印刷机UV固化装置改造为UV-LED固化装置实现突破性节能环保双收益

葛晓森 郭力 刘和水

大家知道，紫外线UV汞灯被推广应用到印刷技术行业，在UV光（一定波长）照射下，对印刷产品进行固化，此固化装置与传统的溶剂型烘干产品方式比较，UV光固化相对更快高效，但由于UV汞灯固化设备价格昂贵、维护成本高、UV光照强度衰减快、设备体积大、耗材贵、灯管内汞污染、排气不环保需排风过滤设施等问题，印刷行业也一直致力于创新改进，但因硬件的局限性一直难以突破，随着科技的发展，UV-LED的发明制造，为印刷产品固化技术带来了革命性的变化，它具有稳定的光照固化、精确的温度控制、无污染环保的特性和相对较低的购买和维护维修成本，对原UV汞灯固化工艺的质量提升与节能降耗环保起到革命性推动作用。它分为UV- LED点光源、线光源、面光源。下面对此新技术从使用寿命、控制方式、开停机的耗电、辐射强度、对印刷基材的影响、环保无污染、超强照度固化达到节能的效果、安装简单和节约空间、设备维修率较低和使用安全性等方面比对，来说明改造后的节能环保双收益。

①传统UV汞灯固化设备采用高压驱动，耗电高，功率为几千瓦到几十千瓦，开机后要预热、散热，由于汞灯启动慢、开关影响灯管寿命，所以一般UV汞灯开启后不再关闭，一直点亮，不仅造成不必要的电力消耗而且缩短了汞灯工作寿命，使用寿命只有800～2000小时。

②UV-LED光源的开启需要满足：A.压合信号（开关信号）;B.速度信号（脉冲式或者0～10V模拟量信号），满足条件后UV-LED瞬时启动，瞬时开关，无需预热和散热，没有停机损耗，可以仅在需要紫外线时瞬间点亮，因此UV-LED的使用寿命为2万～3万小时，并减少了更换、保养、清理的时间，提高工作效率。

①传统UV汞灯为了节约能耗，一般设计为25%、50%、75%和100%等几种固定的调节方式，在生产中，汞灯的功率几乎是按照设定的功率运行。

②UV-LED实现了电功率的无极调速功能，LED的功率随着设备速度的变化而随时变化。可以在照射时间与强度方面实现精确控制，可以实现1%的功率调节功能，在设备不需要高速运转的时候，用低功耗自动控制固化，节电效果更加明显。

开、停机的耗电比对

从目前工厂使用UV汞灯固化情况来看，每日点灯时间大约为整个工作时间的40%～50%，如果每天工作20小时，实际固化使用时间只有8～10个小时。大量的时间耗费在换版、维护、维修、休息、改版及其他它杂事上，所以在停机状态下，UV汞灯也是以20%～50%的功耗继续亮灯。汞灯大部分时间都是在空耗电能。

而UV-LED在设备非运转期间，则处于关灯状态，可以节约电能。

从辐射强度方面比对

①传统汞灯方式的紫外线固化机，波长范围大，放热量大，固化效率低，真正用于有效固化的紫外谱段只占其中一部分能量，而很大一部分是红外辐射，一般都会使被照射的产品表面升高到60℃～90℃，容易使印刷基材受热变形，造成产品套印不准。

②UV汞灯辐照不均匀，沿灯管长度方向，两端的发光强度较中间部分弱，不能均匀发光，无法达到对平面物体均匀照射，使得固化印刷基材吸收的光强不同，影响固化效果。而UV-LED辐射是由于很多LED组成，它的固化效果均匀。

③UV汞灯辐射强度调节一般是通过改变光源强度来实现，相应辐射强度在有限几个值之间转变，应用不灵活。例如，对于曲面物体各位置只能同样照射，发射固定紫外光，致使曲面不同位置吸收的光强有明显差异，而针对不同辐射要求的UV材料，也无法依照材料的需求调整强度。而UV-LED辐射是由于很多LED组成，可以单独调节，灵活使用。

对印刷基材的影响比对

①传统的汞灯产生大量不需要的红外光谱，红外线的存在产生了约90%的能耗，不能有效地用于固化而浪费掉，导致对印刷基材的温度很高，最终使印刷基材变形导致对位套印不准，所以很多不耐热或对温度敏感性强的印刷基材无法  使用。

而UV-LED产品，在速度高于30米/分的情况下，即便是距离印刷基材3～5mm，在水冷辊上的印刷基材的温度几乎没有什么变化。从目前我们使用的实际效果来看，可以印刷1.2丝厚度的透明PET薄膜。由此看来，UV-LED拓展了可印刷的材质范围，解决了印刷行业多年没有解决的技术难题。

②目前UV-LED系统装置支持现有固化系统的速度匹配，能更快地提高印刷速度。通常全柔性版印刷，可以稳定支持160m/min的固化速度。通过测试结果，在高于80m/min速度时，由于LED芯片的波长主要集中在380～390nm，所以在高速下对于塑膜类产品固化的效果要远远好于UV汞灯下的固化效果，因此通过质量测试结果表明，在油墨与材料的附着力方面提高有较大的附着力值。

环保无污染比对

①传统的汞灯方式固化机采用汞灯发光方式，灯管内有水银，废品处理、运输非常麻烦，处理不当会对环境产生严重污染。而UV-LED式固化机采用半导体发光，没有对环境造成污染的因素。因此使用UV-LED式固化机更加环保。

②室内的排风装置取缔，更换为水冷却。UV汞灯需要配置排风设备，需要增加排风辅助设备，操作復杂维护成本高，同时提高了开机功率运行成本，与国家的环保印刷政策不符合。另外，排风设备的不稳定性能对光源的正常运行起着重要作用，并将直接影响固化效果，经常有固化效果不好，造成产品不稳定或报废处理，存在重大质量隐患和不稳定因素。

③UV汞灯印刷时会产生有臭氧和氨气，而UV-LED没有任何排    放物。

④UV汞灯的吸风装置噪音很大，温度很高;LED没有噪音，全水冷设备无噪声运行，不产生高温，对工人的工作环境大大改善，更加人性化。

超强照度固化达到节能的效果比对

①采用大功率LED芯片和特殊的光学设计，是紫外光达到高精度、高强度照射;紫外光输出达到8600mw/m2的照射强度。采用最新的光学技术和制造工艺，实现了比传统汞灯照射方式更加优化的高强度输出与均匀性，几乎是传统汞灯方式照射光度的2倍，使黏合剂更快固化，缩短了生产时间，大幅度提高了生产效率。

②传统的UV汞灯方式点光源固化机在增加照射通道时，通道的增加会造成单个照射通道的输出能量减少。而采用LED式的照射，各个照射头独立发光，照射能量不受通道增加的影响，始终保持在最大值。因其超强集中的光照度，与UV汞灯相比，UV-LED缩短了作业的照射时间，提高了生产效率。UV-LED方式较汞灯方式有效发光效率高10倍以上。

③UV汞灯方式无论是否进行有效照射，汞灯都需要连续点灯工作，电力一直处于消耗状态。而UV- LED方式只在照射时才消耗电力，而在待机时电力消耗几乎为零。目前经试验测试50瓦的UV-LED的发光效率为5000lm以上，相当于150瓦高压汞灯的照度。

安装简单，节约空间的比对

UV-LED固化机的体积只有传统UV汞灯固化机的1/5大小，使设备的安装更加简单，减少了生产现场的场地占用面积，可以很方便地在原有设备的空间位置上进行替换，不需要汞灯配套的风机、电源柜，杂乱的吸风装置全部取消。UV-LED固化系统，只有水冷机和控制机柜，体积小巧占用空间小。

设备维修率的降低和使用安全性

①我司使用的UV汞灯经常维修气缸和机械传动部分，如果不及时打开温度高还会造成导热反光板烧坏，镜片还要经常擦拭保养，否则达不到固化效果，造成产品固化效果不好甚至报废。而UV-LED性能稳定无维修率。

②UV汞灯它的光源对人的眼睛辐射伤害大，而UV-LED没有伤害。

笔者通过针对以上的UV-LED的优越性分析论证，发挥专业技术人员的自主技术力量，改造几台印刷机，通过使用，从节约电费、提高工作效率、节约人工成本、减少报废的材料等合计节约成本上百万元。同时由原来的排风装置取缔，更换为水冷机直接排在室内，既环保又可以冬天取暖，通过改革创新，给公司带来了利润和环保双收益。总之，此技术环保节能，与国家政策相吻合，也是最近几年研发并产业化的一个主要原因，让印刷业的前景看到了希望，是一次革命性的技术突破。

作者单位：山东泰宝防伪技术产品有限公司

责任编辑：李倩 liqian@cprint.cn