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突破UV固化系统热能难题:邦沃的散热优化方案

发表日期:2024-06-24

在当今科技飞速发展的时代,UV固化系统逐渐成为众多领域中备受瞩目的一项高新技术。近日,REPORT OCEAN 公布了最新的有关 UV 固化系统的市场数据。据悉,2021 年全球 UV 固化系统市场规模已达36.4 亿美元。而从 2022 年至 2030年这一期间,预计全球紫外线固化系统市场将以18.9% 的复合年增长率持续增长,至 2030年,其规模有望达到令人瞩目的 172.4 亿美元。


UV固化,简而言之,是借助强紫外线辐射实现瞬间表面固化的先进技术。当前,这一领域大多采用新型的UVLED光源取代传统的汞灯。如此一来,不但能够显著提升光输出的稳定性和生产效率,而且还能有效防止臭氧污染,充分展现出高效、安全以及环保的显著优势。现阶段,UVLED固化技术已广泛应用于光通讯、光学、光电、医疗、新能源、汽车、工业、PCB 等多个行业,成为推动这些行业发展的重要力量。


然而,随着UVLED固化技术不断朝着高峰值辐照度和高能量密度的方向迈进,其在光电转换过程中产生的热能问题逐渐凸显,这已经严重影响到了 UVLED 照射头的性能、可靠性和使用寿命。因此,在追求更高辐射能的同时,积极开发与之相匹配的高效散热系统成为当务之急,唯有如此,才能确保大功率UV固化系统的稳定运行。


UV固化系统通常由光源系统、散热系统和控制系统共同构成。当设备通电后,UVLED 灯珠进行光电转换,从而发出紫外光线。但由于当前半导体发光二极管晶片技术存在一定的局限性,UVLED光电转换率仍有待提高。特别是在大功率LED灯珠进行光电转换时,竟有超过 60%的电能会转化为热能释放出来。此外,大功率系统是通过密集型 LED 阵列来实现的,这使得封装密度大幅增加,进而导致热密度和功耗处理的难度进一步加大。


热能无疑是导致 UVLED基板温度上升的关键因素。一旦温度过高,就会引发波长漂移、死灯以及辐射强度下降等问题,严重影响整个系统的核心工作部件——LED灯珠的输出稳定性和使用寿命。所以,在使用大功率 UVLED 光源固化产品时,对于散热系统的选择必须慎之又慎。


目前,在市场上针对UV固化机的散热方式主要有风冷和水冷两种。风冷散热装置相对简单,它是依靠 UV面光源照射头背部的风扇来实现散热的。其优点在于易于集成且成本较低,但散热效果存在一定的局限性。当常规 UV固化照射头辐照度小于 10W/cm²(部分 16W/cm²)时,通常会采用风冷模式。


与之相对,水冷散热则是通过外接水冷机,利用水冷机内部的水循环来降低LED灯的温度,主要由水泵、散热器和水箱等部件组成。这种方式能够迅速且有效地将芯片板上的热量传递出去,正因如此,高输出功率的uv固化机往往会选择水冷散热方式。此外,由于水冷省去了用于风冷灯上的风扇和灯泡内部的散热管、散热片等部件,使得 UVLED 照射头结构更加紧凑,同时还能保证光束的散射角度扩大到 360 度,从而显著提高固化效率。


不过,目前市面上的水冷系统大多使用铜管铝翅换热器,长期的水循环不可避免地会对管路造成不同程度的电化学腐蚀,最终给 UV光源带来损伤。而且,传统换热器结构存在换热性能偏低、体积笨重等缺陷,这也导致了水冷系统空间利用率低和功率损耗大等问题。


邦沃针对传统水冷散热系统存在的种种问题进行了深入优化,并根据不同的应用场景,提出了以下两种极具创新性的散热解决方案:其一,自主研发了基于小管径不锈钢换热器的超洁净水冷系统。该产品具备诸多优势,首先,与市面上常见的铜管铝翅产品不同,其换热管采用医用级316L不锈钢材质,具有极为出色的防腐蚀性能,能够有力地保障led光源照射头的工作稳定性及长期性能,引领着UV固化散热领域的深刻变革。其次,换热管内径低至3mm,使得体积能够减小 40%以上,不但能够满足UV光固行业对散热系统的小型化需求,还为产品配置的升级创造了有利条件。再者,相较于传统大管径,D3小管径能够有效减小管内流体层流效应。测试数据表明,较市场同类产品,其散热效率平均可提高 30%,不但可以延长 LED芯片的寿命,还能提高设备的工作效率和输出功率。


其二,针对具有更高散热需求的应用场景,公司推出了可实现超精温控的微型冷水机。其制冷量可达200W至1200W,在同等体积下换热效率能够提升30%,能够迅速排出芯片板上的热能,实现高效换热。并且,可实现超精温控,有力保证 LED光源的输出稳定性。同时,采用 D3 小管径换热器,大幅减小了冷水机的体积及重量,显著提高了空间利用率。此外,还采用高品质直流变频压缩机,能够大幅降低系统能耗。

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