单张纸喷码机UV固化系统优化改造

张孟松

我公司于2010年底订购了一台单张纸喷码机，该设备可在纸张、塑料等材料上进行可变信息码的印刷，主要用于药包、烟包等产品上药监码、二维码的喷印。在喷墨印刷过程中，该设备可以根据产品要求进行大墨量、中墨量及小墨量3种供墨方式的选择。喷头的最高速度可达120m/min，但UV固化速度最快仅能达到40m/ min，且设备在运行过程中还存在以下问题：

（1）UV固化系统每次启动时间需要30分钟左右，且每次停机重新启动后等待的时间都比较长，从而严重影响了生产效率。

（2）侧规检测系统发出报警后，固化速度会自动降至25m/min，此时经过UV固化系统的纸张会发生变形，严重时甚至会起火。而且，在正常生产过程中，UV固化系统的温度偏高，极易导致纸张发生严重变形。

（3）单张纸喷码机的运行速度达到30m/min时，需要将UV固化系统的功率调节为90%，否则一旦设备的运行速度达到40m/min以上，产品就会发生严重的背面粘脏现象，并且固化效果也不好。

针对上述问题，我公司成立了项目小组，专门负责对单张纸喷码机的UV固化系统进行优化改造。考虑到喷头最快速度可达120m/min，结合目前国内UV设备现状，通过改变UV灯管的方式，初步将满足80m/min的固化速度设定为目标。

UV固化系统概况

我公司这台单张纸喷码机的UV固化系统主要由灯盘、UV灯管及冷却系统等部件组成，灯盘和灯罩均采用铝合金材料制作而成，反光片则采用铝型材。灯盘长度为1150mm，在固化部位加装了灯盘调节滑轨，便于调节灯盘的位置，灯盘通过锁紧螺丝进行固定。

该UV固化系统使用的UV灯管为金属卤素灯，波长为365nm；UV灯管长度为1060mm，其有效发光长度为1000mm，能量密度为160W/cm3，功率为18kW；UV灯管可进行50%、75%、100%三档功率调节，可以根据纸张的固化程度来设定UV灯管的功率。UV灯管距离设备平台的高度为90mm，采用灯光垂直于走纸方向的横向放置方式，保证纸张在走纸过程中受热均匀，减少纸张变形程度，同时降低对后道生产工序的影响。

冷却系统采用水冷加风冷的双重冷却方式，由专门进行水循环的水冷柜、水塔以及2个功率为1.5kW的真空泵组成。

改造前测试

在对UV固化系统进行改造之前，工作人员进行了一些相关测试，主要测试在不同固化速度下，纸张吸收紫外光能量的变化情况以及在3种供墨量工作状态下的固化效果，测试结果如表1所示。

固化速度在30m/min时，纸张吸收的紫外光能量为285mJ/cm2，大墨量、中墨量和小墨量工作状态下均能固化；固化速度在50m/min时，纸张吸收的紫外光能量为210mJ/cm2，只有小墨量工作状态下才能够固化，但也只能达到表面固化的效果；固化速度在70m/min时，纸张吸收的紫外光能量为155mJ/cm2，大墨量、中墨量和小墨量工作状态下均不能固化，不能满足生产要求。

实施改造

结合改造前测试结果，对UV固化系统实施的具体改造如下。

（1）对灯盘进行改造，UV灯管的安装方向由原来的横向改为与走纸方向平行，将两支UV灯管改为与每个喷头相对应的八支UV灯管，改造效果如图1所示。另外，还有一些具体改造如下：UV灯箱长度改为550mm，UV灯管由金属卤素灯改为高压汞灯，并将波长由原来的365nm改为380nm，UV灯管长度为400mm，灯管有效发光长度为300mm，UV灯管能量密度不变，仍为160W/cm3，UV灯管功率为4.8kW；在灯盘内加装铝型材反光片，便于紫外光的反射和红外光的吸收。

（2）为每一个灯盘加装轴流风机进行散热，同样采用水冷加风冷的双重冷却方式。改造前，外接的水塔摆放在室外，会因为起脏和掉入蚊虫而堵塞管道，将其改造为内循环水冷却方式，既能够保证更好的冷却效果，又能减少清洗频率，避免因通风散热效果不好而引起二次启动时间过长的问题，同时也可减小UV灯管的变形程度，提高其使用寿命。

（3）缩小UV灯管与产品之间的距离，能够有效提高紫外光能量的吸收。经过分析，适当降低灯盘高度不会对走纸产生影响，故将灯盘高度由原来的 90mm降为70mm。

（4）在输纸平台上加装水冷循环系统，解决产品通过后因局部受热而发生的纸张变形问题。

改造后测试

通过以上改造，再次进行试机测试，纸张吸收紫外光能量的变化情况以及在三种供墨量工作状态下的固化效果如表2所示。

通过测试发现，对灯盘、反光片以及灯盘高度等进行改造后，固化效果得到了很大提升，固化速度为30m/ min和50m/min时，纸张吸收的紫外光能量分别为512mJ/cm2和347mJ/cm2，所有供墨量工作状态下均能固化；速度在70m/min和80m/min时，纸张吸收的紫外光能量分别为265mJ/cm2和225mJ/cm2，小墨量、中墨量工作状态下能固化，大墨量工作状态下不能彻底固化。总体来看，固化效果相比改造前有了很大程度的改观。考虑到实际生产过程中，基本上不使用大墨量工作状态，因此，在80m/min的固化速度下，UV固化系统能够满足生产要求。

通过对单张纸喷码机UV固化系统进行改造，大大提高了我公司的生产效率，缓解了生产压力，有效降低了生产成本。endprint