RU2401703C2 - Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end - Google Patents

Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2401703C2
RU2401703C2 RU2008115986/12A RU2008115986A RU2401703C2 RU 2401703 C2 RU2401703 C2 RU 2401703C2 RU 2008115986/12 A RU2008115986/12 A RU 2008115986/12A RU 2008115986 A RU2008115986 A RU 2008115986A RU 2401703 C2 RU2401703 C2 RU 2401703C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
leds
radiation
substance
current
curing
Prior art date
Application number
RU2008115986/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008115986A (en
Inventor
Владислав Юрьевич Мирчев (RU)
Владислав Юрьевич Мирчев
Original Assignee
Владислав Юрьевич Мирчев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to RU2008115986/12A priority Critical patent/RU2401703C2/en
Application filed by Владислав Юрьевич Мирчев filed Critical Владислав Юрьевич Мирчев
Priority to PL09735131T priority patent/PL2283934T3/en
Priority to ES09735131T priority patent/ES2713862T3/en
Priority to TR2019/03038T priority patent/TR201903038T4/en
Priority to PCT/RU2009/000151 priority patent/WO2009131490A2/en
Priority to US12/988,635 priority patent/US20120128890A1/en
Priority to CN2009801235232A priority patent/CN102083549B/en
Priority to EP09735131.6A priority patent/EP2283934B1/en
Priority to JP2011506222A priority patent/JP5005831B2/en
Publication of RU2008115986A publication Critical patent/RU2008115986A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2401703C2 publication Critical patent/RU2401703C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention can be used for UV solidification of colour printer inks, polymer coats, vanishes etc. Proposed method comprises subjecting the substance containing photo initiators to radiation of UV-LEDs. Radiation spectrum of all said UV-LEADs is identical and corresponds to maximum sensibilisation of substance photo initiators. Intensity of UV radiation is controlled by feeding to UV-LEDs current pulses with frequency varying from 1 kHz to 10 MHz, as well as by frequency, current strength and current pulse on-off time ratio so that average dissipated power of said LEDs equal or approximates to maximum value, not exceeding critical value that causes LED failure. Proposed device allows implemented the claimed method.
EFFECT: invention can be used in piezo-jet fill-colour printers with various printing heads.
5 cl, 5 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к отверждению вещества УФ-излучением и может быть использовано для УФ-отверждения чернил, полимерных покрытий, лаков, в частности, для нанесения изображения или текста методом полноцветной пьезоструйной печати и последующего закрепления оттиска путем фотополимеризации связующего вещества при облучении УФ-излучением в узком спектральном диапазоне. Предлагаемое изобретение позволяет получать полноцветные текстовые, графические и штриховые изображения на плоских поверхностях различных материалов: гибких и листовых полимеров, стекла, металлических, керамических и деревянных изделий и т.п.The invention relates to UV curing of a substance and can be used for UV curing of inks, polymeric coatings, varnishes, in particular, for applying an image or text by the method of full-color piezo-ink printing and subsequent fixing of the print by photopolymerization of a binder when irradiated with UV radiation in a narrow spectral range. The present invention allows to obtain full-color text, graphic and line art on flat surfaces of various materials: flexible and sheet polymers, glass, metal, ceramic and wooden products, etc.

Известен выбранный в качестве ближайшего аналога способ отверждения вещества УФ-излучением согласно патенту US №7175712, приоритет от 09.01.2003, при котором на вещество, включающее фотоинициаторы, воздействуют излучением УФ-светодиодов и флуоресцентных ламп в широком диапазоне длин волн, при этом интенсивностью УФ-излучения управляют в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения, поддерживая постоянную температуру УФ-светодиодов. Способ используется для УФ-отверждения чернил, полимерных покрытий, лаков.Known as the closest analogue is a method of curing a substance with UV radiation according to US patent No. 7175712, priority date 01/09/2003, in which a substance including photoinitiators is exposed to radiation from UV LEDs and fluorescent lamps in a wide range of wavelengths, with UV intensity -radiation is controlled depending on the properties of the curable substance and the conditions of curing, maintaining a constant temperature of UV LEDs. The method is used for UV curing of ink, polymer coatings, varnishes.

Известно выбранное в качестве ближайшего аналога устройство для отверждения вещества УФ-излучением согласно патенту US №7175712, приоритет от 09.01.2003, которое может быть использовано, например, в струйных принтерах. Устройство содержит источник УФ-излучения, включающий первичный источник УФ-излучения в виде рядов (линеек) соединенных последовательно УФ-светодиодов с различной длиной волны и вторичный источник УФ-излучения, в качестве которого служит одна или несколько флуоресцентных ламп. Ряды светодиодов первичного источника закреплены на подложке, которая установлена на радиаторе с воздушным охлаждением. Датчик температуры расположен на радиаторе и связан с блоком управления УФ-светодиодами. При использовании нескольких рядов светодиодов пространство между прилегающими рядами смещено на величину 1/x, где x - число рядов, либо светодиоды располагаются в шахматном порядке. Чтобы защитить УФ-светодиоды от УФ-чернил или других веществ используется прозрачный пластиковый защитный лист, который необходимо периодически заменять.Known as the closest analogue is a device for curing a substance by UV radiation according to US Pat. No. 7,175,712, priority dated January 9, 2003, which can be used, for example, in inkjet printers. The device contains a UV radiation source, including a primary UV radiation source in the form of rows (rulers) of UV-LEDs connected in series with different wavelengths and a secondary UV radiation source, which is one or more fluorescent lamps. The rows of primary source LEDs are mounted on a substrate that is mounted on an air-cooled radiator. The temperature sensor is located on the radiator and is connected to the UV LED control unit. When using several rows of LEDs, the space between adjacent rows is shifted by 1 / x, where x is the number of rows, or the LEDs are staggered. To protect the UV LEDs from UV ink or other substances, a transparent plastic protective sheet is used, which must be replaced periodically.

Когда чернила наносятся быстро, то они могут расплываться и подтекать. В этом случае частичное или полное отверждение чернил производят посредством воздействия УФ-излучением от первичного источника излучения для закрепления и частичной полимеризации и/или превращения чернильных капель в гель с тем, чтобы предотвратить расплывание и подтек чернил. Время для закрепления чернил требуется не много. Отверждение чернил завершают путем воздействия первичного источника или вторичного источника УФ-излучения, в качестве которого служат одна или несколько флуоресцентных ламп. Между УФ-утверждаемыми чернилами, покрытиями, лаками и источниками УФ-излучения возможно создание не содержащей кислород зоны из инертного газа, например гелия, которая представляет собой анаэробную область для увеличения производительности УФ-фотоинициаторов.When ink is applied quickly, it may spread and leak. In this case, the partial or complete curing of the ink is carried out by exposure to UV radiation from the primary radiation source to fix and partially polymerize and / or gel the ink droplets in order to prevent ink from spreading and smudging. It does not take much time to fix the ink. The curing of the ink is completed by exposure to a primary source or a secondary source of UV radiation, which is one or more fluorescent lamps. Between UV-approved inks, coatings, varnishes and UV sources, it is possible to create an oxygen-free zone from an inert gas, such as helium, which is an anaerobic region to increase the performance of UV photoinitiators.

Первичный источник УФ-излучения включает в себя нескольких рядов УФ-светодиодов, при этом смежные светодиоды имеют разную длину волны не менее, чем в двух разных диапазонах. УФ-светодиоды с разной длиной волны располагаются в произвольном, смешанном или последовательном порядке. Для достижения большего разнообразия длин волн используется вторичный источник УФ-излучения, включающий одну или несколько флуоресцентных ламп, чьи люминофоры призваны интенсифицировать излучение с заданной длиной волны. Например, тип флуоресцентной лампы 2011C дает излучение с длиной волны 351 нм, тип 2052-371 нм, тип 2092 - 433 нм, а тип 2162 - 420 нм. Используются также УФ-светодиоды с длиной волны боле 400 нм, так как с ростом длины волны повышается КПД светодиодов, что позволяет эффективно наращивать мощность УФ-излучения. Предпочтительно УФ-светодиоды чередовать в рядах так, чтобы излучение светодиодов с разными длинами волн находилось в диапазоне между 180 нм и 420 нм. Для отверждения полимеров большой толщины требуется УФ-излучение с большей длиной волны. Отверждение на поверхности требует УФ-излучения с более короткой длиной волны. Пигментные покрытия лучше отверждаются посредством УФ-излучения с длиной волны, отличной от длины волны, поглощаемой пигментами. Это также относится к поглощающим свойствам смол и добавок в чернила, покрытия или клейкие вещества. Кроме того, часть УФ-светодиодов могут излучать свет в видимой части спектра для того, чтобы пользователь мог визуально наблюдать, работает ли устройство. Воздушная система охлаждения предусмотрена для того, чтобы обеспечить заданную температуру УФ-светодиодов при требуемой интенсивности излучения. Воздушная система охлаждения включает в себя радиатор, на которой устанавливаются УФ-светодиоды на подложке и средство обдува радиатора (вентилятор) с тем, чтобы сохранять постоянную температуру УФ-светодиодов. Температуру подложки или интенсивность излучения отслеживают и используют для контроля силы тока или напряжения, подаваемого на работающий вентилятор системы охлаждения подложки. Улучшая охлаждение подложки поддерживают температуру подложки на постоянном уровне, тем самым, стабилизируя постоянную интенсивность излучения, так как нагрев УФ-светодиодов способен привести к снижению интенсивности излучения.The primary source of UV radiation includes several rows of UV LEDs, while adjacent LEDs have different wavelengths in at least two different ranges. UV LEDs with different wavelengths are arranged in random, mixed or sequential order. To achieve a greater variety of wavelengths, a secondary source of UV radiation is used, including one or more fluorescent lamps, whose phosphors are designed to intensify radiation with a given wavelength. For example, the 2011C type of fluorescent lamp emits a wavelength of 351 nm, type 2052-371 nm, type 2092 - 433 nm, and type 2162 - 420 nm. UV LEDs with a wavelength of more than 400 nm are also used, since the efficiency of LEDs increases with increasing wavelength, which allows you to effectively increase the power of UV radiation. Preferably, the UV LEDs are alternated in rows so that the radiation of the LEDs with different wavelengths is in the range between 180 nm and 420 nm. To cure large-thickness polymers, UV radiation with a longer wavelength is required. Surface curing requires a shorter wavelength of UV radiation. Pigment coatings are better cured by UV radiation with a wavelength different from the wavelength absorbed by the pigments. This also applies to the absorption properties of resins and additives in ink, coatings, or adhesives. In addition, part of the UV LEDs can emit light in the visible part of the spectrum so that the user can visually observe whether the device is operating. An air cooling system is provided in order to ensure the desired temperature of the UV LEDs at the required radiation intensity. The air cooling system includes a radiator on which UV LEDs are mounted on the substrate and a radiator blower (fan) in order to maintain a constant temperature of the UV LEDs. The substrate temperature or radiation intensity is monitored and used to control the current strength or voltage supplied to the working fan of the substrate cooling system. Improving the cooling of the substrate, the substrate temperature is maintained at a constant level, thereby stabilizing a constant radiation intensity, since heating of UV LEDs can lead to a decrease in the radiation intensity.

В устройстве также используется индивидуальный подбор УФ-светодиодов по характеристикам с тем, чтобы обеспечить одинаковое падение напряжения на каждом УФ-светодиоде и, соответственно, добиться одинакового тока и излучения в каждом УФ-светодиоде из группы включенных параллельно. Уменьшение тока в прямом направлении между УФ-светодиодами варьируется в пределах 5-10%, тем самым минимизируются потери в отдельных УФ-светодиодах.The device also uses an individual selection of UV LEDs according to their characteristics in order to ensure the same voltage drop across each UV LED and, accordingly, to achieve the same current and radiation in each UV LED from the group connected in parallel. Reducing the current in the forward direction between the UV LEDs varies between 5-10%, thereby minimizing losses in individual UV LEDs.

Расстояние между источником УФ-излучения и отверждаемым веществом выбирают из условия достижения одинаковой интенсивности излучения во всех точках облучаемой поверхности вещества.The distance between the source of UV radiation and the cured substance is selected from the condition of achieving the same radiation intensity at all points of the irradiated surface of the substance.

Блок управления УФ-светодиодами предназначен для включения и выключения УФ-светодиодов и служит для стабилизации интенсивности излучения УФ-светодиодов, расположенных на подложке, установленной на радиаторе, посредством отслеживания интенсивности УФ-излучения при помощи датчика интенсивности излучения и контроля силы тока и напряжения в системе воздушного охлаждения, которая воздействует на радиатор в зависимости от интенсивности УФ-излучения. Интенсифицируя охлаждение УФ-светодиодов, тем самым стабилизируют заданную температуру, что обеспечивает постоянство интенсивности излучения УФ-светодиодов, что контролируется сенсором УФ-излучения.The UV LED control unit is designed to turn on and off the UV LEDs and serves to stabilize the radiation intensity of UV LEDs located on a substrate mounted on a radiator by monitoring the intensity of UV radiation using a radiation intensity sensor and monitoring the current and voltage in the system air cooling, which acts on the radiator depending on the intensity of UV radiation. Intensifying the cooling of UV LEDs, thereby stabilizing the set temperature, which ensures constant radiation intensity of UV LEDs, which is controlled by a UV radiation sensor.

Для предотвращения перегрева УФ-светодиодов электропитание периодически включают и выключают с относительно высокой частотой. Период зависит от интенсивности УФ-излучения.To prevent overheating of the UV LEDs, the power is periodically turned on and off at a relatively high frequency. The period depends on the intensity of UV radiation.

Вышеописанные способ отверждения вещества УФ-излучением и устройство для его осуществления обладают несколькими существенными недостатками.The above method of curing a substance by UV radiation and a device for its implementation have several significant disadvantages.

Во-первых, известные способ отверждения вещества УФ-излучением и устройство для его реализации не позволяют отказаться от использования люминесцентных ламп и поэтому обладают всеми недостатками, присущими люминесцентным лампам, такими как низкий КПД, высокая рабочая температура, небольшой временной ресурс, низкая экологичность из-за выделения озона, большая потребляемая мощность. Вышеописанные недостатки приводят к ограничению области применения известного способа отверждения вещества УФ-излучением и устройства для его осуществления из-за невозможности использования, например, в пьезоструйных полноцветных принтерах с различными типами печатающих головок для получения полноцветного изображения на поверхностях из различных материалов, таких как гибкие и листовые полимеры, стекло, металл, керамика, дерево и т.п., при одновременном обеспечении высокой скорости отверждения достаточно толстого слоя УФ-отверждаемого вещества. Использование в качестве источников излучения одновременно и люминесцентных ламп и УФ-светодиодов, кроме того, усложняет устройство и увеличивает себестоимость отверждения вещества УФ-излучением. Повышению себестоимости отверждения вещества УФ-излучением также способствует сложность создания анаэробной области из инертного газа, необходимой для увеличения производительности УФ-фотоинициаторов.Firstly, the known method of curing a substance by UV radiation and a device for its implementation do not allow to abandon the use of fluorescent lamps and therefore have all the disadvantages inherent in fluorescent lamps, such as low efficiency, high operating temperature, low time resource, low environmental friendliness for ozone emissions, high power consumption. The above-described drawbacks limit the scope of the known method for curing the substance with UV radiation and a device for its implementation due to the impossibility of using, for example, in piezo-jet full-color printers with various types of printheads to obtain a full-color image on surfaces of various materials, such as flexible and sheet polymers, glass, metal, ceramics, wood, etc., while ensuring a high curing speed of a sufficiently thick layer of UV cure th substance. The use of fluorescent lamps and UV LEDs simultaneously as radiation sources, in addition, complicates the device and increases the cost of curing the substance with UV radiation. The complexity of creating an anaerobic region from an inert gas, which is necessary to increase the productivity of UV photoinitiators, also contributes to the increase in the cost of curing a substance by UV radiation.

Во-вторых, диапазон УФ-излучения слишком широк, при этом не учитывается, что фотоинициатор обладает максимальной сенсибилизацией в узком спектре, т.е. не учитываются его физико-химические свойства. Так как известные фотоинициаторы обладают максимальной сенсибилизацией в диапазоне волн не более чем 365 нм, то использование светодиодов, обладающих излучением с большей длиной волны не эффективно. Использование для отверждения вещества УФ-излучения, обладающего широким спектром излучения, не эффективно, поскольку приводит к снижению интенсивности УФ-излучения в той части спектра, в которой фотоинициаторы, входящие в состав вещества, обладают максимальной сенсибилизацией. Сокращая количество светодиодов, на которые реагирует фотоинициатор, и устанавливая светодиоды с большей длиной волны, например 400 нм, в конечном итоге, получаем снижение эффективной мощности излучения той длины волны, на которую рассчитан фотоинициатор. Использование светодиодов с излучением в видимом спектре для контроля работоспособности излучателя также способствует снижению мощности излучения той длины волны, на которой фотоинициатор обладает наибольшей сенсибилизацией. Кроме того, расположение излучателя таково, что излучаемая и облучаемая поверхности практически не видны при работе излучателя.Secondly, the range of UV radiation is too wide, but it does not take into account that the photoinitiator has maximum sensitization in a narrow spectrum, i.e. its physicochemical properties are not taken into account. Since well-known photoinitiators have maximum sensitization in the wavelength range of not more than 365 nm, the use of LEDs with radiation with a longer wavelength is not effective. The use of UV radiation for curing a substance with a wide spectrum of radiation is not effective, since it leads to a decrease in the intensity of UV radiation in that part of the spectrum in which the photoinitiators that make up the substance have maximum sensitization. By reducing the number of LEDs that the photoinitiator reacts to and installing LEDs with a longer wavelength, for example 400 nm, in the end, we obtain a decrease in the effective radiation power of the wavelength for which the photoinitiator is designed. The use of LEDs with radiation in the visible spectrum to control the health of the emitter also helps to reduce the radiation power of the wavelength at which the photoinitiator has the greatest sensitization. In addition, the location of the emitter is such that the emitted and irradiated surfaces are practically invisible during operation of the emitter.

В-третьих, контроль интенсивности излучения светодиодов по показаниям датчика интенсивности излучения, а также с использованием обратной связи и стабилизацией температуры не эффективен. В светодиодах с ростом температуры происходит деградация кристалла, причем, чем выше температура, тем больше деградация. Из-за деградации кристалла интенсивность излучения светодиода уменьшается. Когда датчик освещенности фиксирует снижение интенсивности УФ-излучения деградирующего кристалла, система охлаждения старается сильнее охладить радиатор, тем самым, понизить температуру светодиодов и поднять интенсивность излучения светодиодов. Так как увеличения интенсивности УФ-излучения при этом не происходит, то система охлаждения будет работать на максимальной производительности. Такая система контроля интенсивности излучения не эффективна, так как не позволяет предотвратить деградацию кристаллов светодиодов, поскольку они располагаются не на радиаторе, а на подложке, установленной на радиаторе. В результате чего снижается интенсивность излучения УФ-светодиодов.Thirdly, monitoring the radiation intensity of LEDs according to the readings of the radiation intensity sensor, as well as using feedback and temperature stabilization, is not effective. In LEDs, as the temperature rises, the crystal degrades, and the higher the temperature, the greater the degradation. Due to the degradation of the crystal, the radiation intensity of the LED decreases. When the light sensor detects a decrease in the intensity of UV radiation of a degrading crystal, the cooling system tries to cool the radiator more strongly, thereby lowering the temperature of the LEDs and increasing the radiation intensity of the LEDs. Since there is no increase in the intensity of UV radiation, the cooling system will work at maximum performance. Such a system for controlling the radiation intensity is not effective, since it does not prevent the degradation of LED crystals, since they are not located on the radiator, but on a substrate mounted on the radiator. As a result, the radiation intensity of UV LEDs is reduced.

Система контроля температуры подложки УФ-светодиодов также обладает недостатком. Известно, что с ростом температуры кристалла уменьшается его сопротивление. Так как падение напряжения на кристалле светодиода постоянно, то по закону Ома растет ток, протекающий через светодиод. Возросший ток еще больше разогревает кристалл светодиода, способствуя дальнейшему нарастанию тока и температуры, что приводит кристалл к деградации и разрушению. Так как контролируется не температура кристалла, а температура радиатора или подложки (платы), на которой установлены светодиоды, то не учитывается, что между кристаллом и радиатором находятся еще материалы, обладающие определенным тепловым сопротивлением (подложка кристалла, корпус светодиода, паяльная маска, материал токопроводящих дорожек, слой диэлектрика). Между радиатором и кристаллом существует разность температур, обусловленная тепловым сопротивлением - чем больше температура кристалла, тем больше разность температуры между радиатором и кристаллом. Так как ток, протекающий через кристалл, не ограничивается с ростом температуры, то перепад температур может составлять несколько десятков градусов, при этом система контроля температуры подложки светодиодов не защищает кристалл от деградации, а значит система охлаждения не эффективна, что снижает интенсивность излучения светодиодов.The system for controlling the temperature of the substrate of UV LEDs also has a drawback. It is known that with increasing crystal temperature its resistance decreases. Since the voltage drop across the LED crystal is constant, according to Ohm's law, the current flowing through the LED grows. The increased current heats the LED crystal even more, contributing to a further increase in current and temperature, which leads to degradation and destruction of the crystal. Since it is not the crystal temperature that is controlled, but the temperature of the radiator or the substrate (board) on which the LEDs are installed, it does not take into account that there are still materials with a certain thermal resistance between the crystal and the radiator (crystal substrate, LED housing, solder mask, conductive material tracks, dielectric layer). Between the radiator and the crystal there is a temperature difference due to thermal resistance - the higher the temperature of the crystal, the greater the temperature difference between the radiator and the crystal. Since the current flowing through the crystal is not limited with increasing temperature, the temperature difference can be several tens of degrees, while the temperature control system of the LED substrate does not protect the crystal from degradation, which means that the cooling system is not effective, which reduces the intensity of the LED radiation.

В-четвертых, так как часть светодиодов включена в параллельные цепочки и при этом светодиоды обладают излучением с разной длиной волны, то ток в цепочках подбирается с отклонением 5% и 10% процентов. Необходимость такого подбора приводит к повышению себестоимости процесса УФ-отверждения вещества. Кроме того, после разогрева светодиодов изменяется их внутреннее сопротивление и, соответственно, ток через светодиоды, в результате чего интенсивность излучения светодиодов различна и в отдельных светодиодах уменьшается. К тому же использование светодиодов различных типов, излучающих свет с различной длиной волны и обладающих различными характеристиками, приводит к усложнению системы управления светодиодами и снижению интенсивности их излучения.Fourth, since some of the LEDs are included in parallel circuits and the LEDs have radiation with different wavelengths, the current in the chains is selected with a deviation of 5% and 10% percent. The need for such a selection leads to an increase in the cost of the UV curing process. In addition, after warming up the LEDs, their internal resistance and, accordingly, the current through the LEDs change, as a result of which the radiation intensity of the LEDs is different and decreases in individual LEDs. In addition, the use of LEDs of various types emitting light with different wavelengths and with different characteristics, complicates the control system of LEDs and reduces the intensity of their radiation.

Вышеперечисленные недостатки, присущие известным ближайшим аналогам, приводят к ограничению области применения способа отверждения вещества УФ-излучением и устройства для его осуществления из-за невозможности использования, например, в пьезоструйных полноцветных принтерах с различными типами печатающих головок для получения полноцветного изображения на поверхностях из различных материалов, таких как гибкие и листовые полимеры, стекло, металл, керамика, дерево и т.п., что обусловлено низкой интенсивностью УФ-излучения в той узкой части спектра, в которой фотоинициаторы, входящие в состав вещества, обладают максимальной сенсибилизацией, и невозможностью обеспечить высокую скорость отверждения достаточно толстого слоя УФ-отверждаемого вещества.The above disadvantages inherent in the known closest analogues lead to a limitation of the scope of the method for curing the substance with UV radiation and a device for its implementation due to the inability to use, for example, in piezo-jet full-color printers with various types of printheads to obtain a full-color image on surfaces of various materials such as flexible and sheet polymers, glass, metal, ceramics, wood, etc., due to the low intensity of UV radiation in that narrow hour and a spectrum in which the photoinitiators included in the composition of matter have maximal sensitization, and the inability to provide high speed of curing a sufficiently thick layer of UV curable substance.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения способа отверждения вещества УФ-излучением и устройства для его осуществления за счет возможности использования, например, в пьезоструйных полноцветных принтерах с различными типами печатающих головок для получения полноцветного изображения на поверхностях из различных материалов, таких как гибкие и листовые полимеры, стекло, металл, керамика, дерево и т.п., при одновременном обеспечении высокой скорости отверждения достаточно толстого слоя УФ-отверждаемого вещества в узком диапазоне УФ-излучения за счет повышения интенсивности УФ-излучения в той части спектра, в которой фотоинициаторы, входящие в состав вещества, обладают максимальной сенсибилизацией.The invention is aimed at solving the problem of expanding the scope of application of a method for curing a substance with UV radiation and a device for its implementation due to the possibility of using, for example, piezoelectric full-color printers with various types of printheads to obtain a full-color image on surfaces of various materials, such as flexible and sheet polymers, glass, metal, ceramics, wood, etc., while ensuring a high curing rate of a sufficiently thick layer of UV curable in a narrow range of UV radiation due to an increase in the intensity of UV radiation in that part of the spectrum in which the photoinitiators that make up the substance have maximum sensitization.

Изобретение направлено также на создание устройства для отверждения вещества УФ-излучением, в котором повышается эффективность системы управления светодиодами и системы охлаждения светодиодов, а также направлено на упрощение устройства, снижение его массо-габаритных показателей и обеспечение возможности монтирования, например, на подвижных частях принтера, снижение себестоимости и повышение технологичности УФ-отверждения вещества, повышение экологичности, снижение энергозатрат, продление срока службы за счет отказа от использования люминисцентных ламп и использования светодиодов с одинаковым спектром излучения, а также за счет исключения необходимости подбора светодиодов с одинаковыми параметрами и создания анаэробных областей.The invention is also directed to creating a device for curing a substance by UV radiation, in which the efficiency of the LED control system and the cooling system of the LEDs is increased, and also aimed at simplifying the device, reducing its weight and size and providing mounting capabilities, for example, on moving parts of the printer, reduction of cost and increase of manufacturability of UV curing of the substance, increase of environmental friendliness, reduction of energy consumption, extension of the service life due to the rejection of used fluorescent lamps and the use of LEDs with the same emission spectrum, as well as by eliminating the need to select LEDs with the same parameters and creating anaerobic areas.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе отверждения вещества УФ-излучением, при котором на вещество, включающее фотоинициаторы, воздействуют излучением УФ-светодиодов, при этом интенсивностью УФ-излучения управляют в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения, предлагается спектр излучения всех УФ-светодиодов выполнить одинаковым, соответствующим области спектра, в которой фотоинициаторы вещества обладают максимальной сенсибилизацией, предлагается также управлять интенсивностью УФ-излучения, подавая на УФ-светодиоды последовательность импульсов тока, частота которого находится в диапазоне от 1 кГц до 10 МГц, и управляя частотой, величиной тока и скважностью импульсов тока так, чтобы средняя рассеиваемая мощность УФ-светодиодов равнялась или приближалась к максимальной, но не превышала критического значения, приводящего к разрушению УФ-светодиодов.The essence of the invention lies in the fact that in the method of curing the substance with UV radiation, in which the substance, including photoinitiators, is exposed to UV LEDs, while the intensity of UV radiation is controlled depending on the properties of the cured substance and the curing conditions, a radiation spectrum of all Perform UV-LEDs the same, corresponding to the spectral region in which the photoinitiators of the substance have maximum sensitization, it is also proposed to control the intensity of UV radiation, applying a sequence of current pulses to UV LEDs, the frequency of which is in the range from 1 kHz to 10 MHz, and controlling the frequency, current, and duty cycle of the current pulses so that the average power dissipation of the UV LEDs is equal to or close to the maximum, but does not exceed the critical values leading to the destruction of UV LEDs.

При этом частотой, величиной тока и скважностью импульсов тока можно управлять в зависимости от параметров из ряда: энергия полимеризации УФ-отверждаемого вещества и его состав; толщина слоя УФ-отверждаемого вещества и способ нанесения слоя; длительность воздействия УФ-излучением на вещество;In this case, the frequency, magnitude of the current and the duty cycle of the current pulses can be controlled depending on the parameters from the series: the polymerization energy of the UV-curable substance and its composition; the thickness of the layer of UV-curable substances and the method of applying the layer; the duration of exposure to UV radiation on the substance;

температура и влажность окружающей среды; характеристики УФ-светодиодов.ambient temperature and humidity; Characteristics of UV LEDs.

Сущность изобретения заключается также в том, что в устройстве для отверждения вещества УФ-излучением, содержащем источник УФ-излучения в виде линеек (рядов) включенных последовательно УФ-светодиодов, радиатор для охлаждения УФ-светодиодов, расположенный на радиаторе датчик температуры, связанный с блоком управления УФ-светодиодами, предлагается источник УФ-излучения снабдить системой оптической фокусировки, а УФ-светодиоды выполнить с одинаковым спектром излучения, блок управления УФ-светодиодами выполнить содержащим управляющий контроллер, связанный с внешними вычислительными устройствами и соединенные с управляющим контроллером своими первыми и вторыми информационными входами силовые модули управления УФ-светодиодами, каждый из которых своими силовыми выводами подключен к соответствующей линейке светодиодов, при этом датчик температуры расположен непосредственно на радиаторе и своим выходом соединен с соответствующим информационным входом контроллера, а каждый из силовых модулей выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока, обеспечивающего подачу импульсов тока на соответствующую линейку УФ-светодиодов в диапазоне частот от 1 кГц до 10 МГц, при этом частота, величина тока и скважность импульсов тока устанавливается в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения.The essence of the invention lies in the fact that in the device for curing the substance by UV radiation, containing a source of UV radiation in the form of rulers (rows) of UV-LEDs connected in series, a radiator for cooling the UV LEDs, a temperature sensor connected to the unit, located on the radiator control of UV LEDs, it is proposed to provide a source of UV radiation with an optical focusing system, and UV LEDs with the same emission spectrum, the control unit of the UV LEDs should be made containing the controller, connected to external computing devices and connected to the control controller by its first and second information inputs, power modules for controlling UV LEDs, each of which is connected to the corresponding line of LEDs with its power terminals, while the temperature sensor is located directly on the radiator and is connected to its output with the corresponding information input of the controller, and each of the power modules is made in the form of a pulsed controlled current stabilizer, providing first supply of current pulses to the corresponding line of UV-LEDs in the frequency range from 1 kHz to 10 MHz, while the frequency, current value and duty cycle of the current pulses are set depending on the properties of the cured substance and the curing conditions.

УФ-светодиоды могут быть закреплены непосредственно на радиаторе, преимущественно, с помощью пайки. Радиатор может быть выполнен в виде жидкостного теплообменника.UV LEDs can be mounted directly on the radiator, mainly by soldering. The radiator can be made in the form of a liquid heat exchanger.

Сущность изобретения поясняется также следующими рассуждениями. В настоящее время самым распространенным источником УФ-излучения является люминесцентная ртутная лампа, которая обладает следующими недостатками: высокое тепловыделение, низкий КПД в диапазоне УФ-излучения, широкий неравномерный спектр излучения в диапазоне коротких, средних и длинных волн, малый срок службы. Наибольшим достоинством люминесцентной лампы является низкая стоимость. Однако в связи с совершенствованием технологии изготовления светодиодов, снижением их стоимости на единицу мощности и повышением эффективности, светодиоды становятся наиболее перспективными источниками УФ-излучения.The invention is also illustrated by the following reasoning. Currently, the most common source of UV radiation is a fluorescent mercury lamp, which has the following disadvantages: high heat generation, low efficiency in the UV radiation range, wide non-uniform emission spectrum in the short, medium and long wavelength range, short life. The biggest advantage of a fluorescent lamp is its low cost. However, due to the improvement of the manufacturing technology of LEDs, reducing their cost per unit of power and increasing efficiency, LEDs become the most promising sources of UV radiation.

Диапазон УФ-излучения делится на три поддиапазона - коротковолновой с длиной волны от 200 до 280 нм, средневолновой с длиной волны от 280 до 315 нм и длинноволновой с длиной волны от 315 до 380 нм. Коротковолновое УФ-излучение мало пригодно для отверждения вещества, например чернил в принтерах, ввиду того, что излучение с длиной волны меньше 280 нм вызывает образование озона и вредно для здоровья человека. Средневолновое УФ-излучение по результатам медицинских исследований вредно для здоровья, так как вызывает неизлечимые для человека заболевания, такие как катаракта и рак кожи. Еще одним препятствием к использованию коротковолнового и средневолнового диапазонов является то, что светодиоды в этом диапазоне имеют очень высокую стоимость при КПД меньше 1%.The UV radiation range is divided into three sub-ranges - short-wave with a wavelength of 200 to 280 nm, medium-wave with a wavelength of 280 to 315 nm and long-wave with a wavelength of 315 to 380 nm. Short-wave UV radiation is not very suitable for curing a substance, such as ink in printers, due to the fact that radiation with a wavelength of less than 280 nm causes the formation of ozone and is harmful to human health. According to the results of medical research, medium-wave UV radiation is harmful to health, as it causes incurable diseases for humans, such as cataracts and skin cancer. Another obstacle to the use of the short-wave and medium-wave ranges is that LEDs in this range have a very high cost with an efficiency of less than 1%.

Наиболее близким к естественному излучению является длинноволновое УФ-излучение, оно наименее вредно для здоровья. Однако его использование сопряжено с рядом трудностей. Первой проблемой является тот факт, что в УФ-отверждаемых веществах наибольшее число (несколько десятков) фотоинициаторов обладает максимальной сенсибилизацией при длине волны 300-330 нм. С максимальной сенсибилизацией при длине волны 365 нм существует всего несколько фотоинициаторов, а для длины волны 395-400 нм они полностью отсутствуют. Второй проблемой является то обстоятельство, что с уменьшением длины волны растет стоимость и снижается КПД светодиодов. Стоимость мощного излучателя с длиной волны 300-350 нм очень высока, что экономически нецелесообразно, а при длине волны 375-405 стоимость будет низкой, но при этом отсутствуют фотоинциаторы, максимальная сенсибилизация которых соответствует такому диапазону. Наиболее перспективным является диапазон 350-375 нм, так как стоимость светодиодов еще не слишком высока, КПД еще не слишком низкий и существуют фотоинициаторы с максимальной сенсибилизацией в данном диапазоне.Closest to natural radiation is the long-wave UV radiation, it is the least harmful to health. However, its use is fraught with a number of difficulties. The first problem is the fact that in UV-curable substances the largest number (several tens) of photoinitiators has maximum sensitization at a wavelength of 300-330 nm. With maximum sensitization at a wavelength of 365 nm, there are only a few photoinitiators, and for a wavelength of 395-400 nm they are completely absent. The second problem is the fact that with decreasing wavelength, the cost increases and the efficiency of LEDs decreases. The cost of a powerful emitter with a wavelength of 300-350 nm is very high, which is not economically feasible, and at a wavelength of 375-405, the cost will be low, but there are no photoinitiators whose maximum sensitization corresponds to this range. The most promising is the range of 350-375 nm, since the cost of LEDs is not too high, the efficiency is not too low, and there are photoinitiators with maximum sensitization in this range.

В качестве чернил для принтеров используется состав, включающий в себя:As an ink for printers, a composition is used that includes:

фотополимер, фотоинициатор и твердый нерастворимый пигмент устойчивый к УФ-излучению (не выцветает под воздействием УФ-излучения, например, сажа для черного цвета). Под воздействием УФ-излучения фотоинициатор разрывает внутренние связи. Вещества, получившиеся в результате распада, вступают в химическую реакцию с фотополимером в результате этой реакции, образуются полимер (пластик). Основной проблемой является то, что пигмент задерживает УФ-излучение, 90% излучения задерживается 1/8 верхнего слоя краски, в результате чего химическая реакция протекает медленно. Увеличение мощности излучения в два раза способно увеличить скорость протекания реакции в несколько раз, основываясь на работах по изучению плотности тока в кристалле, проведенных в институте Иоффе в г.Санкт-Петербург, суть которых сводится к тому, что при соответствующем охлаждении кристалла плотность тока может быть в 5-7 раз выше номинального значения. Следовательно, для достижения высокой мощности излучателя требуется эффективная система охлаждения, которая позволит эффективно охлаждать кристалл при увеличении мощности и не допустить деградации (разрушения) кристалла и снижения интенсивности излучения на светодиоде. Наиболее эффективной и недорогой системой охлаждения является водяная система охлаждения.photopolymer, photoinitiator and solid insoluble pigment resistant to UV radiation (does not fade when exposed to UV radiation, for example, black soot). Under the influence of UV radiation, the photoinitiator breaks the internal bonds. Substances resulting from decay enter into a chemical reaction with a photopolymer as a result of this reaction, a polymer (plastic) is formed. The main problem is that the pigment delays UV radiation, 90% of the radiation is delayed by 1/8 of the top coat of paint, as a result of which the chemical reaction proceeds slowly. A twofold increase in the radiation power can increase the reaction rate by several times, based on studies on the current density in a crystal carried out at the Ioffe Institute in St. Petersburg, the essence of which is that, with appropriate cooling of the crystal, the current density can be 5-7 times higher than the nominal value. Therefore, to achieve a high emitter power, an effective cooling system is required, which will allow the crystal to be effectively cooled with increasing power and to prevent degradation (destruction) of the crystal and a decrease in the radiation intensity on the LED. The most effective and inexpensive cooling system is a water cooling system.

Для того чтобы УФ-излучение проникло как можно глубже в слой краски, лучше использовать мощный короткий импульс, чем долговременное облучение поверхности излучением низкой мощности. Оптимальным является использование коротких и мощных импульсов, позволяющих излучению проникать вглубь достаточно толстого слоя краски, которые в то же время обладают большой скважностью для того, чтобы дать остыть кристаллу в светодиодах между импульсами.In order for the UV radiation to penetrate as deep as possible into the paint layer, it is better to use a powerful short pulse than long-term irradiation of the surface with low-power radiation. It is optimal to use short and powerful pulses that allow the radiation to penetrate deep into a sufficiently thick layer of paint, which at the same time has a large duty cycle in order to allow the crystal to cool in the LEDs between pulses.

Для того чтобы точно знать (рассчитать) мощность импульса и предотвратить перегрев кристалла, применяется стабилизатор тока. Стабилизатор тока предназначен для стабилизации протекающего через светодиоды тока, что позволяет, зная падение напряжения на светодиоде, точно рассчитать мощность импульса и ограничить ток через светодиод, не допустив его разрушения.In order to accurately know (calculate) the power of the pulse and prevent overheating of the crystal, a current stabilizer is used. The current stabilizer is designed to stabilize the current flowing through the LEDs, which allows, knowing the voltage drop on the LED, to accurately calculate the pulse power and limit the current through the LED, preventing its destruction.

Частота следования импульсов рассчитывается из следующих условий. Так как каретка движется над материалом со скоростью 1,5 м/сек, а излучение должно проникать в каждую точку поверхности с учетом ширины отдельного светодиода и излучателя, можно рассчитать частоту работы излучателей. Так, например, за 1 секунду каретка принтера на максимальной скорости перемещается на 1500 мм, при частоте 1000 герц между двумя импульсами, каретка переместится на 1,5 мм, при частоте 10000 герц каретка принтера переместится на 0,15 мм. Для более глубокого проникновения в слой нанесенной краски и ускорения процесса полимеризации (программно) увеличивают величину тока в заданное число раз с соответствующим увеличением скважности для обеспечения охлаждения кристалла светодиода, при этом действующая мгновенная мощность увеличивается в соответствующее число раз.The pulse repetition rate is calculated from the following conditions. Since the carriage moves over the material at a speed of 1.5 m / s, and the radiation must penetrate at every point on the surface, taking into account the width of an individual LED and emitter, we can calculate the frequency of operation of the emitters. So, for example, in 1 second the carriage of the printer moves at a maximum speed of 1500 mm, at a frequency of 1000 hertz between two pulses, the carriage will move by 1.5 mm, at a frequency of 10000 hertz, the carriage of the printer will move by 0.15 mm. For deeper penetration of the applied paint into the layer and acceleration of the polymerization process (software), increase the current value by a predetermined number of times with a corresponding increase in duty cycle to ensure cooling of the LED crystal, while the effective instantaneous power increases by a corresponding number of times.

Частота, скважность и величина импульсов тока через УФ-светодиоды зависят от многих факторов, таких как энергия полимеризации краски (чувствительность зависит от состава и свойств краски или УФ-отверждаемого вещества); применяемый фотополимер; применяемые пигменты с разной способностью поглощать или отражать УФ-излучение и размер частиц пигментов; применяемый фотоинициатор и процент его содержания; различные добавки; внешние факторы, воздействующие на процесс полимеризации; толщина отверждаемого слоя; размер капли отверждаемого вещества, например, чернил (зависит от применяемой печатающей головки); количество головок (цветов наносимых за один проход головки); разрешение печатающей головки (количество сопел на дюйм); режим работы головки; скорость движения излучателя относительно УФ-отверждаемого вещества; частота работы головок; размер сфокусированного пучка УФ-излучения; расстояние от источника УФ-излучения до поверхности УФ-отверждаемого вещества; температура УФ-отверждаемого вещества; температура и влажность окружающей среды; мощность источника излучения.The frequency, duty cycle and magnitude of the current pulses through the UV LEDs depend on many factors, such as the energy of the polymerization of the paint (sensitivity depends on the composition and properties of the paint or UV-cured substance); applied photopolymer; applied pigments with different ability to absorb or reflect UV radiation and particle size of pigments; used photoinitiator and the percentage of its content; various additives; external factors affecting the polymerization process; curable layer thickness; droplet size of a curable material, such as ink (depends on the print head used); number of heads (colors applied in one pass of the head); print head resolution (number of nozzles per inch); head operation mode; emitter speed relative to UV curable; frequency of operation of the heads; focused UV beam size; the distance from the UV radiation source to the surface of the UV-curable substance; UV curable temperature ambient temperature and humidity; radiation source power.

Устройство для отверждения вещества УФ-излучения может быть использовано в различных областях техники там, где необходимо воздействия УФ-излучения, для отверждения полимерных клеев, лакокрасочных покрытий, чернил, например, в широкоформатных принтерах. Ввиду того что используемые чернила различаются по характеристикам (энергия полимеризации, величина размера частиц и спектр его поглощения, использованные фотополимеры и фотоинициаторы, наличие добавок, толщина отверждаемого слоя), то мощность УФ-излучения и характеристики излучателя выбирают, исходя из характеристик чернил и применяемых головок. Частота следования импульсов управления УФ-светодиодами рассчитывается из следующих условий. Так как каретка с источником УФ-излучения движется над материалом, на который наносят УФ-отверждаемые чернила, со скоростью 1,5 м/сек, а УФ-излучение должно проникать в каждую точку поверхности материала, учитывая ширину каждого отдельного УФ-светодиода и источника УФ-излучения, можно рассчитать частоту работы источника УФ-излучения. Так, например, за 1 секунду каретка принтера на печатающих головках XAAR 126 на максимальной скорости перемещается на 1500 мм, при частоте 10000 герц между двумя импульсами каретка успеет переместится на 0,15 мм.A device for curing a substance of UV radiation can be used in various fields of technology where exposure to UV radiation is necessary, for curing polymer adhesives, coatings, inks, for example, in large format printers. Due to the fact that the used ink differs in characteristics (polymerization energy, particle size and its absorption spectrum, used photopolymers and photoinitiators, the presence of additives, the thickness of the cured layer), the UV radiation power and emitter characteristics are selected based on the characteristics of the ink and the heads used . The pulse repetition rate of the control pulses of the UV LEDs is calculated from the following conditions. Since the carriage with the UV radiation source moves over the material onto which UV-curable ink is applied, at a speed of 1.5 m / s, and the UV radiation must penetrate at every point on the surface of the material, given the width of each individual UV LED and source UV radiation, you can calculate the frequency of the UV source. So, for example, in 1 second the carriage of the printer on the XAAR 126 printheads moves at a maximum speed of 1,500 mm, at a frequency of 10,000 hertz between the two pulses the carriage has time to move by 0.15 mm.

Поскольку точных формул расчета, учитывающих все вышеперечисленные факторы, не существует, то режим работы устройства определяется эмпирическим путем. Ниже приведены примеры для краски "SUN", печатающие головки XAAR 128, капля 40 пикалитров, 6 цветов.Since there are no exact calculation formulas that take into account all of the above factors, the operating mode of the device is determined empirically. Below are examples of SUN inks, XAAR 128 printheads, a drop of 40 picalitres, 6 colors.

Пример 1. Режим печати 180 dpi, скорость каретки 1,2 м/сек, ток 1 ампер, частота 10 килогерц, скважность 5.Example 1. Printing mode 180 dpi, carriage speed 1.2 m / s, current 1 ampere, frequency 10 kilohertz, duty cycle 5.

Пример 2. Режим печати 400 dpi, скорость каретки 0,8 м/сек, ток 2 ампера, частота 8 килогерц, скважность 10.Example 2. Printing mode 400 dpi, carriage speed 0.8 m / s, current 2 amperes, frequency 8 kilohertz, duty cycle 10.

На фиг.1 приведена блок схема устройства для отверждения вещества УФ-излучением. На фиг.2 приведена функциональная схема блока управления УФ-светодиодами. На фиг.3 приведена временная диаграмма импульсов тока на УФ-светодиодах. На фиг.4 приведена блок схема силового модуля. На фиг.5 приведена схема конструктивного исполнения источника УФ-излучения в виде линеек УФ-светодиодов с радиатором в виде жидкостного теплообменника для охлаждения УФ-светодиодов, датчиком температуры и системой оптической фокусировки излучения.Figure 1 shows a block diagram of a device for curing a substance with UV radiation. Figure 2 shows the functional diagram of the control unit UV LEDs. Figure 3 shows a timing diagram of current pulses on UV LEDs. Figure 4 shows the block diagram of the power module. Figure 5 shows a design diagram of a UV radiation source in the form of lines of UV LEDs with a radiator in the form of a liquid heat exchanger for cooling UV LEDs, a temperature sensor and an optical focusing system.

Устройство для отверждения вещества УФ-излучением, приведенное на фиг.1, содержит источник 1 УФ-излучения в виде линеек (рядов) 2 включенных последовательно УФ-светодиодов с одинаковым спектром излучения, соответствующим области спектра, в которой фотоинициаторы отверждаемого вещества обладают максимальной сенсибилизацией. Линейки 2 УФ-светодиодов расположены на радиаторе 3, выполненном в виде водяного теплообменника для эффективного охлаждения УФ-светодиодов. Датчик 4 температуры расположен непосредственно на радиаторе 3 и служит для того, чтобы контролировать температуру УФ-светодиодов. Источник 1 УФ-излучения снабжен системой 5 оптической фокусировки излучения, выполненной на линзах, как показано на фиг.5. Блок 6 управления УФ-светодиодами предназначен для формирования импульсов управления УФ-светодиодами линеек 2 и содержит контроллер 7 и блок 8 силовых модулей 9. Датчик 4 температуры связан с управляющим входом блока 6 управления, являющимся управляющим входом контроллера 7. Линейки 2 УФ-светодиодов закреплены непосредственно на радиаторе 3, например, с помощью пайки. Тепло от УФ-светодиодов отводится на радиатор 3, который эффективно охлаждается с помощью водяной проточной системы охлаждения (не показана). Все УФ-светодиоды линеек 2 расположены в одной плоскости на одной грани радиатора 3. Используемые в устройстве УФ-светодиоды обладают высокой потребляемой мощностью более 1 ватта на кристалл и установлены на радиаторе 3 с высокой плотностью на минимальном расстоянии между корпусами. Поверхность УФ-светодиодов защищена от повреждения системой 5 оптической фокусировки излучения, которая представляет собой систему линз для увеличения оптической мощности на единицу поверхности, изготовленных из материалов хорошо пропускающих УФ-излучение, которое направлено в одну сторону.The device for curing the substance by UV radiation, shown in figure 1, contains a source of UV radiation in the form of rulers (rows) 2 sequentially connected UV LEDs with the same emission spectrum corresponding to the region of the spectrum in which the photoinitiators of the cured substance have maximum sensitization. Rulers 2 UV-LEDs are located on the radiator 3, made in the form of a water heat exchanger for efficient cooling of UV-LEDs. The temperature sensor 4 is located directly on the radiator 3 and serves to control the temperature of the UV LEDs. UV radiation source 1 is provided with a system 5 for optical focusing of radiation made on lenses, as shown in FIG. The UV LED control unit 6 is designed to generate control pulses of the UV LEDs of the lines 2 and contains a controller 7 and a power module unit 8. The temperature sensor 4 is connected to the control input of the control unit 6, which is the control input of the controller 7. The UV LED lines 2 are fixed directly on the radiator 3, for example, by soldering. The heat from the UV LEDs is removed to a radiator 3, which is effectively cooled using a water flow cooling system (not shown). All UV LEDs of the rulers 2 are located in the same plane on one face of the radiator 3. The UV LEDs used in the device have a high power consumption of more than 1 watt per crystal and are installed on the radiator 3 with a high density at a minimum distance between the cases. The surface of the UV LEDs is protected from damage by the optical radiation focusing system 5, which is a lens system for increasing the optical power per unit surface, made of materials that transmit UV radiation well, which is directed in one direction.

Мощные УФ-светодиоды линеек 2 имеют высокое тепловыделение. Для обеспечения эффективного охлаждения УФ-светодиоды, образующие линейки 2, припаиваются припоем (или приклеиваются теплопроводящим клеем) непосредственно к радиатору 3. Подвод напряжения к аноду и катоду УФ-светодиодов производится проводниками, изолированными от радиатора 3. Для обеспечения активного охлаждения УФ-светодиоды монтируются на охлаждаемой поверхности радиатора 3, выполненного в виде водяного теплообменника. Другая сторона теплообменника охлаждается жидкостью. Водяная система охлаждения имеет небольшие габариты и позволяет эффективно охлаждать мощные УФ-светодиоды.Powerful UV LEDs of the rulers 2 have a high heat dissipation. To ensure effective cooling, the UV-LEDs forming line 2 are soldered directly (or glued with heat-conducting adhesive) directly to the heat sink 3. The voltage to the anode and cathode of the UV LEDs is supplied by conductors isolated from the heat sink 3. To ensure active cooling, the UV-LEDs are mounted on the cooled surface of the radiator 3, made in the form of a water heat exchanger. The other side of the heat exchanger is cooled by a liquid. The water cooling system has small dimensions and allows you to effectively cool powerful UV-LEDs.

Управление мощными УФ-светодиодами с потребляемой мощностью более 1 ватта на кристалл производится с помощью блока управления 6. Контроллер 7 блока 6 связан своим информационным входом с внешними устройствами управления, в качестве которых используются, например, кнопка «пуск» или персональный компьютер (не показаны). Первый и второй входы блока 8 силовых модулей 9 соединены с управляющими выходами контроллера 7 - с выходом аналогового сигнала «установка тока» и с выходом цифрового сигнала «импульсы управления» соответственно. Силовые выводы каждого из силовых модулей 9 подключены к соответствующей линейке 2 УФ-светодиодов (фиг.2).Powerful UV LEDs with a power consumption of more than 1 watt per crystal are controlled using the control unit 6. The controller 7 of unit 6 is connected via its information input to external control devices, for example, using the “start” button or a personal computer (not shown) ) The first and second inputs of block 8 of the power modules 9 are connected to the control outputs of the controller 7 — with the output of the analog signal “current setting” and with the output of the digital signal “control pulses”, respectively. The power terminals of each of the power modules 9 are connected to the corresponding line 2 of UV-LEDs (figure 2).

Каждый силовой модуль 9 выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и обеспечивает подачу импульсов тока на соответствующую линейку 2 УФ-светодиодов в диапазоне частотой от 1 кГц до 10 МГц, при этом частота 1/Т, величина тока и скважность импульсов тока устанавливается в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения. Силовой модуль 9 выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока с ШИМ (фиг.4) и содержит задающий генератор 10, RS триггер 11, первую схему сравнения 12, ключ 13, индуктивность 14, датчик 15 тока, источник 17 опорного тока, вторую схему 16 сравнения и обратный диод 18. Каждый силовой модуль 9 формирует стабильный заданный ток через соответствующую линейку 2 УФ-светодиодов не зависимо от внешних факторов (температуры). Установка заданного тока Im производится по сигналу «установка тока» от контроллера 7. Силовой модуль 9 включается (управляется) импульсами с переменной скважностью по сигналу «импульсы управления» от контроллера 7. Путем изменения скважности импульсов управления и величины тока, протекающего через УФ-светодиоды возможна плавная регулировка мощности УФ-светодиодов. Включение (управление) УФ-светодиодами производится от внешних устройств управления программно (дистанционно) либо вручную от кнопки «пуск» (не показано).Each power module 9 is made in the form of a pulsed controlled current stabilizer with pulse width modulation (PWM) and provides current pulses to the corresponding line of 2 UV LEDs in the frequency range from 1 kHz to 10 MHz, with a frequency of 1 / T, the current and the duty cycle of the current pulses is set depending on the properties of the curable substance and the curing conditions. The power module 9 is made in the form of a pulsed controlled current stabilizer with a PWM (Fig. 4) and contains a master oscillator 10, RS trigger 11, a first comparison circuit 12, a key 13, an inductance 14, a current sensor 15, a reference current source 17, a second circuit 16 comparison and the reverse diode 18. Each power module 9 generates a stable predetermined current through the corresponding line 2 of UV-LEDs regardless of external factors (temperature). The set current Im is set according to the “current setting” signal from the controller 7. The power module 9 is switched on (controlled) by pulses with a variable duty cycle according to the “control pulses” signal from the controller 7. By changing the duty cycle of the control pulses and the amount of current flowing through the UV LEDs possible smooth adjustment of the power of the UV LEDs. UV-LEDs are turned on (controlled) from external control devices either programmatically (remotely) or manually from the start button (not shown).

Силовой модуль 9 работает следующим образом. Когда приходит импульс управления от контроллера 7, задающий генератор 10 переводит RS-триггер 11 во взведенное состояние (на выходе RS-триггера 11 устанавливается сигнал логической единицы) и на схему сравнения 12 поступают два единичных сигнала, в результате чего на выходе схемы 12 сравнения формируется сигнал низкого уровня, который открывает ключ 13. Ток протекает через индуктивность 14, УФ-светодиоды линейки 2, датчик 15 тока. От быстрого нарастания тока УФ-светодиоды линейки 2 защищает индуктивность 14, в которой накапливается энергия. Сигнал с датчика 15 тока усиливается усилителем датчика тока (не показан) и сравнивается на схеме 16 сравнения с сигналом источника 17 опорного тока, который устанавливается либо ручной регулировкой, либо с выхода ЦАП контроллера 7, и сравнивается на схеме 16 сравнения. Как только ток достигнет заданной величины, схема 16 сравнения сбрасывает RS-триггер 11, в результате чего ключ 13 выключается. Как только ключ 13 выключается, энергия, накопленная в катушке 14 индуктивности, поддерживает ток в УФ-светодиодах линейки 2, который протекает по цепи: катушка 14 индуктивности, УФ-светодиоды линейки 2, обратный диод 18. В результате чего ток через УФ-светодиоды линейки 2 начинает плавно уменьшаться.Power module 9 operates as follows. When a control pulse arrives from controller 7, the master oscillator 10 puts the RS-trigger 11 in a charged state (a logic unit signal is set at the output of the RS-trigger 11) and two unit signals are supplied to the comparison circuit 12, as a result of which the comparison circuit 12 is generated a low level signal that opens the key 13. Current flows through the inductance 14, the UV LEDs of line 2, the current sensor 15. From a rapid increase in current, the UV LEDs of line 2 are protected by the inductance 14, in which energy is accumulated. The signal from the current sensor 15 is amplified by a current sensor amplifier (not shown) and compared in the comparison circuit 16 with the signal of the reference current source 17, which is set either by manual adjustment or from the output of the DAC of the controller 7, and compared in the comparison circuit 16. As soon as the current reaches a predetermined value, the comparison circuit 16 resets the RS-trigger 11, as a result of which the key 13 is turned off. As soon as the key 13 is turned off, the energy stored in the inductor 14 supports the current in the UV LEDs of line 2, which flows through the circuit: inductor 14, UV LEDs of the line 2, reverse diode 18. As a result, the current through the UV LEDs line 2 begins to decrease smoothly.

Следующим импульсом с задающего генератора 10 RS-триггер 11 переводится во взведенное состояние. На выходе схемы 12 сравнения устанавливается сигнал логического ноля, так как ключ 13 выключен и через датчик 15 ток не протекает и процессы повторяются. При разогреве УФ-светодиодов линейки 2 падает их внутреннее сопротивление, в результате чего ток, протекающий через линейку 2, тоже растет, что может привести к лавинообразному процессу. Уменьшение внутреннего сопротивления обуславливает большую величину тока, больший ток еще сильнее разогревает кристалл и так до тех пор, пока УФ-светодиод не выйдет из строя. Однако при использовании стабилизации тока этого не происходит. Датчик 15 тока позволяет удерживать заданную величину тока и предотвратить перегрев кристалла. Импульсы управления имеют программируемую частоту и скважность. Ток на УФ-светодиодах имеет форму, приведенную на фиг.3.The next pulse from the master oscillator 10 RS-trigger 11 is placed in a charged state. At the output of the comparison circuit 12, a logical zero signal is set, since the key 13 is turned off and no current flows through the sensor 15 and the processes are repeated. When heating the UV LEDs of line 2, their internal resistance drops, as a result of which the current flowing through line 2 also increases, which can lead to an avalanche-like process. A decrease in internal resistance leads to a large amount of current, a larger current heats the crystal even more strongly, and so on until the UV LED fails. However, when using current stabilization this does not happen. The current sensor 15 allows you to hold a given amount of current and prevent overheating of the crystal. The control pulses have a programmable frequency and duty cycle. The current on the UV LEDs has the form shown in Fig.3.

Предлагаемый способ отверждения вещества УФ-излучением осуществляется следующим образом.The proposed method for curing the substance by UV radiation is as follows.

На УФ-отверждаемое вещество, включающее фотоинициаторы, воздействуют излучением УФ-светодиодов, образующих линейки 2, при этом спектр излучения всех УФ-светодиодов соответствует области спектра, в которой фотоинициаторы вещества обладают максимальной сенсибилизацией, например соответсвуют длине волны 365 нм. Интенсивностью источника 1 УФ-излучения управляют в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения. Для этого на УФ-светодиоды линеек 2 подают последовательность импульсов тока, частота которых находится в диапазоне от 1 кГц до 10 МГц, и с помощью блока 6 управления управляют частотой, скважностью и величиной импульсов тока так, что средняя рассеиваемая мощность УФ-светодиодов равна или приближается к максимальной. Например, для УФ-светодиодов, проиводимых японской фирмы NICHIA, тип NCCU 033 с длиной волны 365 нм, максимальная рассеиваемая мощность составляет 3,3 Вт, но не превышает критического значения, приводящего к разрушению УФ-светодиодов (для УФ-светодиодов типа NCCU 033 экспериментально установлено, что критическое значение рассеиваемой мощности составляет 4,1 Вт). При этом частотой, величиной тока и скважностью импульсов тока управляют в зависимости от параметров из ряда:UV-curable material, including photoinitiators, is exposed to the radiation of UV-LEDs forming line 2, and the emission spectrum of all UV-LEDs corresponds to the region of the spectrum in which photoinitiators of the substance have maximum sensitization, for example, correspond to a wavelength of 365 nm. The intensity of the UV radiation source 1 is controlled depending on the properties of the curable substance and the curing conditions. To do this, a sequence of current pulses, the frequency of which is in the range from 1 kHz to 10 MHz, are supplied to the UV LEDs of the bars 2, and using the control unit 6, the frequency, duty cycle and current pulses are controlled so that the average power dissipation of the UV LEDs is equal to or approaching the maximum. For example, for UV LEDs manufactured by the Japanese company NICHIA, type NCCU 033 with a wavelength of 365 nm, the maximum power dissipation is 3.3 W, but does not exceed the critical value that leads to the destruction of UV LEDs (for UV LEDs such as NCCU 033 experimentally established that the critical value of power dissipation is 4.1 W). At the same time, the frequency, magnitude of the current and the duty cycle of the current pulses are controlled depending on the parameters from the series:

энергия полимеризации УФ-отверждаемого вещества и его состав; толщина слоя УФ-отверждаемого вещества и способ нанесения слоя; длительность воздействия УФ-излучением на вещество; температура и влажность окружающей среды; характеристики УФ-светодиодов.the polymerization energy of the UV-curable substance and its composition; the thickness of the layer of UV-curable substances and the method of applying the layer; the duration of exposure to UV radiation on the substance; ambient temperature and humidity; Characteristics of UV LEDs.

Устройство, реализующее вышеописанный способ, работает следующим образом. Через интерфейс связи с внешними устройствами управления, например с компьютером (не показан), в контроллер 7 блока 6 управления передаются данные о параметрах работы блока 6: частота импульсов управления, их скважность, максимальная рабочая температура и мощность УФ-светодиодов. Эти параметры записываются в энергонезависимую память контроллера 7. Включение (управление) блоком 6 производится от внешних устройств управления программно (дистанционно) с помощью соответствующей команды от компьютера либо вручную кнопкой (не показана). По команде на включение на аналоговом выходе блока 6 управления появляется аналоговый сигнал, соответствующий заданной программно величине тока Im, протекающего через линейку 2 УФ-светодиодов. На цифровом выходе контроллера 7 формируется сигнал «импульсы управления» в соответствии с заданной частотой и скважностью управляющих импульсов. Контроллер 7 формирует сигнал «импульсы управления» до тех пор, пока не будет снята команда на включение, или до тех пор, пока температура УФ-светодиодов не достигнет максимальной заданной температуры. Контроллер 7 отслеживает температуру УФ-светодиодов по сигналу с датчика 3 температуры, расположенному на радиаторе 4, к которому прикреплены линейки 2 УФ-светодиодов. Когда сигнал с датчика 3 температуры достигнет заданного значения максимальной рабочей температуры, которое хранится в памяти контроллера 7, последний в соответствии с управляющей программой либо прекращает подачу сигналов «импульсы управления», либо увеличивает скважность импульсов управления с целью снижения выходной мощности УФ-светодиодов, либо уменьшает уровень сигнала на аналоговом выходе контроллера 7 с целью снижения тока, протекающего через каждую линейку 2 светодиодов. Сигнал «установка тока» с аналогового выхода контроллера 7 одновременно поступает на все силовые модули 9, задавая величину тока в линейках 2 УФ-светодиодов. Цифровые выходы контроллера 7 соединены соответственно с каждым силовым модулем 9, что позволяет включать каждый модуль 9 с задержкой относительно друг друга для снижения пиковой мощности источника питания устройства (не показан). Силовой модуль 9 при поступлении на него управляющих сигналов от контроллера 7 формирует импульсы тока в линейке 2 УФ-светодиодов такой величины и скважности, которые соответствуют управляющим сигналам контроллера 7. При протекании импульсов тока через УФ-светодиоды линеек 2, последние вырабатывают УФ-излучение и тепло. Тепло, вырабатываемое УФ-светодиодами, отводится на радиатор 3 с водяным охлаждением и там рассеивается. УФ-излучение, проходя через оптическую систему 5 фокусировки, собирается в пучок, т.е. фокусируется. Сфокусированное УФ-излучение направляют на материал, на который нанесено УФ-отверждаемое вещество.A device that implements the above method works as follows. Via the communication interface with external control devices, for example, a computer (not shown), data on the operation parameters of block 6 are transmitted to the controller 7 of the control unit 6: the frequency of the control pulses, their duty cycle, maximum operating temperature and the power of the UV LEDs. These parameters are recorded in the non-volatile memory of the controller 7. Turning on (control) of unit 6 is performed from external control devices programmatically (remotely) using the appropriate command from the computer or manually using a button (not shown). Upon the command to turn on, an analog signal appears on the analog output of the control unit 6, which corresponds to the programmed current value I m flowing through a line of 2 UV LEDs. The digital output of the controller 7 generates a signal "control pulses" in accordance with a given frequency and duty cycle of the control pulses. The controller 7 generates a signal "control pulses" until the command to turn on is released, or until the temperature of the UV LEDs reaches the maximum set temperature. The controller 7 monitors the temperature of the UV LEDs by the signal from the temperature sensor 3 located on the radiator 4, to which the line 2 of the UV LEDs are attached. When the signal from the temperature sensor 3 reaches the set value of the maximum operating temperature, which is stored in the memory of the controller 7, the latter, in accordance with the control program, either stops the supply of control pulses or increases the duty cycle of the control pulses in order to reduce the output power of the UV LEDs, or reduces the signal level at the analog output of the controller 7 in order to reduce the current flowing through each line of 2 LEDs. The signal "current setting" from the analog output of the controller 7 simultaneously arrives at all power modules 9, setting the amount of current in the lines 2 of the UV LEDs. The digital outputs of the controller 7 are connected respectively to each power module 9, which allows each module 9 to be switched on with a delay relative to each other to reduce the peak power of the device’s power source (not shown). The power module 9 upon receipt of the control signals from the controller 7 generates current pulses in the line 2 of UV LEDs of such magnitude and duty cycle that correspond to the control signals of the controller 7. When current pulses flow through the UV LEDs of the bars 2, the latter generate UV radiation and heat. The heat generated by the UV LEDs is removed to a water-cooled radiator 3 and is dissipated there. UV radiation passing through the optical focusing system 5 is collected in a beam, i.e. focuses. Focused UV radiation is directed onto the material on which the UV curable material is applied.

Таким образом, известные способ отверждения вещества УФ-излучением и устройство для его реализации, во-первых, позволяют отказаться от использования люминесцентных ламп и поэтому обладают более высоким КПД, стабильной рабочей температурой, большим временным ресурсом, повышенной экологичностью из-за устранения озона, меньшей потребляемой мощностью. За счет чего расширяется область применения предлагаемого способа отверждения вещества УФ-излучением и устройства для его осуществления. Кроме того, использование в качестве источника излучения только УФ-светодиодов упрощает устройство и снижает себестоимость отверждения вещества УФ-излучением.Thus, the known method of curing a substance by UV radiation and a device for its implementation, firstly, make it possible to abandon the use of fluorescent lamps and therefore have a higher efficiency, a stable operating temperature, a long time resource, and increased environmental friendliness due to the elimination of ozone, less power consumption. Due to which, the scope of the proposed method for curing a substance by UV radiation and a device for its implementation are expanding. In addition, the use of only UV LEDs as a radiation source simplifies the device and reduces the cost of curing the substance with UV radiation.

Снижению себестоимости отверждения вещества УФ-излучением также способствует отсутствие необходимости создания анаэробной области из инертного газа для увеличения производительности УФ-фотоинициаторов.The need to create an anaerobic region from an inert gas to increase the productivity of UV photoinitiators also contributes to the reduction in the cost of curing the substance by UV radiation.

Во-вторых, использование УФ-светодиодов с одинаковым диапазоном УФ-излучения обеспечивает его полное соответствие длине волны, на которой фотоинициатор обладает максимальной сенсибилизацией, что повышает эффективность отверждения вещества.Secondly, the use of UV LEDs with the same range of UV radiation ensures its full compliance with the wavelength at which the photoinitiator has maximum sensitization, which increases the curing efficiency of the substance.

В-третьих, контроль интенсивности излучения светодиодов по показаниям датчика тока УФ-светодиодов, а не по интенсивности излучения, а также с использованием обратной связи и стабилизацией температуры позволяет уменьшить деградацию кристалла и повысить интенсивность излучения УФ-светодиодов. Эффективность системы контроля интенсивности излучения повышается также за счет того, что УФ-светодиоды располагаются непосредственно на радиаторе, а не на подложке, установленной на радиаторе. Уменьшению деградации кристалла также способствует и то, что датчик температуры расположен непосредственно на радиаторе, а не на подложке.Thirdly, control of the radiation intensity of the LEDs according to the readings of the current sensor of the UV LEDs, and not by the radiation intensity, as well as using feedback and temperature stabilization, can reduce crystal degradation and increase the radiation intensity of the UV LEDs. The effectiveness of the radiation intensity control system is also increased due to the fact that the UV-LEDs are located directly on the radiator, and not on the substrate mounted on the radiator. Reducing the degradation of the crystal also contributes to the fact that the temperature sensor is located directly on the radiator, and not on the substrate.

В-четвертых, так как все УФ-светодиоды включены последовательно и все УФ-светодиоды обладают излучением с одной и той же длиной волны, то отсутствует необходимость подбирания тока в линейках светодиодов, что снижает себестоимость процесса УФ-отверждения вещества. Кроме того, при этом повышается стабильность тока через УФ-светодиоды, а следовательно, и стабильность интенсивности излучения светодиодов. К тому же использование светодиодов одного типа, излучающих свет с одной длиной волны и обладающих одинаковыми характеристиками, приводит к упрощению системы управления светодиодами и повышению интенсивности их излучения.Fourthly, since all UV LEDs are connected in series and all UV LEDs have the same wavelength, there is no need to select current in the LED lines, which reduces the cost of the UV curing process. In addition, this increases the stability of the current through the UV LEDs, and hence the stability of the radiation intensity of the LEDs. In addition, the use of LEDs of the same type, emitting light with the same wavelength and having the same characteristics, leads to a simplification of the control system of LEDs and increase the intensity of their radiation.

Следовательно, предлагаемое изобретение обеспечивает создание устройства для отверждения вещества УФ-излучением, в котором повышается эффективность системы управления светодиодами и системы охлаждения светодиодов за счет снижения степени деградации кристаллов светодиодов, а также обеспечивает упрощение устройства, снижение его массо-габаритных показателей и обеспечение возможности монтирования, например, на подвижных частях принтера, снижение себестоимости и повышение технологичности УФ-отверждения вещества, повышение экологичности, снижение энергозатрат, продление срока службы за счет отказа от использования люминисцентных ламп и использования светодиодов с одинаковым спектром излучения, а также за счет исключения необходимости подбора светодиодов с одинаковыми параметрами и создания анаэробных областей.Therefore, the present invention provides a device for curing the substance by UV radiation, in which the efficiency of the LED control system and the cooling system of the LEDs is improved by reducing the degree of degradation of the LED crystals, and it also simplifies the device, reduces its weight and size and allows mounting, for example, on moving parts of the printer, reducing costs and improving the processability of UV curing, increasing environmental friendliness spine, reduced power consumption, prolongation of life by avoiding use of fluorescent lamps and use of LEDs with the same radiation spectrum, as well as by eliminating the necessity of selection of LEDs with the same parameters and creation of anaerobic areas.

В итоге, предлагаемое изобретение позволяет расширить область применения способа отверждения вещества УФ-излучением и устройства для его реализации за счет возможности использования, например, в пьезоструйных полноцветных принтерах с различными типами печатающих головок для получения полноцветного изображения на поверхностях из различных материалов, таких как гибкие и листовые полимеры, стекло, металл, керамика, дерево и т.п., при одновременном обеспечении высокой скорости отверждения достаточно толстого слоя УФ-отверждаемого вещества в узком диапазоне УФ-излучения.As a result, the present invention allows to expand the scope of the method of curing the substance by UV radiation and a device for its implementation due to the possibility of using, for example, in piezo-jet full-color printers with various types of printheads to obtain a full-color image on surfaces of various materials, such as flexible and sheet polymers, glass, metal, ceramics, wood, etc., while ensuring a high curing rate of a sufficiently thick layer of UV-curable material Islands in a narrow range of UV radiation.

Claims (5)

1. Способ отверждения вещества УФ-излучением, при котором на вещество, включающее фотоинициаторы, воздействуют излучением УФ-светодиодов, при этом интенсивностью УФ-излучения управляют в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения, отличающийся тем, что на вещество, включающее фотоинициаторы, воздействуют УФ-излучением с одинаковым спектром излучения всех УФ-светодиодов, соответствующим области спектра, в которой фотоинициаторы вещества обладают максимальной сенсибилизацией, при этом на УФ-светодиоды подают последовательность импульсов тока, частота которых находится в диапазоне от 1 кГц до 10 МГц, и управляют интенсивностью УФ-излучения за счет управления частотой, величиной тока и скважностью импульсов тока, так, чтобы средняя рассеиваемая мощность УФ-светодиодов равнялась или приближалась к максимальной, но не превышала критического значения, приводящего к разрушению УФ-светодиодов.1. A method of curing a substance with UV radiation, in which a substance including photoinitiators is exposed to UV LEDs, the intensity of UV radiation being controlled depending on the properties of the cured substance and the curing conditions, characterized in that the substance including photoinitiators, they are exposed to UV radiation with the same emission spectrum of all UV LEDs, corresponding to the region of the spectrum in which the photoinitiators of the substance have maximum sensitization, while the UV LEDs are fed a sequence of current pulses, the frequency of which is in the range from 1 kHz to 10 MHz, and control the intensity of UV radiation by controlling the frequency, current magnitude and duty cycle of the current pulses, so that the average power dissipation of the UV LEDs is equal to or close to the maximum, but did not exceed the critical value leading to the destruction of UV LEDs. 2. Способ отверждения вещества УФ-излучением по п.1, отличающийся тем, что частотой, величиной тока и скважностью импульсов тока управляют в зависимости от параметров из ряда: энергия полимеризации УФ-отверждаемого вещества и его состав; толщина слоя УФ-отверждаемого вещества и способ нанесения слоя; длительность воздействия УФ-излучением на вещество;
температура и влажность окружающей среды;
характеристики УФ-светодиодов.
2. The method of curing the substance by UV radiation according to claim 1, characterized in that the frequency, magnitude of the current and the duty cycle of the current pulses are controlled depending on the parameters of the series: the polymerization energy of the UV-curable substance and its composition; the thickness of the layer of UV-curable substances and the method of applying the layer; the duration of exposure to UV radiation on the substance;
ambient temperature and humidity;
UV LED characteristics.
3. Устройство для отверждения вещества УФ-излучением, содержащее источник УФ-излучения в виде линеек (рядов) включенных последовательно УФ-светодиодов, радиатор для охлаждения УФ-светодиодов, датчик температуры, связанный с блоком управления УФ-светодиодами, отличающееся тем, что источник УФ-излучения снабжен системой оптической фокусировки, а УФ-светодиоды выполнены с одинаковым спектром излучения, блок управления УФ-светодиодами содержит управляющий контроллер, связанный с внешними вычислительными устройствами и соединенные с управляющим контроллером своими первыми и вторыми информационными входами силовые модули управления УФ-светодиодами, каждый из которых своими силовыми выводами подключен к соответствующей линейке светодиодов, при этом датчик температуры расположен непосредственно на радиаторе и своим выходом соединен с соответствующим информационным входом контроллера, а каждый из силовых модулей выполнен в виде импульсного управляемого стабилизатора тока, обеспечивающего подачу импульсов тока на соответствующую линейку УФ-светодиодов в диапазоне частоты от 1 кГц до 10 МГц, при этом частота, величина тока и скважность импульсов тока устанавливается в зависимости от свойств отверждаемого вещества и условий отверждения.3. A device for curing the substance by UV radiation, containing a source of UV radiation in the form of lines (rows) of UV-LEDs connected in series, a radiator for cooling UV-LEDs, a temperature sensor associated with the UV-LED control unit, characterized in that the source UV radiation is equipped with an optical focusing system, and UV LEDs are made with the same emission spectrum, the UV LED control unit contains a control controller connected to external computing devices and connected to the control With their first and second information inputs, the power control modules for UV LEDs, each of which is connected to the corresponding line of LEDs with its power terminals, the temperature sensor is located directly on the radiator and connected to the corresponding information input of the controller by its output, and each of the power modules made in the form of a pulsed controlled current stabilizer, providing current pulses to the corresponding line of UV LEDs in the hour range frequencies from 1 kHz to 10 MHz, while the frequency, current magnitude and duty cycle of current pulses is set depending on the properties of the cured substance and the conditions of curing. 4. Устройство для отверждения вещества УФ-излучением по п.3, отличающееся тем, что УФ-светодиоды закреплены непосредственно на радиаторе преимущественно с помощью пайки.4. The device for curing the substance with UV radiation according to claim 3, characterized in that the UV LEDs are mounted directly on the radiator mainly by soldering. 5. Устройство для отверждения вещества УФ-излучением по п.3, отличающееся тем, что радиатор выполнен в виде жидкостного теплообменника. 5. The device for curing the substance with UV radiation according to claim 3, characterized in that the radiator is made in the form of a liquid heat exchanger.
RU2008115986/12A 2008-04-22 2008-04-22 Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end RU2401703C2 (en)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115986/12A RU2401703C2 (en) 2008-04-22 2008-04-22 Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end
ES09735131T ES2713862T3 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing a substance, device for performing said method and ink
TR2019/03038T TR201903038T4 (en) 2008-04-22 2009-03-30 The method for curing a substance, the device and the ink for carrying out said method.
PCT/RU2009/000151 WO2009131490A2 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing substances by uv radiation, device for carrying out said method and ink cured by uv radiation
PL09735131T PL2283934T3 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing a substance, device for carrying out said method and ink
US12/988,635 US20120128890A1 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing substances by uv radiation, device for carrying out said method and ink cured by uv radiation
CN2009801235232A CN102083549B (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing substances by UV radiation, device for carrying out said method and ink cured by UV radiation
EP09735131.6A EP2283934B1 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method for curing a substance, device for carrying out said method and ink
JP2011506222A JP5005831B2 (en) 2008-04-22 2009-03-30 Method of curing a substance by ultraviolet rays

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115986/12A RU2401703C2 (en) 2008-04-22 2008-04-22 Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008115986A RU2008115986A (en) 2009-10-27
RU2401703C2 true RU2401703C2 (en) 2010-10-20

Family

ID=41352699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115986/12A RU2401703C2 (en) 2008-04-22 2008-04-22 Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2401703C2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492939C1 (en) * 2012-02-27 2013-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инноваций и кооперации" Uv led irradiator
RU2655162C1 (en) * 2017-08-18 2018-05-24 Анатолий Николаевич Щелканов Emitter of uv led dryer for offset, sheet and web printing (embodiments)
RU2663758C2 (en) * 2013-04-18 2018-08-09 Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон Uv irradiation device having additional monochromatic radiation source
RU187440U1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 Владислав Юрьевич Мирчев HIGH-SPEED DATA TRANSMISSION DEVICE FOR PRINTING AND PRINTING SYSTEM SIGNALS
RU2715221C2 (en) * 2018-06-21 2020-02-26 Федеральный научно-производственный центр акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Method of stabilizing solder mask layer applied by watering method
WO2022076766A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Flex-N-Gate Advanced Product Development, Llc Illuminated-marking system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492939C1 (en) * 2012-02-27 2013-09-20 Общество с ограниченной ответственностью "Центр инноваций и кооперации" Uv led irradiator
RU2663758C2 (en) * 2013-04-18 2018-08-09 Эрликон Серфиз Солюшнз Аг, Пфеффикон Uv irradiation device having additional monochromatic radiation source
RU2655162C1 (en) * 2017-08-18 2018-05-24 Анатолий Николаевич Щелканов Emitter of uv led dryer for offset, sheet and web printing (embodiments)
RU187440U1 (en) * 2017-08-28 2019-03-06 Владислав Юрьевич Мирчев HIGH-SPEED DATA TRANSMISSION DEVICE FOR PRINTING AND PRINTING SYSTEM SIGNALS
RU2715221C2 (en) * 2018-06-21 2020-02-26 Федеральный научно-производственный центр акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" Method of stabilizing solder mask layer applied by watering method
WO2022076766A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Flex-N-Gate Advanced Product Development, Llc Illuminated-marking system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008115986A (en) 2009-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2283934B1 (en) Method for curing a substance, device for carrying out said method and ink
RU2401703C2 (en) Method of solidifying substance by uv radiation and device to this end
JP5364011B2 (en) Cure
US7600867B2 (en) Radiation treatment for ink jet fluids
EP1629979B1 (en) Ink jet printer using uv ink
US8025386B2 (en) Inkjet recording apparatus
ES2294477T3 (en) CURATION WITH ULTRAVIOLET RAYS.
CN103547458B (en) Ink jet printing method
US8421043B2 (en) Solid state radiation source array
JP2010188729A6 (en) Cure
JP2009126071A (en) Inkjet printer
JP2013505154A (en) Method and laser marking system for applying laser marking
JP2006231795A (en) Printing method using uv-curing ink and ink jet printer for use therein
EP1572467B1 (en) Curing
JP2007185852A (en) Inkjet printer
JP2009147169A (en) Ultraviolet irradiation device using light emitting diode
JP5163716B2 (en) Recording apparatus, light irradiation apparatus, and recording method
JP2011121280A (en) Liquid ejecting device and liquid ejecting method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110423

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20120227

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130423

BF4A Cancelling a publication of earlier date [patents]

Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED

HE4A Change of address of a patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160423

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170213