UV-LED固化技術屬于輻射固化中紫外光(UV)固化的一種。UV光固化技術在1960年代起源于西方，在數十年的發展過程中，涂料和光源技術不斷完善與多樣化，形成了一個相對獨立和成熟的工業體系。2000年以前，UV光固化使用汞弧燈或者無極汞燈作為紫外光源。2000年之后，發射波長低于400nm的固態發光技術不斷進步，UV-LED應用于固化逐步成為可能。

過去十年中，每平方毫米芯片的光功率輸出大致增長了4倍，尤其以385nm/395nm為主波峰的UV-LED芯片，光功率輸出接近800~1000mW，已經可以滿足高強度固化的輻照強度需求。

圖1 過去十年中，每1mm2發光面積，以365nm/385nm/395nm主波峰的UV-LED芯片光功率輸出比較。

西方UV-LED固化技術的研發始于2003-2005年，美國Phoseon公司、英國UV Integration公司做了很多早期應用的探索研究。中國UV-LED的研發開始于2008-2010年。早期受UV-LED芯片輸出功率較小的制約，UV-LED固化技術長期滯留于概念推廣階段，實際應用案例很少，這種情況直至2013年才有所改善。自那時起，在全球范圍UV-LED光固化已經廣泛應用于噴墨印刷、凸印、膠印、柔印、網印等眾多領域，尤其是中國的窄幅印刷行業，出廠新機的UV-LED固化系統裝機率在2018年甚至已經超過50%，數量龐大（大于3000臺）的已售設備的UV系統LED改造率也在10%以上。UV-LED相關的涂料、油墨行業，以及固化光源行業，在過去數年以及未來數年仍將處于一個穩定的高速增長期。

UV-LED固化燈技術流派

UV-LED固化燈主要分為板上芯片（chips onboard，簡稱“COB”）與燈珠陣列兩大技術流派。

簡單來說，COB技術就是將UV-LED芯片直接陣列于基板的一種集成方式。燈珠陣列則是先將UV-LED芯片封裝成獨立器件（通常作為標準件外購），再將之陣列于基板。

COB流派的代表為Cool UV、Phoseon 等公司，自產品研發初期就堅持采用COB方案。燈珠流派的代表早先多為日本、中國的制造商，以及IST、AMS等公司。隨著日本企業以及IST、AMS等公司近年來紛紛改弦易轍走COB路線，目前燈珠方案的代表主力為一些中國企業。

圖2 COB封裝與燈珠陣列結構和傳熱示意圖

綜合來看，COB相比燈珠陣列具有全面的技術優勢，目前已成為全球UV-LED燈的主流技術，但其對于企業研發能力、投資要求也極高。

UV-LED光固化的核心技術

UV-LED光固化的核心技術包括UV涂料、油墨材料與配方技術，以及UVLED固化系統，二者相輔相成。

UV-LED涂料、油墨配方技術 與汞燈相匹配的涂料、油墨經過數十年的發展，已經相當成熟，雖然轉換到LED光源，其固化原理相似，但還是會面臨一些技術問題，需要進一步研發和解決，其中目前急需解決以下三大問題。一是與UVA光譜相匹配的高效、無黃變、經濟的光引發劑。二是可應用于食品包裝、符合標準的低遷移性涂料和油墨。三是可媲美熱固化涂料附著性與其他物理性能的UV-LED固化涂料。

UV-LED固化系統技術 UV-LED光固化系統大體由UV-LED固化燈與驅動控制系統組成，是一項涉及眾多學科的知識密集型產品。其最核心的技術包括光學和封裝、傳熱、電力電子等多個環節，每個環節上的缺陷都會極大影響產品的質量與整體表現。

要做好UV-LED固化系統一般要配備結構工程師、傳熱學與流體學工程師、封裝工程師、光學設計工程師、軟件工程師、電子電力工程師、電氣工程師等研發隊伍。UV-LED產業與傳統汞燈產業的最大不同在于，UV-LED屬于半導體產品，技術發展特別迅速，不再是一個產品吃十年、一項技術保終身的狀態，而是需要不斷進行研發投入，緊跟技術發展潮流，否則會很快被市場淘汰。

在印鐵行業，UV-LED固化燈要求在25~50mm照射距離下達到盡可能高的UV輻照強度，這對光學設計提出了較高的要求。

圖3 不同光學設計在不同照射距離的輻照度衰減。

采用合理的光學設計，可以使用較少的耗電達到同樣的UV輻照度，或者使用同樣的耗電達到更高的UV輻照度，這對節能和保證固化品質意義重大。

印鐵行業UV-LED固化應用的收益

UV-LED在印鐵行業的應用改造主要是針對兩種產線：一種是原先使用UV汞燈的印鐵產線，一種是原先使用非UV油墨的印鐵產線。整體進行UV-LED改造之后，給客戶帶來的收益非常明顯。下面以四色機產線為例進行分析比較（表2）。

表2 四色機進行UV-LED改造前后的對比

備注：

（1）假設四色機汞燈與UV-LED燈的數量均為7個，且都以滿功率為計算標準（以上海臻輝光電有限公司ULTRACURE系列印鐵專用燈為例）。

（2）假設每日的排班時間為22小時，印刷時間為16小時，待機時間為6小時。

（3）7燈日總功耗計算方式為：（印刷時功率×印刷時間+待機時功率×待機時間）×7。

（4）年工作日按320天計算。

（5）年總功耗計算方式為：7燈日總功耗×320天（6）年維護成本包括汞燈耗材的采購和汞燈系統維護維修。取保守金額。

（7）工業用電以1.00元/度計算。

（8）年總使用成本計算方式為：年總功耗×1+年維護成本。

（9）此表格為理論對比，各個印廠可根據實際情況計算。

（10）非UV產線的年總使用成本主要計算烘房系統年使用成本。

通過對印鐵生產線的全部或部分固化工藝UV-LED改造，可以達到如下的綜合收益：能耗大幅降低；不產生臭氧，VOCs排放達標，節約環保技改投資；固化品質穩定，良品率提高；即時開關，UV系統不需要加熱與冷卻時間，提高生產效率；極大節約了維護時間和耗材成本支出；改善生產車間工作環境，實現了低熱量、低噪音。

UV-LED固化技術在印鐵行業應用的注意事項

無論是新機直接安裝UV-LED，還是老設備改造，用戶在導入UV-LED系統時，需要注意以下問題。

首先，對于非UV產線的改造，需要做好設備改造準備，更換和調試膠輥和橡皮布，達到適應UV油墨的使用需求。

其次，對于非UV產線的改造，是否拆除或保留烘房、是否增加大小過橋和堆料臺、是否需要移機等問題，需要與設備廠和UV-LED供應商密切配合。

第三，UV-LED油墨有使用環境要求，車間環境的溫度、濕度、通風和照明等均需要做相應調整。

第四，與色墨相關的前后端涂料、與印刷相關的水墨平衡的相關輔料都需要做適度調整。

第五，需要確定一家市售的較為成熟的油墨供應商密切配合，特別是對于非UV產線改造的客戶，更加需要油墨廠商的積極配合，以便順利度過導入期。

UV-LED固化技術在印鐵行業的應用現狀

中國印鐵行業在2018年的最大亮點是熱熱鬧鬧的UV-LED宣傳和應用。有的工廠UV-LED安裝成功了，但更多的是失敗的案例。成功的原因是相似的，失敗的原因卻各不相同，如：油墨表層固化質量不達標；UV-LED固化質量不能達到印鐵加工要求；UV-LED燈質量不可靠，短時間內反復損壞；印刷速度降低。

眾多失敗案例大大打擊了印鐵企業UVLED轉化的積極性，企業付出了時間和材料成本，不能達到預期的目標，不外乎以下兩個原因。一是在油墨和固化燈方面的技術調研、準備不充分，沖動型決策和“被忽悠”型決策，導致了高失敗概率。二是印鐵行業的封閉性傳統導致難以引進、借鑒其他印刷行業的先進經驗和產品。

前景展望

從UV固化轉向UV-LED的趨勢毋庸置疑。隨著時間的推移和大家對成功實施UV-LED轉換企業的案例研究，成功轉換UV-LED將不再是問題。2018是印鐵行業的UV-LED元年，對于UV-LED技術與印鐵行業來說，未來存在更大的機遇，表現在以下幾個方面。

首先，改變“涂布+烘房”的印刷方式為“涂布+UV-LED”的印刷方式，白可丁和光油涂布實現UV-LED固化技術，進一步大幅降低生產成本，大幅提高生產效率。

其次，將離線生產方式改為在線生產方式，白可丁+色墨+光油，全部通過UV-LED固化的連續在線方式生產，大幅提高生產效率。

第三，未來印刷設備、油墨/涂料、UV-LED三方之間的配合會越來越緊密，隨著新工藝的推出，印鐵生產將發生顛覆性的改變。

第四，進一步解決UV-LED系統的整體輻射強度提高和系統功耗下降之間的矛盾，實現以更低的系統功耗輸出更高的UV能量。

一項新技術的實施，在初期總會遇到各種問題。毫無疑問UV-LED技術值得我們堅持下去，不能放棄。從2018年UV-LED固化技術在印鐵行業的實踐來看，應用于色墨固化已經不再是問題，相信色墨配方再經過一段時間的改進與完善，將達到品質與經濟性的最佳平衡點。而新的挑戰與機遇，即白可丁與光油UV-LED固化涂料，將是下一波印鐵行業的應用熱點，也是廣大鐵盒包裝制罐廠的福音！