CN108014980A - 一种uvled固化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种UVLED固化装置，包括：UVLED光源模组和散热装置以及柱面型光学系统；所述UVLED光源模组安装于所述散热装置的底部，所述柱面型光学系统安装于所述散热装置和所述UVLED光源模组的下方，且所述UVLED光源模组位于所述散热装置和所述柱面型光学系统之间；所述柱面型光学系统用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上；所述散热装置为气冷式散热装置，用于对所述UVLED光源模组进行散热。本发明装置是一种体积小、成本低、散热性能优秀、且固化效果更好的UVLED固化装置，可用于解决现有UVLED应用的痛点和难点。
Description
技术领域
本发明涉及紫外线固化技术领域，具体涉及一种UVLED固化装置。
背景技术
传统UV汞灯固化技术具有VOCs排放严重、能耗高、效率低等缺陷。UV（UltravioletRays，紫外光）LED（Light Emitting Diode，发光二极管）固化技术符合节能环保发展方向，相关装备技术水平亟待发展。目前UVLED固化技术因技术限制还具有诸如散热不好、价格高等问题，现有的UVLED相关设备大都局限于低端应用，要么是功率太小，不能流线化应用，要么是做得非常庞大的水冷式结构。水冷式结构会产生水汽，不能应用于高精密、对湿度要求高的电子行业。
发明内容
本发明实施例提供一种UVLED固化装置，旨在提供一种体积小、成本低、散热性能优秀、且固化效果更好的UVLED固化装置，以解决现有UVLED应用的痛点和难点。
本发明实施例采用如下技术方案：一种UVLED固化装置，包括：UVLED光源模组和散热装置以及柱面型光学系统；所述UVLED光源模组安装于所述散热装置的底部，所述柱面型光学系统安装于所述散热装置和所述UVLED光源模组的下方，且所述UVLED光源模组位于所述散热装置和所述柱面型光学系统之间；所述柱面型光学系统用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上；所述散热装置为气冷式散热装置，用于对所述UVLED光源模组进行散热，所述散热装置包括：铝合金基座，设置在所述铝合金基座上的铝鳍片模块，以及设置在所述铝鳍片模块上的风扇，所述铝合金基座和所述铝鳍片模块之间设置有多根导热管。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
运用专业的高聚光柱面型光学系统，搭配卓越高效节能的气冷式散热装置,在最小空间运用模块化方式达到的最小体积的UVLED固化装置，且达到更好的固化效果。
本发明装置为气冷式结构，与现有的水冷式结构相比，体积更小，重量更轻，成本更低，可安装到有空间限制的制程设备上面。
本发明采用气冷式散热装置，不会产生水汽，可应用于高精密、对湿度要求高的电子行业，从而解决特殊领域如光盘固化、电子、薄膜电路绝缘保护固化等避免水冷式结构带来的潮湿环境的弊端，扩宽了UVLED固化的应用范围。
本发明采用的气冷式散热装置，通过特殊的结构设计，在铝合金基座和铝鳍片模块之间嵌入多根导热管，使得散热装置的散热效果更好，散热速度更快，能够保证UVLED处在较低的工作温度，保证UVLED的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中散热装置的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中散热装置的爆炸结构示意图；
图3是本发明实施例中散热装置的侧视图；
图4是本发明实施例中散热装置的前视图；
图5是本发明实施例中散热装置的仰视图；
图6是本发明实施例中柱面型光学系统的仰视图；
图7是本发明实施例中柱面型光学系统的侧视图；
图8中的a和b分别是本发明实施例中两种柱面型光学透镜导光板的结构示意图；
图9中的a和b分别是本发明实施例中左右两个支架的结构示意图；
图10是本发明实施例中左右两个支架与柱面型光学透镜导光板的组装结构示意图；
图11是本发明实施例中UVLED光源模组的结构示意图；
图12是本发明实施例提供的UVLED固化装置的结构示意图；
图13a和图13b分别是一实施例中UVLED固化装置在安装柱面型光学系统之前和之后的光强测试结果；
图14a和图14b分别是个一实施例中UVLED固化装置在安装柱面型光学系统之前和之后的光强测试结果。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。
本发明实施例提供一种UVLED固化装置，该装置可包括：UVLED光源模组和散热装置以及柱面型光学系统。下面分别进行说明：
首先，对散热装置进行说明：
请参考图1至图5，是本发明一个实施例的散热装置的结构图。该散热装置为气冷式散热装置，可用于UVLED固化装置，作为UVLED光源模组的散热器。
如图1和图2所示，本实施例的散热装置10，可包括：铝合金基座11，设置在所述铝合金基座11上的铝鳍片模块12，以及设置在所述铝鳍片模块12上的风扇14；所述铝合金基座11和所述铝鳍片模块12之间嵌入有多根导热管13。
一些具体实现中，所述铝合金基座11上开设有多条凹槽111，所述多根导热管13分别嵌入所述多条凹槽111内，所述铝鳍片模块12的底部与所述多根导热管13接触。
本实施例的散热装置是设计并运用流场仿真软件仿真过的良好的散热系统，作为气冷式散热器，具有较高的散热效率。所述铝合金基座11上用于安装UVLED固化系统的UVLED光源模组20。所述UVLED光源模组20具体实现形式例如可以是UVLED光源灯板。
可选的，所述多根导热管13平行设置，且与所述铝鳍片模块12的鳍片121垂直或接近垂直。铝鳍片模块12由多片鳍片121相互平行且间隔一定间距组合而成。可选的，每一片鳍片121的底部都向同一方向弯折，弯折部与前一片鳍片121连接；每一片鳍片121的顶端都有向同一方向弯折的若干个例如3个凸出部，凸出部嵌入前一片鳍片121的凸出部内；通过以上方式，多片鳍片121组成为一体。
在一些实施例中，
所述铝合金基座11上用于安装导热管13的多条凹槽111，采用非对称的排列方式布设，所述非对称的排列方式包括：所述多条凹槽111的排布间距是非等分的，根据安装在所述铝合金基座11上的热源部件例如UVLED光源模组确定。可选的，所述非对称的排列方式还包括：所述多条凹槽111为奇数条例如5条或7条或3条。
如上所述，铝合金基座11上的用于安装导热管13的多条凹槽111是采取非对称式的排列方式，即排布间距并非是等分的，且优选热管凹槽数并非是偶数，具体可根据铝合金基座上安装的热源部件的放置位置和尺寸，以及热传导和风扇散热状态去合理地设计凹槽111的位置，摆放最佳的方式，以达到最好的散热效果。导热管13的一部分与铝合金基座11焊接在一起，另外一部分与铝鳍片模块12焊接在一起，因此传导热更为直接和高效，主要目的是能实时将UVLED光源模组的热量直接通过传导与热对流以及热辐射作用，以最短的时间同时让热传导到铝鳍片模块12的各尖端（即尖点效应），再通过高速风扇的强制冷却来做到快速散热与全系统热平衡的目的。
在一些实施例中，
所述导热管13为铜粉管和绒毛结构管复合而成的复合结构管。
导热管13是采用自制特殊的复合结构管，不但能快速导热，也没有一般普通热管会因为使用方向与倾斜或倒置而造成效能降低的问题，在散热模块使用上并无方向性的限制，大大提升各种设计方案的便利性与稳定性。一般的导热管有沟槽管（Groove），和铜粉管（powder），而本实施例的复合结构管是铜粉管+绒毛结构管（powder+mesh）的复合结构。一般沟槽管沟槽管（Groove）和和铜粉管（powder）两种制造方式，都会有方向性也就是说会因为摆放0~360°不同会有不同的散热效果，为了解决这种问题，本实施例采用铜粉管+绒毛结构管（powder+mesh）的复合结构热管，这样就解决了方向性的问题。
在一些实施例中，
所述风扇为EC风扇，其转动轴心采用滚珠轴承，其外框与叶片采用工业塑料材质。EC（Electronically Commutated）风扇是将AC（交流）与DC（直流）两种内部与外部电路与结构截然不同的两种风扇形式作整合设计的一种风扇。本实施例的EC风扇，采取超长长寿命滚珠轴承当风扇转动轴心支撑，并藉由电路板与特殊IC（集成电路）与各种保护组件的匹配与设计，可做到直接输入90~260V的AC，风扇有类似DC风扇的输出效果，风扇转数可以做到是一般AC 风扇的两倍以上。而风扇的外框与叶片都是工业塑料材质例如PET（聚对苯二甲酸乙二酯）或PBT（聚对苯二甲酸丁二酯），可以做到绝缘，不像AC风扇的框与叶都是金属材料不易做到高压绝缘。
在一些实施例中，
所述铝合金基座和所述导热管，所述铝合金基座和所述铝鳍片模块，以及所述导热管和所述铝鳍片模块，相互之间通过焊接方式连接在一起。
可选的，所述装置的外部尺寸不大于300x160x61mm。
本实施例中，可选的，散热装置的相关模块除了风扇外，其他零件都通过焊接制程牢牢紧贴，在300x160x61mm的总尺寸下可轻轻松松达成1000W热量散热，因此能让UVLED光源稳定保持在灯板温度45~50度无光衰状况下正常持续运作，大大增加机台寿命。
本实施例的散热装置采用模块化设计，跟进制程传送带或被固化材料的尺寸需要，可以通过多个模块的连接组合，做到无限的固化宽度。同时通过智能控制模块，可对整个系统继续状态监控和控制。
本实施例的散热装置具有以下优点：
先进性：体积小，重量轻，风扇适应电压范围广，转速高，散热效果好。
重要性：高效率气冷式散热装置，扩宽了UVLED固化的应用范围。
LED（Light Emitting Diode，发光二极管）的应用存在的三大成本，一是LED光源，二是驱动电源，三是散热器。过去成本占比最大的是LED光源，随着LED技术的提升， LED光源在整个LED应用中的成本占比越来越小，反而是驱动电源和散热器的成本一直居高不下；特别是，散热器的散热效果和技术限制了LED整体的应用发展，成本占比也越来越高。
相对LED整体的应用推广，LED光源和驱动电源的技术发展，要远远快与散热器的技术发展；而如果把LED的应用这个整体比作木桶，则，散热器就是那个木桶的短板。特别是在UVLED这个领域，散热的要求更高，由于散热量大，目前行业内几乎还是以水冷，压缩机制冷的方式散热；但是带来的缺点是，小功率不能满足应用要求，大功率需要水冷，而水冷会产生水汽，不能应用于高精密、对湿度要求高的电子行业。
本发明实施例采用的散热装置具有以下优点：
与UVLED领域常用的水冷式散热器相比，本发明散热装置为气冷式散热器，体积更小，重量更轻，成本更低，可安装到有空间限制的制程设备上面，有利于设备小型化；
通过特殊的结构设计，在铝合金基座和铝鳍片模块之间设置嵌入铝合金基座的凹槽内的导热管，使得散热装置的散热效果更好，散热速度更快，能够保证UVLED处在较低的工作温度，保证UVLED的使用寿命；
本发明气冷式散热装置不会产生水汽，可应用于高精密、对湿度要求高的电子行业，从而解决特殊领域如光盘固化、电子、薄膜电路绝缘保护固化等避免水冷式结构带来的潮湿环境的弊端，扩宽了UVLED固化的应用范围。
其次，对柱面型光学系统进行说明：
请参考图6至10，是本发明一些实施例中柱面型光学系统20的结构图。
所述柱面型光学系统20可包括：左右两个支架21，安装于两个支架21之间的柱面型光学透镜导光板22，以及安装于所述两个支架两端的挡板23；
可选的，所述两个支架21直接安装在所述散热装置10的底部，或者，如图10所示，也可以分别通过一个中间件24安装在所述散热装置10的底部；
可选的，所述支架21上设有用于安装柱面型光学透镜导光板22的长槽。
所述柱面型光学透镜导光板22与所述散热装置10之间构成一容纳空间25，所述UVLED光源模组30位于所述容纳空间25内。
可选的，如图8a所示，所述柱面型光学透镜导光板22面向所述UVLED光源模组的第一面具有位于中间的凹槽221和位于两边的两个斜面222，与所述第一面相对的第二面具有三个连续的半圆柱面223。所述凹槽221与中间的半圆柱面223相对共同构成一个透镜结构，所述两个斜面222分别与两边的两个半圆柱面223相对构成两个透镜结构，以上三个透镜结构用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，以作用在被固化物品上。
可选的，如图8b所示，所述柱面型光学透镜导光板22的第一面也可以是平面，不设凹槽和斜面；第二面三个连续的半圆柱面，构成三个透镜结构，用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带。
通过以上三个透镜结构进行高聚光汇聚，汇聚成的光带功率大，可以实现更好的固化效果。
再次，对UVLED光源模组进行说明：
如图11所示，一些实施例中，UVLED光源模组30具体可以采用UVLED光源灯板的形式。UVLED光源灯板上可阵列有多个UVLED31，边缘处设有输入输出端子LED+/LED-，以及用于安装固定的安装孔32。UVLED光源模组可采用各种常见的结构，本文中不再赘述。
最后，请参考图12，是本发明一个实施例提供的一种UVLED固化装置的结构图，该装置可包括如上所述的UVLED光源模组30和散热装置10以及柱面型光学系统20。其中，所述UVLED光源模组30安装于所述散热装置10的底部，所述柱面型光学系统20安装于所述散热装置10和所述UVLED光源模组30的下方，且所述UVLED光源模组30位于所述散热装置10和所述柱面型光学系统20之间；所述柱面型光学系统20用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上；所述散热装置10为气冷式散热装置，用于对所述UVLED光源模组进行散热，所述散热装置10包括：铝合金基座11，设置在所述铝合金基座11上的铝鳍片模块12，以及设置在所述铝鳍片模块12上的风扇14，所述铝合金基座11和所述铝鳍片模块14之间嵌入有多根导热管13。
可选的，该UVLED固化装置还可以包括：
用于填充氮气对被固化物品进行保护的氮气环绕保护系统；以及，
用于将所述被固化物品周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品的反射光学系统。
可选的，所述氮气环绕保护系统包括紫外光线透过率95%以上的石英管和氮气排放系统，所述被固化物品从所述石英管中穿入且穿过，所述氮气排放系统控制氮气从所述石英管的一端充入并从另一端排出，制造出无氧环境。
可选的，所述反射光学系统包括紫外光线反光率95%以上的U型反光面，所述石英管位于所述光学平行汇聚系统和所述反射光学系统之间，所述被固化物品周围分散的紫外光线经所述U型反光面反射汇聚于所述被固化物品。
如上所述， UVLED固化装置主要由高聚光柱面型光学系统、UVLED光源模组、高效气冷式散热系统散热组块构成。另外，可选配系统：氮气环绕保护系统和/或紫外光高强度反射光学系统。
本发明实施例的高聚光柱面型光学系统，可以在不改变光源的情况下，大幅提高照射光强，提高固化效率。
在一次测试中，如图13a所示的测试结果，UVLED固化装置中加入高聚光柱面型光学系统前，30mm处光强值约为1.8；如图13b所示的测试结果，UVLED固化装置中加入高聚光柱面型光学系统后，30mm处光强值约为3.6；提升一倍。
在另一次测试中，如图14a所示的测试结果，UVLED固化装置中加入高聚光柱面型光学系统前，70mm处光强值约为0.85；如图14b所示的测试结果，UVLED固化装置中加入高聚光柱面型光学系统后，70mm处光强值约为2.5；提升二倍。
本发明与以往技术相比的有益效果主要体现在几方面：
1.先进性：本发明的研发走在行业前列，研制的UVLED不仅相较传统UV汞灯拥有优势，还具备目前市场上产品所没有的智能控制和智能监测系统：例如温控系统、计时系统、报警系统、节能系统、可调功率系统等，可使设备的使用寿命增长，生产线错误降低，生产成本降低。
2.重要性：高效率气冷式散热智能UVLED固化系统及装置关键技术研发项目的研究对于产业链深圳市内外上下游企业具有一定带动作用，对于深圳市UVLED产业的发展，对于深圳市及全国节能减排和环境保护具有重要性。
目前深圳市乃至国内在UVLED的固化领域主要应用在低端的、小型的固化设备，如美甲固化，一般的印刷固化；对高速，每分钟固化上千米的固化速度，国内市场则处于起步阶段。
本发明的设备主要应用于印刷、光通讯、薄膜电路、涂料、油墨、半导体产业与平板显示器等高端LED应用领域，将在国内形成重大突破，在技术上的突破有助于降低设备的成本，对于提高相关企业生产效率、节约成本有着重要意义。
UVLED的先进性不言而喻，而在环保节能方面的贡献更是颇为突出。本发明在固化能耗降低85%以上，并由于其在材料选用等方面的技术创新和工艺创新有望大幅降低设备成本，有助于大面积在国内推广，从而加速传统汞灯替代的进程，这对于我国VOCs减排、节能环保事业而言具有重要性。
3.必要性：项目的建设有助于促进LED产业持续发展，有助于促进节能环保事业的发展。
4.可行性：研发实力和创新能力是项目可行性的基石，项目技术从拟解决关键问题、采用技术方法、技术路线和技术原理合理可行，随着国家对VOCs排放的监管越来越严，UVLED等取代UV汞灯势在必行，所以项目从技术、基础和市场而言是可行的。
5.经济效益：基于下游行业的需求和项目技术的先进性，预计投入市场后将取得良好的经济效益。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种UVLED固化装置，其特征在于，包括：
UVLED光源模组和散热装置以及柱面型光学系统；
所述UVLED光源模组安装于所述散热装置的底部，所述柱面型光学系统安装于所述散热装置和所述UVLED光源模组的下方，且所述UVLED光源模组位于所述散热装置和所述柱面型光学系统之间；
所述柱面型光学系统用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上；
所述散热装置为气冷式散热装置，用于对所述UVLED光源模组进行散热，所述散热装置包括：铝合金基座，设置在所述铝合金基座上的铝鳍片模块，以及设置在所述铝鳍片模块上的风扇，所述铝合金基座和所述铝鳍片模块之间设置有多根导热管。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述柱面型光学系统包括：左右两个支架，安装于两个支架之间的柱面型光学透镜导光板，以及安装于所述两个支架两端的挡板；所述两个支架直接或者分别通过中间件安装在所述散热装置的底部，所述柱面型光学透镜导光板与所述散热装置之间构成一容纳空间，所述UVLED光源模组位于所述容纳空间内。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述柱面型光学透镜导光板面向所述UVLED光源模组的第一面具有位于中间的凹槽和位于两边的两个斜面，与所述第一面相对的第二面具有三个连续的半圆柱面，所述凹槽与中间的半圆柱面相对共同构成一个透镜结构，所述两个斜面分别与两边的两个半圆柱面相对构成两个透镜结构，三个透镜结构用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
所述柱面型光学透镜导光板面向所述UVLED光源模组的第一面为平面，与所述第一面相对的第二面具有三个连续的半圆柱面，构成三个透镜结构，用于将所述UVLED光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
用于填充氮气对被固化物品进行保护的氮气环绕保护系统；以及，
用于将所述被固化物品周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品的反射光学系统。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述铝合金基座上开设有多条凹槽，所述多根导热管分别嵌入所述多条凹槽内，所述铝鳍片模块的底部与所述多根导热管接触；所述多根导热管平行设置，且与所述铝鳍片模块的鳍片垂直。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述铝合金基座上的所述多条凹槽采用非对称的排列方式布设，所述非对称的排列方式包括：所述多条凹槽的排布间距是非等分的，根据安装在所述铝合金基座上的热源部件确定。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述导热管为铜粉管和绒毛结构管复合而成的复合结构管。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述铝合金基座和所述导热管，所述铝合金基座和所述铝鳍片模块，以及所述导热管和所述铝鳍片模块，相互之间通过焊接方式连接在一起。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述风扇为EC风扇，其转动轴心采用滚珠轴承，其外框与叶片采用工业塑料材质。
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