單張紙噴碼機(jī)UV固化系統(tǒng)優(yōu)化改造

張孟松

我公司于2010年底訂購(gòu)了一臺(tái)單張紙噴碼機(jī)，該設(shè)備可在紙張、塑料等材料上進(jìn)行可變信息碼的印刷，主要用于藥包、煙包等產(chǎn)品上藥監(jiān)碼、二維碼的噴印。在噴墨印刷過程中，該設(shè)備可以根據(jù)產(chǎn)品要求進(jìn)行大墨量、中墨量及小墨量3種供墨方式的選擇。噴頭的最高速度可達(dá)120m/min，但UV固化速度最快僅能達(dá)到40m/ min，且設(shè)備在運(yùn)行過程中還存在以下問題：

（1）UV固化系統(tǒng)每次啟動(dòng)時(shí)間需要30分鐘左右，且每次停機(jī)重新啟動(dòng)后等待的時(shí)間都比較長(zhǎng)，從而嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。

（2）側(cè)規(guī)檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警后，固化速度會(huì)自動(dòng)降至25m/min，此時(shí)經(jīng)過UV固化系統(tǒng)的紙張會(huì)發(fā)生變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸹稹６?，在正常生產(chǎn)過程中，UV固化系統(tǒng)的溫度偏高，極易導(dǎo)致紙張發(fā)生嚴(yán)重變形。

（3）單張紙噴碼機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到30m/min時(shí)，需要將UV固化系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)為90%，否則一旦設(shè)備的運(yùn)行速度達(dá)到40m/min以上，產(chǎn)品就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的背面粘臟現(xiàn)象，并且固化效果也不好。

針對(duì)上述問題，我公司成立了項(xiàng)目小組，專門負(fù)責(zé)對(duì)單張紙噴碼機(jī)的UV固化系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造?？紤]到噴頭最快速度可達(dá)120m/min，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)UV設(shè)備現(xiàn)狀，通過改變UV燈管的方式，初步將滿足80m/min的固化速度設(shè)定為目標(biāo)。

UV固化系統(tǒng)概況

我公司這臺(tái)單張紙噴碼機(jī)的UV固化系統(tǒng)主要由燈盤、UV燈管及冷卻系統(tǒng)等部件組成，燈盤和燈罩均采用鋁合金材料制作而成，反光片則采用鋁型材。燈盤長(zhǎng)度為1150mm，在固化部位加裝了燈盤調(diào)節(jié)滑軌，便于調(diào)節(jié)燈盤的位置，燈盤通過鎖緊螺絲進(jìn)行固定。

該UV固化系統(tǒng)使用的UV燈管為金屬鹵素?zé)簦ㄩL(zhǎng)為365nm；UV燈管長(zhǎng)度為1060mm，其有效發(fā)光長(zhǎng)度為1000mm，能量密度為160W/cm3，功率為18kW；UV燈管可進(jìn)行50%、75%、100%三檔功率調(diào)節(jié)，可以根據(jù)紙張的固化程度來(lái)設(shè)定UV燈管的功率。UV燈管距離設(shè)備平臺(tái)的高度為90mm，采用燈光垂直于走紙方向的橫向放置方式，保證紙張?jiān)谧呒堖^程中受熱均勻，減少紙張變形程度，同時(shí)降低對(duì)后道生產(chǎn)工序的影響。

冷卻系統(tǒng)采用水冷加風(fēng)冷的雙重冷卻方式，由專門進(jìn)行水循環(huán)的水冷柜、水塔以及2個(gè)功率為1.5kW的真空泵組成。

改造前測(cè)試

在對(duì)UV固化系統(tǒng)進(jìn)行改造之前，工作人員進(jìn)行了一些相關(guān)測(cè)試，主要測(cè)試在不同固化速度下，紙張吸收紫外光能量的變化情況以及在3種供墨量工作狀態(tài)下的固化效果，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

固化速度在30m/min時(shí)，紙張吸收的紫外光能量為285mJ/cm2，大墨量、中墨量和小墨量工作狀態(tài)下均能固化；固化速度在50m/min時(shí)，紙張吸收的紫外光能量為210mJ/cm2，只有小墨量工作狀態(tài)下才能夠固化，但也只能達(dá)到表面固化的效果；固化速度在70m/min時(shí)，紙張吸收的紫外光能量為155mJ/cm2，大墨量、中墨量和小墨量工作狀態(tài)下均不能固化，不能滿足生產(chǎn)要求。

實(shí)施改造

結(jié)合改造前測(cè)試結(jié)果，對(duì)UV固化系統(tǒng)實(shí)施的具體改造如下。

（1）對(duì)燈盤進(jìn)行改造，UV燈管的安裝方向由原來(lái)的橫向改為與走紙方向平行，將兩支UV燈管改為與每個(gè)噴頭相對(duì)應(yīng)的八支UV燈管，改造效果如圖1所示。另外，還有一些具體改造如下：UV燈箱長(zhǎng)度改為550mm，UV燈管由金屬鹵素?zé)舾臑楦邏汗療簦⒉ㄩL(zhǎng)由原來(lái)的365nm改為380nm，UV燈管長(zhǎng)度為400mm，燈管有效發(fā)光長(zhǎng)度為300mm，UV燈管能量密度不變，仍為160W/cm3，UV燈管功率為4.8kW；在燈盤內(nèi)加裝鋁型材反光片，便于紫外光的反射和紅外光的吸收。

（2）為每一個(gè)燈盤加裝軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，同樣采用水冷加風(fēng)冷的雙重冷卻方式。改造前，外接的水塔擺放在室外，會(huì)因?yàn)槠鹋K和掉入蚊蟲而堵塞管道，將其改造為內(nèi)循環(huán)水冷卻方式，既能夠保證更好的冷卻效果，又能減少清洗頻率，避免因通風(fēng)散熱效果不好而引起二次啟動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)的問題，同時(shí)也可減小UV燈管的變形程度，提高其使用壽命。

（3）縮小UV燈管與產(chǎn)品之間的距離，能夠有效提高紫外光能量的吸收。經(jīng)過分析，適當(dāng)降低燈盤高度不會(huì)對(duì)走紙產(chǎn)生影響，故將燈盤高度由原來(lái)的 90mm降為70mm。

（4）在輸紙平臺(tái)上加裝水冷循環(huán)系統(tǒng)，解決產(chǎn)品通過后因局部受熱而發(fā)生的紙張變形問題。

改造后測(cè)試

通過以上改造，再次進(jìn)行試機(jī)測(cè)試，紙張吸收紫外光能量的變化情況以及在三種供墨量工作狀態(tài)下的固化效果如表2所示。

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，對(duì)燈盤、反光片以及燈盤高度等進(jìn)行改造后，固化效果得到了很大提升，固化速度為30m/ min和50m/min時(shí)，紙張吸收的紫外光能量分別為512mJ/cm2和347mJ/cm2，所有供墨量工作狀態(tài)下均能固化；速度在70m/min和80m/min時(shí)，紙張吸收的紫外光能量分別為265mJ/cm2和225mJ/cm2，小墨量、中墨量工作狀態(tài)下能固化，大墨量工作狀態(tài)下不能徹底固化。總體來(lái)看，固化效果相比改造前有了很大程度的改觀。考慮到實(shí)際生產(chǎn)過程中，基本上不使用大墨量工作狀態(tài)，因此，在80m/min的固化速度下，UV固化系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)要求。

通過對(duì)單張紙噴碼機(jī)UV固化系統(tǒng)進(jìn)行改造，大大提高了我公司的生產(chǎn)效率，緩解了生產(chǎn)壓力，有效降低了生產(chǎn)成本。endprint