Phoseon SLM UV光源连接到机械臂上，可灵活地固化汽车表面。
汽车用紫外线固化涂料一直是人们期待已久但发展缓慢的领域。虽然许多人指出了开发a级、高性能、耐候性配方的挑战，但汽车涂料领域的主要参与者意识到，设备开发将需要在汽车制造商采用UV固化方面发挥至关重要的作用。
福特汽车公司的Mark Nichols表示:“使用高功率紫外线辐射源进行快速固化的传统固化方法给汽车行业带来了许多问题....低成本，制造友好，缓慢固化系统…如果紫外线固化透明涂料要在汽车工业中大规模使用，就必须开发这种涂料。”
基于发光二极管(LED)技术的固态UV光源可能会为汽车制造商提供一种新工具，以克服传统大功率光源的一些担忧和限制。
回顾过去，展望未来
直到最近，几乎所有用于UV固化的工业应用都使用同一类型的UV源-中压汞灯。这项技术使用高压电极(所谓的“电弧”灯)或微波来激发封装在石英管中的少量汞(有时与其他添加剂混合)。当能量被施加到汞上时，汞会发出典型汞光谱中的紫外线。在过去的几十年里，化学家开发了光敏材料(光引发剂)，与这些汞灯发出的紫外光反应，以驱动涂料和粘合剂的紫外光固化。但正如你可能已经注意到，手电筒、交通灯和尾灯中的传统灯泡逐渐被发光二极管取代，另一种新的固态照明技术在过去五年中迅速发展。这项技术使用半导体器件产生紫外线能量，有望在工业紫外线固化领域发生革命性的变化。
高功率半导体光源阵列现在被商业上用于生产平面艺术、工业和汽车应用中的紫外线固化产品。这些新型半导体光矩阵(SLMs)具有许多吸引人的特性，包括纯光谱输出、随时间输出稳定性、形状灵活性、表面均匀性、减少热产生和污垢污染以及环境效益。
汞弧灯的典型紫外光谱。
纯光谱输出
SLMs和水银灯之间最显著的区别是固态光源产生的光的光谱输出范围很窄。中压汞灯产生广泛的输出，从非常短的波长UV (< 200nm)延伸到长波红外热光谱甚至更远。图1显示了这些灯的广泛发射范围，紫外线发射只是水银灯结合可见光和热量产生的总输出的一小部分。
相比之下，SLMs是非常窄的带宽设备，其单色输出类似激光。图2显示了使用光谱辐射计在不同目标距离上测量的商用固态UV源的实际发射光谱。输出以半纳米薄片测量。
输出是一个单峰，位于一个非常窄的波长带(在半功率肩处<15 nm宽)。大多数工业固态光源工作在390-400 nm区域，因为现有的技术和成本/功率的权衡转移到更短的波长器件。此外，390-400 nm具有一些优点，即波长特别安全，并且不受许多流行添加剂的干扰。
SLM技术的潜力在于，化学家可以创建一个非常高效的光和化学系统，其中光引发剂和光源很好地匹配，并且在产生不用于固化的波长时浪费的能量很少。
随时间的输出稳定性
固态紫外线发射器与其他常见的半导体器件有一个共同的基本特征——它们似乎永远持续。量化紫外线源的寿命是一个移动的目标。传统灯具的生产时间通常为1000到8000小时(取决于各种因素)。但通常灯的能量会随着时间的推移而减弱，所以当灯仍在工作时，它产生的紫外线输出比启动时要少。这种退化受到开/关循环次数、功率、掺杂、镇流器设计等的影响。
固态UV设备不受这些变量的影响。UV slm的寿命似乎不受打开和关闭光源的影响。影响固态光源寿命的主要因素——半导体结的适当冷却——不是工艺依赖的，而是由SLM UV光系统本身的设计决定的。
图3显示了固体UV光源运行超过14000小时而没有任何明显退化迹象的实际测量输出数据。
固态紫外光源的发射光谱。福特汽车公司提供。
形成的因素
如前所述，UV SLMs是由大量几乎微观的发射器组成的矩阵阵列。这些矩阵在形状或大小上没有固有的限制;理论上，任何形状或大小的数组都可以构造。一个几米长的光条，一个甜甜圈形状的光源，或者一个只有毫米宽的光源都是同样可以实现的。与使用标准的、模块化的形状阵列相比，其限制在于制造定制形状的成本。单个数组可以定位在任何方向，并将产生统一的输出。SLM技术的灵活性和可扩展性允许为几乎任何物理固化任务构建阵列，而不会浪费或效率低下。
SLMs可以获得各种尺寸和形状，以固化二维和三维零件。使用模块化阵列，大型表面也可以被多个光源“无缝”照射。slm可能会相互碰撞，几乎没有任何边缘效果。
表面均匀性
与形式因素和输出一致性的结合有关的一个特征是大型固态阵列产生的光的一般二维均匀性。这种高度的均匀性，与计算机显示器和电视屏幕中使用的半导体光源一致，使得SLMs对于需要均匀UV光来保持光泽度控制或需要完全覆盖边缘的应用具有吸引力。在汽车领域，这转化为外部涂层表面高度一致的颜色和光泽控制。
固态UV光源的功率输出与时间的关系。
减少热量产生和污垢污染
汞紫外光源的输出光谱的插图(图1)表明，大量的热量是由传统的紫外灯产生的。汞灯中的等离子体温度极高(6000ºC)，石英灯的温度高达900ºC。这些灯的制造商已经开发了一系列创造性的技术来减少这种热量的影响，例如使用冷却空气。然而，冷却空气会引起污垢污染的担忧，这是汽车制造商的一个重大担忧。使用二向色材料和石英石板的“冷反射器”是另一种减轻热积聚的方法。固态UV光源发出的热量只是传统灯具的一小部分(见图4)。这些热量主要产生于单个半导体器件本身的表面安装点，并可以通过导热基板传导到SLM模块的“背面”。阵列的发射极表面不需要冷却空气，这使得SLM器件在保持调节环境以避免污染或其他处理原因非常重要时成为理想的选择。
环境、健康和安全效益
传统来源的广泛光谱包括辐射，从导致产生臭氧的短波紫外线，到引起与热有关的问题的红外和对流热波长。slm在相对安全的390 nm(可见光)区域的狭窄输出消除了与这些其他波长相关的担忧。SLMs不会产生臭氧，正如上文所述，从源表面辐射的热量很少或没有。
此外，尽管与其他设备相比，汞灯本身使用的汞量很少，但汞灯可能会成为影响全球含汞设备的全面环境改革的受害者。由于担心汞对健康的长期影响，监管机构严格限制任何含汞设备的制造、运输、处置和使用，无论风险有多小。改用SLMs可以保护公司免受未来减少汞使用的举措的影响。
将典型汞灯与等效强度的SLM阵列进行比较，分析其随时间产生的热量。
新兴应用程序
由于SLM技术为高效、安全且可能更便宜的固化手段提供了基础，基于SLM的设备的早期采用正在进行中。一些汽车涂料和密封剂——包括UV固化涂料和粘合剂材料——已经在用SLM源固化，效果良好。SLMs可以有利于汽车车身固化，因为它没有通常与紫外线源相关的热量和流动空气。这种设计允许灯放置在接近表面，而不用担心热损坏或污垢污染。
装有SLM紫外线光源的机器人(见第23页)可用于治疗复杂的身体部位，因为光源既安全又轻便。该阵列可以放置在距离涂漆表面不到一英寸的地方，优化光源的峰值辐照度，以更快、更有效地固化。
随着化学家们继续研究新材料，slm在汽车固化过程中的应用应该会急剧增加。这样的应用将打开新的市场，释放UV固化的潜力。
欲了解更多信息，请致电(503)439-6446或info@phoseon.com，或访问www.phoseon.com。
有关本文转载的信息，请联系Jill DeVries devriesj@bnpmedia.com ．
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