UV-LED-Flächenhärtung

Bei der Flächenhärtung wird eine ganze Fläche auf einmal bestrahlt. Statt einzelnen Klebestellen zu folgen, deckt eine Flächenlichtquelle ein komplettes Teil, ein Tray mit Teilen oder eine beschichtete Platte ab und härtet alles in ihrem Feld in einer einzigen Belichtung. Sie ist das Verfahren der Wahl für Chargen, größere Klebeflächen und Beschichtungen auf stehenden Teilen und die Grundlage von UV-Härtungsöfen und vielen Förderbandanlagen.

So funktioniert es

Eine Flächenlichtquelle ist ein Array aus UV-LEDs hinter einem Schutzfenster, gekühlt durch Lüfter oder Wasser. Eine Steuerung legt Leistung und Belichtungszeit fest und startet die Belichtung per Taster, Fußschalter, Sensor oder SPS.

Das Teil wird in einem definierten Abstand unter der Quelle platziert, meist in einer Vorrichtung oder auf einem Förderband. Jeder Punkt im Feld erhält gleichzeitig Licht, sodass das ganze Teil gemeinsam aushärtet. Viele Quellen lassen sich dimmen und abschnittsweise schalten, sodass sich die Belichtung an unterschiedliche Teile anpassen lässt.

Bestrahlungsstärke, Homogenität und Arbeitsabstand

Eine Flächenquelle muss ihre Leistung über ein großes Feld verteilen. Ihre Spitzenbestrahlungsstärke ist daher niedriger als die eines fokussierten Punkthärtungskopfes und sinkt mit wachsender Emissionsfläche. Kleine, kompakte Köpfe erreichen die höchsten Werte; große lüftergekühlte Panels liefern weniger pro Quadratzentimeter; Wasserkühlung ermöglicht deutlich mehr Leistung auf derselben Fläche.

Bei der Flächenhärtung ist die Homogenität ebenso wichtig wie die Spitzenbestrahlungsstärke. Nahe am Fenster können die einzelnen LEDs ein Muster aus helleren und dunkleren Flecken erzeugen. Etwas weiter entfernt überlagert sich das Licht benachbarter LEDs, und das Feld wird gleichmäßiger, die Bestrahlungsstärke sinkt jedoch. Flächenquellen werden üblicherweise bei einem Arbeitsabstand von etwa 10 mm spezifiziert.

Zu den Rändern des Felds hin nimmt die Bestrahlungsstärke ebenfalls ab. Wählen Sie eine Emissionsfläche, die größer ist als das Teil, damit auch dessen Ecken und Kanten genügend Licht erhalten.

Bestrahlungsstärke und Dosis

• Bestrahlungsstärke (mW/cm²) ist die UV-Leistung, die pro Flächeneinheit auf der Oberfläche ankommt.
• Dosis (mJ/cm²) ist die Bestrahlungsstärke multipliziert mit der Belichtungszeit. So ergeben zum Beispiel 1.500 mW/cm² über 2 s eine Dosis von 3.000 mJ/cm².

Das Materialdatenblatt nennt die Dosis und meist eine minimale Bestrahlungsstärke. Bei einer stehenden Flächenbelichtung lässt sich die Dosis leicht steuern: Stellen Sie die Zeit an der Steuerung ein. Ist die Bestrahlungsstärke zu niedrig, kann auch eine längere Belichtung eine klebrige Oberfläche hinterlassen, weil Sauerstoff die Härtung an der Oberfläche hemmt. Dann helfen eine leistungsstärkere Quelle, ein kürzerer Arbeitsabstand oder eine LED-optimierte Formulierung.

Messen Sie die Bestrahlungsstärke beim Einrichten des Prozesses mit einem UV Radiometer über das gesamte Feld, nicht nur in der Mitte.

Wellenlänge

Flächenquellen sind mit 365, 385, 395 und 405 nm erhältlich. Verwenden Sie die Wellenlänge, für die Ihr Klebstoff oder Ihre Beschichtung formuliert ist. Längere Wellenlängen dringen tiefer in dicke, gefüllte oder pigmentierte Schichten ein, während 365 nm zu vielen Universalklebstoffen und zu Formulierungen passt, die aus der Chemie für Quecksilberlampen abgeleitet sind.

Typische Anwendungen

• Härten von Trays mit Kleinteilen, etwa verklebten Elektronikbauteilen und Baugruppen von Medizinprodukten
• Beschichtungen und Klebstoffe auf Platten, Gehäusen, Glas und Holz im Bereich Beschichtungen und Klebstoffe
• Gekittete Linsen und kleine optische Baugruppen in der Optik
• Schutzlacke auf Leiterplatten in der Elektronik
• Farben und Lacke auf Bogen und breiten Bahnen im Druck
• Labormuster und Nachhärtung in einem UV Curing Oven

Grenzen

• Niedrigere Spitzenbestrahlungsstärke als bei der Punkthärtung. Müssen nur wenige kleine Stellen gehärtet werden, liefert ein Punkthärtungssystem mehr Bestrahlungsstärke bei geringerer Leistung.
• Sichtlinie. Hohe oder komplexe Teile werfen Schatten. Drehen Sie das Teil, ergänzen Sie Quellen aus anderen Richtungen oder verwenden Sie ein Dual-Cure-Material.
• Wärme großer Arrays. Die LEDs strahlen kein Infrarot ab, doch ein großes Hochleistungsarray erzeugt Wärme, die über Lüfter oder Wasserkühlung abgeführt werden muss, und absorbiertes UV erwärmt das Teil.
• Bedienerschutz. Eine offene Flächenquelle belichtet ein großes Feld. Schirmen Sie die Härtungszone ab oder verwenden Sie einen geschlossenen Ofen oder eine Förderbandanlage.
• Bewegte Produkte. Für Produkte, die kontinuierlich an der Lampe vorbeilaufen, ist eine schmale Linienquelle oder eine Förderbandanlage meist effizienter.

So spezifizieren Sie ein Flächenhärtungssystem

1. Teile- oder Traygröße plus Zugabe, um die Emissionsfläche festzulegen.
2. Erforderliche Dosis und minimale Bestrahlungsstärke aus dem Materialdatenblatt, aus denen sich Belichtungszeit und Leistungsklasse ergeben.
3. Wellenlänge aus dem Materialdatenblatt.
4. Arbeitsabstand und Homogenität, die über das Teil erforderlich sind.
5. Kühlung: Lüfterkühlung für die meisten Größen, Wasserkühlung für die höchste Bestrahlungsstärke.
6. Bauform: eine offene Quelle zur Integration in eine Maschine, ein Ofen für Chargen und Laborarbeit oder eine Förderbandanlage für die kontinuierliche Fertigung.
7. Steuerung: externe Triggerung, SPS- und RS232-Schnittstellen, Status- und Alarmausgänge sowie Belichtungsmodi.

Flächenhärtungssysteme von Awellcure

Die UV LED Area-Quellen von Awellcure reichen von 20 × 20 mm mit einer Spitzenbestrahlungsstärke von 5.000 mW/cm² bis zu lüftergekühlten Panels mit 400 × 400 mm und 250 × 600 mm. Wassergekühlte Quellen erreichen 6 bis 25 W/cm². Ihre Steuerungen starten die Belichtung über externe Signale, Fußschalter oder Sensor, bieten Statusausgänge für Start, Stopp, Betrieb und Alarm und lassen sich über RS232 programmieren. Dieselbe Technik steckt in geschlossenen UV Curing Ovens und UV Conveyor-Systemen.