Светодиодное УФ-отверждение идёт в массы *

Отверждающие источники УФ-спектра на базе светодиодов (технология UV LED) доступны на рынке уже 10 лет, и за это время они стали гораздо качественнее и эффективнее. Поставщикам удалось преодолеть возникавшие на первых этапах проблемы, и теперь технология быстро набирает популярность в самых различных отраслях.

Плюсы LED-технологии

Хотя любое из обычно упоминаемых преимуществ светодиодных УФ-источников при желании можно оспорить, в общем и целом плюсы достаточно очевидны:

Дополнительные возможности для конечных пользователей и разработчиков оборудования за счёт более точного контроля отверждения (особенно при работе с термочувствительными материалами).

Более экономичная работа: повышение энергоэффективности, сокращение затрат на техобслуживание и увеличение срока службы компонентов.

Экологические преимущества: отсутствие озона и ртути, повышение безопасности сотрудников на рабочих местах.

Успешные рынки

Печать: сначала струйная, потом трафаретная, а теперь и флексографская.

Большинству новых технологий нужна «точка отсчёта»: особое преимущество, по которому они выигрывают у традиционных решений. Струйная УФ-печать (в первую очередь на термочувствительных материалах) стала одним из первых и безусловных достижений для светодиодных УФ-источников. Постоянные разработки в этом направлении сделали светодиоды оптимальным вариантом для струйной УФ-печати. Есть все основания полагать, что уже через несколько лет именно с ними будет работать значительная часть струйных УФ-принтеров. Есть и другие потенциальные направления, где источник отверждения легко приблизить к запечатываемому материалу: флексографская печать и трафаретная печать быстро освоят перспективную технологию. Светодиодное УФ-отверждение также находит применение (сейчас либо в ближайшем будущем) для функциональных составов — на новых рынках промышленной струйной печати.

FireJet — мощный светодиодный УФ?источник с воздушным охлаждением, ориентированный в первую очередь на широкоформатные струйные УФ-системы. Поддерживает работу на самых высоких скоростях в системах малого, среднего и сверхширокого формата. Оптимально подходит для струйной печати крупноформатных сюжетов в один проход

Сегодня светодиодное УФ-отверждение наконец становится массовой технологией. Быстрый технический прогресс во всех сферах печати — от цифровых струйных решений до флексографии и даже офсета — открывает LED-разработкам отличный потенциал и способствует их популяризации. Пользователи всё активнее интересуются моделями со светодиодным отверждением, и ведущие поставщики идут им навстречу. Разработчики и полиграфисты с интересом следят за развитием событий в сегменте светодиодного отверждения, как исключительно перспективной и быстро развивающейся технологии.

Покрытия: пол, мебель, электроника

Светодиодные УФ-источники излучения активно используют для самых разных изделий — от традиционных напольных покрытий и мебели до высокотехнологичной электроники. Разработки и тестирование новых материалов открывают новые рынки: автомобили, электроника, жилое и промышленное строительство.

Клеящие составы: медицинские приборы и бытовая электроника

УФ-клеи прекрасно дополнили современные технологии сборки и производства. Стабильное светодиодное отверждение под управлением электроники даёт отличные результаты по самым разным направлениям — от медицинских приборов до современной бытовой электроники.

Светодиодные УФ-источники

Доступны в вариантах с водяным и воздушным охлаждением. Изначально задачей водяных систем было эффективное охлаждение светодиодов, поэтому они оптимально подходят для оборудования с высокой производительностью. По мере роста эффективности воздушного охлаждения и светодиодов с отверждением на высоких скоростях стали успешно справляться и УФ-источники второго типа. Поэтому сейчас при выборе между воздушным и водяным охлаждением учитывают не производительность, а ряд других факторов:

• воздушное охлаждение: достаточно объёмная система для большинства конфигураций; воздушный поток — подача и вытяжка; фильтрация; эффективность охлаждения и мощность источников зависят от условий в помещении;
• водяное охлаждение: требует соответствующей системы и подвода труб; достаточно компактное в пересчёте на мощность; без подвода воздуха и фильтрации; точный контроль мощности системы/модуля охлаждения.

Контроль

Твердотельность — огромное преимущество светодиодных источников: ими можно быстро и точно управлять, отмеряя нужную дозу излучения. Время отклика измеряется миллисекундами. Поэтому, когда источники не нужны, их просто отключают, экономя электроэнергию и сокращая рассеянное излучение. Светодиодные УФ-источники оснащают отдельными контроллерами. Есть модели, где опции управления встроены в прямо в источник. Благодаря улучшенным возможностям контроля, для LED-отверждения характерна исключительно однородная матовая либо глянцевая поверхность отпечатков. Кроме того, это значительно расширяет их потенциал при работе с покрытиями и клеевыми составами.

Волновой спектр

Длинные волны (UV-A) | Сейчас на рынке доступны лампы с длиной волн от 365 до 395 нм и выше. Самые популярные — лампы 395 нм: благодаря удачной комбинации эффективности, мощности и цены. Чем меньше длина волны, тем сложнее технологии и методики производства диодов.

Лампы с длиной волн 385 нм «проигрывают» лампам 395 нм по эффективности около 10%. Для диодов 365 нм разница может достигать и 50%, а стоят они дороже. Работа над повышением эффективности диодов идёт по всем направлением, но быстрее остальных дешевеют и улучшаются именно диоды 395 нм — благодаря своей популярности. Волны 365 нм используют в некоторых узкоспециализированных сегментах, где меньшие длины волн подходят для традиционных составов, которые не хотят менять пользователи. Излучение диодов считается «монохромным», но фактически представляет собой относительно узкий диапазон с разницей от пикового значения порядка 20 нм.

Короткие и средние волны (UV-B и UV-C) | Частый вопрос: можно ли получить светодиодный источник УФ-излучения с ртутным спектром? Теоретически, да. Но дороговизна и малая мощность сделают его бесполезным. Сейчас идёт работа над созданием более эффективных и надёжных диодов в спектре UV-B (290–320 нм) и, в особенности, UV-C (220–290 нм). Короткие волны способны разрушать патогенные культуры, включая вирусы и бактерии.

Но развитие технологий коротковолновых диодов отнюдь не вытеснит диоды UV-A — они от этого только выиграют. На короткие волны будут возложены более специфические задачи (например, дезинфекция).

Практический опыт

В 2011 г. типография Empire Screen Printing (Оналаска, шт. Висконсин) внедрила инновационную технологию светодиодного УФ-отверждения — выгодную экономически и дружественную к экологии. В реализации уникального проекта приняли участие сразу несколько технологических партнёров: Phoseon Technology, Nazdar Inks and Coatings, Kammann USA. Новая машина Kammann K61 ECO со светодиодным УФ-отверждением укомплектована тысячами диодов Phoseon и работает со специализированными красками от Nazdar. По словам представителей Empire, новое оборудование повысило качество печати. Более того, клиенты знают, что их продукция выпускается по самым экологически чистым технологиям, доступным для шелкотрафарета.

Конкуренция для роста рынка

Сейчас в мире насчитывается значительное количество производителей светодиодных УФ-источников, многие из которых выпускают и традиционные ртутные лампы. Подобная конкуренция способствует дальнейшему развитию рынка, гарантируя, что светодиодные технологии со временем станут ещё совершеннее, а пользователи оценят преимущества LED-отверждения практически для любой продукции.

Будущее LED-технологий

Преодолев 10-летнюю веху развития, светодиодные системы УФ-отверждения уверенно чувствуют себя на рынке. Сделаны значительные шаги по решению трёх главных проблем начального этапа — с химией, ценой и производительностью. Теперь технология далеко превосходит требования многих сегментов и рынков. С появлением фотоинициаторов и смол, рассчитанных на работу со светодиодами, актуальных для LED направлений стало ещё больше — теперь это достойная альтернатива ртутным лампам отверждения. Что дальше? Дальнейшая модернизация светодиодных УФ-решений, появление специализированных решений для выпуска особых видов продукции, развитие экосистемы с множеством новых поставщиков. Новые адгезионные составы и клеи откроют для LED-отвержения дополнительные сегменты медицины, электроники, деревообработки.

И ещё один момент. Периодически Еврокомиссия пересматривает исключения из директивы RoHS. Пока ртутным лампам по условиям директивы дарована «амнистия» — за неимением достойных альтернатив. Но, учитывая быструю модернизацию и распространение LED-отвержения, не исключено, что в отрасли будет поднят вопрос об отказе от льгот либо существенном ужесточении условий директивы, что поставит под вопрос дальнейшее развитие ртутных ламп. Дальновидные пользователи и OEM-поставщики прекрасно осознают такую возможность и уже нацелены на переход от ртутных технологий к светодиодным. Уверен, что в этом и последующих годах эта тенденция будет прослеживаться всё чётче.

Об авторе: Билл Кортельо, с 2007 г. президент и генеральный директор Phoseon Technology. 20-летний опыт работы с полупроводниковыми технологиями. До прихода в Phoseon был одним из первых инвесторов компании, а также консультантом начинающих разработчиков технологий. Ранее занимал пост вице-президента Integrated Device Technology, отвечая за производство полупроводниковой продукции. Степень бакалавра по физике Университета Сан-Франциско.

* Журнал SGIA Journal. March/April 2013. Публикуется с разрешения ассоциации SGIA. (с) 2013.