號(hào)的收集與處理。是整個(gè)LED光源的核心,它的好壞直接決定LED光源工作時(shí)的穩(wěn)定性,均勻性,以及使用壽命。


    照射系統(tǒng):

包含燈珠,燈板,散熱(散熱又分為風(fēng)冷與水冷散熱)數(shù)據(jù)以及供電接口。燈珠是核心工作部件,整個(gè)LED光源的所有配件包括控制部分都是為燈珠進(jìn)行服務(wù)的。燈珠的好壞也會(huì)直接影響穩(wěn)定性,均勻性,以及壽命。


    散熱:

LED目前分為風(fēng)冷,水冷,被動(dòng)散熱,氣冷散熱等幾種散熱方式。當(dāng)照射面積較小且光功率非常低時(shí)方可使用被動(dòng)散熱。常見(jiàn)的主要有風(fēng)冷及水冷散熱兩種。


    風(fēng)冷散熱:

適用于光功率不高,且燈頭與外面氣流交換較好,環(huán)境溫度能穩(wěn)定保持在25°時(shí)可以使用,優(yōu)點(diǎn)是不需要配套水冷機(jī)進(jìn)行使用,方便移動(dòng)作業(yè)。


    水冷散熱:

適用面非常廣,對(duì)光功率沒(méi)有限制,尤其是涂布烘箱等密閉空間,散熱效果好。缺點(diǎn)是需要配套水冷機(jī)使用。


    LED針對(duì)不同行業(yè)也有一些特定方案相對(duì)應(yīng)。比如印刷行業(yè),一般選用COB燈珠方案,由于本身對(duì)光功率要求較高,而對(duì)精密度,均勻性,壽命等要求相對(duì)寬松,使用COB方案可以把光功率堆疊到比較高,比如20-30W/cm2等。COB方案目前常采用進(jìn)口芯片國(guó)內(nèi)封裝(原裝進(jìn)口COB燈珠成本較高),或者直接國(guó)內(nèi)甚至臺(tái)灣芯片然后封裝,然后通過(guò)PLC調(diào)節(jié)電壓的方式來(lái)工作。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是成本可以控制在較低水平,有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)是穩(wěn)定性稍差,對(duì)燈珠性能壓榨很極限,壽命縮短。


    在自動(dòng)化行業(yè)由于是24小時(shí)機(jī)臺(tái)不停運(yùn)轉(zhuǎn),且產(chǎn)品產(chǎn)值相對(duì)較高,一般要求LED光源的穩(wěn)定性,精密度,可編程性較高。


    在涂布行業(yè)由于一般產(chǎn)品寬幅較大,在1200-1700mm比較常見(jiàn),且涂布生產(chǎn)過(guò)程中不允許停機(jī),因此對(duì)產(chǎn)品的橫向均勻性,穩(wěn)定性,控制精密度,壽命等都要求較高。客戶試錯(cuò)成本較高,一旦光源出現(xiàn)問(wèn)題造成的生產(chǎn)產(chǎn)品損失很可能超過(guò)設(shè)備本身的價(jià)值。


    LED的控制精密度現(xiàn)在已經(jīng)有少數(shù)廠家可以做到千分之一精度。比如光功率最大為1000mw/cm2時(shí),可以實(shí)現(xiàn)最小1mw/cm2的光照強(qiáng)度且以1mw為單位進(jìn)行線性調(diào)節(jié)和輸出。目前針對(duì)絕大部分應(yīng)用而言百分之一精度其實(shí)已經(jīng)可以滿足要求,只有極少數(shù)特殊要求應(yīng)用會(huì)使用到千分之一精度。


    另外LED的驅(qū)動(dòng)除了使用恒流源驅(qū)動(dòng)外還最好是有單獨(dú)的電源管理系統(tǒng),并且在面積較大光源時(shí)盡量使用小模塊控制,這樣一致性會(huì)比較好,整體橫向均勻性也比較好。


    市面上常見(jiàn)的LED不良引起的原因有:1材料不良,比如選用不好的燈珠,穩(wěn)定差的電源等。2設(shè)計(jì)問(wèn)題,比如采用恒壓源驅(qū)動(dòng),過(guò)分壓榨燈珠性能,電壓電流不穩(wěn)定損壞燈珠。3散熱問(wèn)題,散熱設(shè)計(jì)不合理或者環(huán)境溫度過(guò)高,導(dǎo)致燈珠芯片受損。


    以上是一點(diǎn)小的分享,如有不對(duì)的地方請(qǐng)大家指正,也歡迎大家交流。謝謝!


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