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        淺談UV LED固化

        發表時間:2022-02-28   訪問量:

            大家好,本文將簡單討論一下UVLED固化技術(以下簡稱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,通過加熱升溫的方式實現固化。光固化則是通過紫外線照射激發光引發劑來完成固化。


            隨著目前環保以及國家“碳中和”等政策的落實,在未來一段時間光固化的占比將逐漸提升。


            光固化現階段應用較廣的行業有電子行業,智能制造以及自動化制造,印刷,醫療,涂布等,與大家息息相關的則比如手機,電視機,電腦,家具,身份證等產品的制造工藝均有應用。


            針對光固化本身再次進行細分可以分為兩類: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,金屬鹵素燈,無極燈(又分為H和D型)。LED則是按照波段來進行劃分,目前有的比如:265nm,320nm,340nm,365nm,385nm,395nm,405nm等。


            汞燈的優點有:

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

            汞燈的缺點有:

        1光電效率較低,普遍在10%-15%。需要消耗較多電能。2體積相對來說較大,安裝需要占用較大空間,尤其是需要進出風道的產品。3燈管壽命較短,普通的在1000-3000小時,無極燈壽命在6000小時。需要經常更換,影響生產節奏且長期使用耗材費用較高。4工作時會產生VOC氣體,不利于產線工人身體健康,排放也不符合環保要求。


            LED的優點有:

        1光電轉換效率高普遍在30%-50%。非常節能,符合“碳中和”政策。2系統體積小,安裝占用空間小。3壽命較久,以常用的365nm為例,目前壽命L70基本能達到20000小時,395nm與405nm則能達到40000小時。且使用過程中無耗材,不影響生產節奏。4工作時不產生有害氣體,對產線工人相對來說友好(仍需做防護).5生產效率較高,可以明星提升產線運轉速度。

            LED的缺點有:

            波段波峰值較窄,對膠水有適應性要求,電子行業目前適應性均可以,但在少數行業比如涂布,硬化等對膠水適配性要求較高,有些時候需要膠水進行針對性調整才可以達到理想效果。


            回到LED光源本身,目前市面上常見的LED驅動有兩種方式,一種是恒流源驅動,一種是恒壓源驅動,在這里推薦大家選用恒流源驅動的方式,這樣對LED的壽命有保證。


            LED光源分為控制系統部分+燈頭照射系統兩部分組成。

            控制系統:

        主要負責電流,電壓還有控制信號,反饋信號的收集與處理。是整個LED光源的核心,它的好壞直接決定LED光源工作時的穩定性,均勻性,以及使用壽命。


            照射系統:

        包含燈珠,燈板,散熱(散熱又分為風冷與水冷散熱)數據以及供電接口。燈珠是核心工作部件,整個LED光源的所有配件包括控制部分都是為燈珠進行服務的。燈珠的好壞也會直接影響穩定性,均勻性,以及壽命。


            散熱:

        LED目前分為風冷,水冷,被動散熱,氣冷散熱等幾種散熱方式。當照射面積較小且光功率非常低時方可使用被動散熱。常見的主要有風冷及水冷散熱兩種。


            風冷散熱:

        適用于光功率不高,且燈頭與外面氣流交換較好,環境溫度能穩定保持在25°時可以使用,優點是不需要配套水冷機進行使用,方便移動作業。


            水冷散熱:

        適用面非常廣,對光功率沒有限制,尤其是涂布烘箱等密閉空間,散熱效果好。缺點是需要配套水冷機使用。


            LED針對不同行業也有一些特定方案相對應。比如印刷行業,一般選用COB燈珠方案,由于本身對光功率要求較高,而對精密度,均勻性,壽命等要求相對寬松,使用COB方案可以把光功率堆疊到比較高,比如20-30W/cm2等。COB方案目前常采用進口芯片國內封裝(原裝進口COB燈珠成本較高),或者直接國內甚至臺灣芯片然后封裝,然后通過PLC調節電壓的方式來工作。這種方案的優點是成本可以控制在較低水平,有價格優勢。缺點是穩定性稍差,對燈珠性能壓榨很極限,壽命縮短。


            在自動化行業由于是24小時機臺不停運轉,且產品產值相對較高,一般要求LED光源的穩定性,精密度,可編程性較高。


            在涂布行業由于一般產品寬幅較大,在1200-1700mm比較常見,且涂布生產過程中不允許停機,因此對產品的橫向均勻性,穩定性,控制精密度,壽命等都要求較高??蛻粼囧e成本較高,一旦光源出現問題造成的生產產品損失很可能超過設備本身的價值。


            LED的控制精密度現在已經有少數廠家可以做到千分之一精度。比如光功率最大為1000mw/cm2時,可以實現最小1mw/cm2的光照強度且以1mw為單位進行線性調節和輸出。目前針對絕大部分應用而言百分之一精度其實已經可以滿足要求,只有極少數特殊要求應用會使用到千分之一精度。


            另外LED的驅動除了使用恒流源驅動外還最好是有單獨的電源管理系統,并且在面積較大光源時盡量使用小模塊控制,這樣一致性會比較好,整體橫向均勻性也比較好。


            市面上常見的LED不良引起的原因有:1材料不良,比如選用不好的燈珠,穩定差的電源等。2設計問題,比如采用恒壓源驅動,過分壓榨燈珠性能,電壓電流不穩定損壞燈珠。3散熱問題,散熱設計不合理或者環境溫度過高,導致燈珠芯片受損。


            以上是一點小的分享,如有不對的地方請大家指正,也歡迎大家交流。謝謝!


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