UV LED 경화 응용 분야의 현황에 대한 이 글은 UV+EB 웹사이트(여기)에 처음 게재되었습니다.
실행 가능한 UV LED 응용 분야 목록은 지속적으로 증가하고 있으며, 이러한 응용 분야를 지원하는 시스템 공급업체, 제조 업체, 그리고 OEM(주문자 상표 부착 생산) 기계 제조업체의 수도 증가하고 있습니다. 이러한 활동의 지속적인 증가는 UV LED 기술의 현재와 미래에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 따라서 아직 UV LED 기술이 자신의 경화 요구 사항에 적합한지 알아보고 있지 않은 사람들은 지금이 바로 시작할 때입니다. 이 글은 UV LED 시장에 처음 접하는 사람뿐 아니라 수년간 이 기술을 따라왔거나 사용해 온 사람 모두에게 성장하는 UV LED 시장에 대한 통찰력을 제공하고, 특정 응용 분야의 요구 사항에 맞는 UV LED 경화 시스템을 선택하는 방법에 대한 일반적인 지침을 제공합니다.
UV 출력
잉크, 코팅, 접착제 및 압출물은 특정 공정 조건에서 주어진 UV LED 출력에 반응하도록 제조됩니다. 각 용도 및 제형에는 허용 가능한 경화를 달성할 수 있는 UV 공정 범위가 있습니다. 이 범위는 좁지는 않지만, 최적의 파장과 최소 및 최대 조도 및 총 에너지 밀도의 조합이 있어 적절한 경화를 달성합니다. 이 범위 내에서 일관되게 작동하면 최대 재료 처리 속도, 끈적임 없는 표면, 경화 깊이, 설정된 한계 내의 경화 후 마이그레이션, 최적화된 생산 수율, 시간 경과에 따른 제품 품질, 그리고 의도된 용도 내에서의 최적의 제품 수명 등 원하는 성능 기준이 더욱 향상됩니다.
UV LED 기술은 UV 출력이 용도의 요구 사항에 맞게 정확하게 조정되고 적절하게 배합된 잉크, 코팅, 접착제 또는 압출물과 함께 사용될 때 탁월한 성능을 발휘합니다. 하지만 모든 시장과 기계 유형의 모든 용도에 동일하게 적용되는 범용 UV LED 시스템이나 공정 범위는 없습니다. UV LED 솔루션과 출력은 제형, 코팅 무게, 공장이나 작업장 환경, 재료 취급 시스템의 구성과 속도에 맞게 선택해야 합니다.
UV LED 기술의 장점은 LED의 개별적인 특성 덕분에 각 응용 분야의 요구에 더욱 적합한 훨씬 더 광범위한 경화 시스템 설계가 가능하다는 것입니다. 이를 통해 램프 헤드의 형태와 UV 출력을 각 시장과 응용 분야에 맞게 조정할 수 있어 기존 경화 기술에 비해 훨씬 효율적이고 경제적인 UV LED 경화 솔루션을 구현할 수 있습니다. 결과적으로, 시중에서 판매되는 제품들 간의 경화 성능 차이가 매우 큽니다. 고유 설계가 매우 다양하고, 이러한 차이점이 OEM과 최종 사용자에게 항상 명확하게 드러나는 것은 아니기 때문입니다.
애플리케이션 진화
2000년대 중반에서 후반에 UV LED 경화를 도입한 최초의 응용 분야는 스캐닝 캐리지와 좁은 단일 패스 프린터에서의 UV 디지털 잉크젯 피닝 및 완전 경화, 제품 조립에 사용되는 스크린 인쇄 및 스팟 경화 본딩 접착제였습니다. 이러한 초기 응용 분야의 공통점은 느린 라인 속도와 긴 부품 처리 시간이었습니다. 초기에는 단일 UV LED 시스템에서 방출되는 조도(와트/cm²)가 낮았지만, 경화 표면에서 10~15mm(0.4~0.6인치) 이내에 램프 헤드를 장착하여 충분한 조도를 제공할 수 있었습니다. 에너지 밀도를 위해서는 정적 설치 시 장시간 노출을, 동적 설치 시 다중 패스를 활용하는 것이 해결책이었습니다.
초기 UV LED 응용 분야에서는 일반적으로 450mm(17.7인치) 미만의 램프 길이가 필요했습니다. 많은 응용 분야에서 고속 경화를 위해 램프 한두 개만 필요하다는 점을 고려하면, 총 상업 투자 비용은 여러 개의 램프와 더 넓은 램프가 필요한 더 넓고 고속의 상업용 인쇄기에 필요한 시스템보다 훨씬 적었습니다. 이러한 모든 요소가 중요했는데, 초기 UV LED 시스템은 성능이 그다지 좋지 않았고 기존 방식보다 가격이 더 비싼 경우가 많았기 때문입니다.
지난 20년 동안 UV LED 기술은 성능, 신뢰성, 수명, 출력 및 길이 측면에서 획기적으로 발전했습니다. 실제로 싱글 스팬 램프 헤드는 최대 2미터(78인치) 길이로 제공되며, 램프 수명은 40,000시간을 초과하는 경우가 많습니다. 또한, 많은 제품이 UV LED 출력에 최적화되어 있습니다. 시장은 UV LED 시스템을 공정 윈도우의 요구에 더욱 잘 맞춰 제공하고 있으며, 규모의 경제와 공급망 전반의 경쟁 심화로 장비와 제품의 가격대가 향상되었습니다. 이러한 발전으로 UV LED 경화 기술은 UV 디지털 잉크젯, 스팟 경화, 스크린 인쇄를 넘어 더욱 까다롭고 속도가 빠른 광범위한 상업 분야(아날로그 및 디지털)로 확장될 수 있었습니다. 여기에는 매엽 인쇄 및 윤전 오프셋(그림 1), 건식 오프셋, 플렉소, 목재 코팅 및 마감, 광섬유 코팅 등이 포함됩니다.
표 1은 UV LED 기술이 오늘날 점점 더 많이 사용되고 있는 분야를 보여줍니다. 시장 침투 수준은 다양하며 각 시장 부문의 모든 응용 분야에 적용되는 것은 아니지만 시간이 지남에 따라 지속적으로 향상될 것입니다. 다양한 인쇄, 코팅 및 본딩 공정을 실현하려면 다양한 UV LED 램프 설계와 응용 분야별 제형이 필요합니다. 따라서 각 응용 분야에서 UV LED 경화 시스템 공급업체, 제형업체, OEM 기계 제조업체, 통합업체 및 최종 사용자 등 모든 당사자 간에 긴밀한 협력 관계를 유지하는 것이 중요합니다. 모든 경우에서, 실행 가능한 제형이 존재한다면 시행착오와 공정 최적화를 통해 실행 가능한 UV LED 솔루션을 얻을 수 있습니다. 중요한 것은 공정 변수를 파악하고 UV LED 시스템을 응용 분야, 제형 및 자재 취급 장비에 맞추는 것입니다.
UV LED 경화 응용 분야, 제형 및 재료 취급 장비에 맞는 UV LED 시스템 매칭
선택할 수 있는 UV LED 경화 시스템과 공급업체가 점점 더 많아지고 있습니다. 모든 업체는 매우 유사한 제품 기능과 운영상의 이점을 주장하지만, 가장 명확한 차별화 요소는 최대 조도, 냉각 방식, 램프 폼팩터, 시스템 통합입니다. 하지만 이러한 정보만으로는 특정 용도에 맞는 UV LED 경화 시스템을 찾기에 충분하지 않습니다. 기술 사양서에는 특정 용도에 적합한 제품의 이유를 설명하는 경우가 드물고, 특정 웹, 시트 또는 부품 속도에서의 공칭 입력 전력 및 에너지 밀도에 대한 설명도 거의 없습니다. UV LED 경화 시스템을 선택할 때는 다음과 같은 일반적인 지침을 고려해야 합니다.
최종 경화 특성
최종 경화의 원하는 기계적, 화학적, 기능적, 미적 특성과 제품 용도를 명시해야 하며, 이는 제형 화학을 결정하고 궁극적으로 UV LED 경화 솔루션의 상용화 여부를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 잉크, 바니시, 자유 라디칼 시럽 접착제는 일반적으로 LED 경화가 잘 되며 대부분의 그래픽 인쇄 요건을 충족합니다. 그러나 실리콘 이형제, UV 핫멜트, 산업용 하드 코팅은 아직 개발 단계에 있으며, 상용화가 본격적으로 이루어지려면 수년이 더 걸릴 것입니다.
파장
현재 상용 경화 파장은 365, 385, 395, 405nm입니다. 대부분의 잉크 응용 분야에서는 395nm가 선호되는 파장이며, 365nm와 385nm는 그보다 덜 사용됩니다. 구조용 접착제는 일반적으로 제형에 따라 365nm 또는 405nm에서 가장 효과적이지만, 385nm 또는 395nm에서도 유사한 경화 효과를 보입니다. 오버프린트 바니시는 잉크 파장인 395nm와 일치하는 경향이 있으며, 산업용 코팅(기능성 및 경질 코팅 모두)의 경우 개발이 아직 진행 중이기 때문에 아직 합의된 바가 없습니다.
조도창
제형 화학은 최소 및 최대 피크 조도(와트/cm²) 내에서 경화되어야 합니다. 최소 조도 미만으로 작동하면 경화가 불충분해집니다. 램프가 충분한 에너지 밀도를 방출한다는 전제 하에, 최대 조도를 초과하여 조도를 높이는 것이 설정된 조도 범위 내에서 경화하는 것보다 반드시 더 나은 결과를 가져오는 것은 아닙니다. 안타깝게도 모든 제형의 요구를 충족하는 보편적인 조도는 없습니다. 각 시장 응용 분야는 다르며, 해당 범위에서 최적의 방출 조도는 수백 mW/cm²에서 최대 30 W/cm² 이상까지 다양합니다. 그러나 방출 조도보다 더 중요한 것은 기판 경화 표면에 전달되는 실제 조도입니다. 방출 조도는 이동 거리의 제곱에 따라 감소하기 때문입니다. 와트는 줄/초(joule/second)이므로, 조도는 줄/초/cm²로 다시 쓸 수 있으며, 이는 UV LED 램프 헤드에서 자외선 에너지가 방출되는 속도입니다. 방사선 조사가 화학물질의 자외선 파장 흡수 능력을 포화시키면, 과도한 방사선 조사가 경화 표면에서 열 에너지로 변환된다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.
에너지 밀도 창
제형 및 제조 라인 속도는 화학 반응을 완전히 일으키는 데 필요한 에너지 밀도(줄/cm²)를 결정합니다. 에너지 밀도가 높을수록 전반적인 경화가 향상되고, 라인 속도가 빨라지며, 때로는 피크 조도가 낮아질 수 있습니다. 모든 UV LED 시스템이 동일한 피크 조도를 방출한다고 해서 동일한 에너지 밀도를 제공하는 것은 아닙니다. 에너지 밀도는 설계상 더 높은 에너지 밀도를 방출하는 램프를 사용하거나, 여러 램프를 함께 사용하거나, 라인 속도를 늦추거나, 노출 시간을 늘리면 높일 수 있습니다. 에너지 밀도와 UV 경화에 미치는 영향에 대한 자세한 내용은 UV 경화 과학 페이지에서 확인할 수 있습니다.
작동 거리
이는 UV LED 발광창과 경화 표면 사이의 오프셋으로 정의됩니다. 조도는 거리에 따라 빠르게 감소하므로 적용 분야 및 장비 설정에 따라 지정해야 합니다. 더 넓은 작동 거리를 수용하려면 더 강력한 램프(더 높은 조도, 더 높은 에너지 밀도, 또는 둘 다)를 사용하거나, 지정된 거리에 걸쳐 UV 파장을 포함하거나 평행하게 하는 광학 장치 또는 반사경이 통합된 LED 솔루션을 고려하십시오.
냉각 메커니즘
공장 환경, OEM 또는 최종 사용자의 선호도, 그리고 UV LED 시스템 설계에 따라 냉각 방식이 강제 공기인지 순환수인지가 결정됩니다. 모든 UV LED 제품이 공랭식으로 제공되는 것은 아니며, 고출력 시스템은 일반적으로 수랭식입니다. 공랭 방식은 공기가 램프 헤드로 유입되어 프레스 환경으로 배출되는 정공법과, 프레스 환경에서 램프 헤드를 통해 공기를 끌어당겨 배출되는 부공법으로 나눌 수 있습니다. UV LED 시스템은 오존을 방출하지 않으므로 냉각 공기를 시설 외부로 배출할 필요가 없습니다.
장착 공간
UV LED 헤드의 허용 공간은 장착 위치와 장비 설정에 따라 결정됩니다. 수냉식 시스템은 일반적으로 공냉식 시스템보다 크기가 작으며, 적절한 공기 순환과 열 방출을 위해 공기 흡입구와 배출구 주변에 최소한의 여유 공간이 필요합니다.
광학 및 차폐
램프의 근접성 및 원치 않는 경화 표면과의 방향은 광학 장치 및 차폐 장치의 사용에 영향을 미칩니다. 디지털 잉크젯 프린트 헤드, 잉크 및 코팅 팬, 그리고 장비의 열에 민감한 재료에 자외선이 닿지 않도록 주의해야 합니다. 또한, 모든 빛은 작업자의 시야에서 직접 닿지 않도록 차단해야 합니다.
과감한 부품 프로필
극심한 부품 표면 프로파일, 경화 표면 또는 LED 램프를 더 먼 거리(수 인치 이상)에 장착해야 하는 제조 라인을 갖춘 산업용 어플리케이션, 그리고 매우 단단하고 긁힘에 강하며 내화학성이 뛰어난 UV LED 탑 코팅의 필요성은 여전히 상당한 과제이며, 가까운 미래에 개발이 진행 중인 것으로 간주되어야 합니다.
최근에는 수은 증기 램프의 대안을 찾아야 하는 규제 압력, 지속가능성 이니셔티브, 그리고 세계적인 에너지 위기로 인해 UV LED 경화 시스템의 도입이 더욱 가속화되고 화학 조성의 혁신이 주도되고 있습니다. 개발은 계속 진행되고 있지만, UV LED 경화 기술은 점점 더 많은 어플리케이션에서 선호되는 UV 소스가 되고 있습니다. 어플리케이션과 장비 유형에 따라 완전히 동일한 시스템을 상호 교환하여 사용할 수는 없지만, 다양한 어플리케이션의 요구를 충족하는 UV LED 솔루션 세트가 존재합니다. OEM이 신규 장비 및 개조 장비에 기존 LED 경화 장치를 기본으로 사용할 수도 있지만, 최종 사용자는 테스트를 통해 또는 이전 설치 사례를 참조하여 해당 시스템이 공정의 특정 요구에 적합한지 확인하는 것이 좋습니다. 이 기사의 가이드라인을 따르고 UV LED 경화 시스템 공급업체, 제조업체, OEM 기계 제조업체, 통합업체 및 최종 사용자와 긴밀히 협력하여 전반적으로 UV LED 경화가 더욱 성공적으로 이루어지도록 하세요.
GEW의 UV LED 제품에 대한 자세한 내용을 알아보려면 UV LED 시스템 페이지를 방문하세요.
