Cómo elegir una lámpara UV

Longitud de onda, potencia, tamaño del punto, divergencia, uniformidad, guías de luz, vida útil, refrigeración: una fuente de luz UV tiene muchos parámetros. Algunos deben fijarse primero, otros deciden la precisión y otros determinan lo que le cuesta la fuente a lo largo de los años. Esta guía los aborda en el orden que funciona en la práctica.

Un proceso de curado UV satisfactorio se basa en tres elementos que deben encajar: el diseño de producto adecuado, la exposición adecuada y la química adecuada.

• Química: las resinas, los monómeros, los fotoiniciadores y los aditivos de la formulación, con qué intensidad absorben cada longitud de onda, con qué eficiencia esa luz inicia la reacción y qué espesor tiene la capa.
• Exposición: el espectro de la fuente de luz, su irradiancia, el tiempo de exposición y el calor que aporta a la pieza.
• Producto: el sustrato, cómo se aplica el material y en qué cantidad, la velocidad de línea y las propiedades que debe tener la pieza terminada, como dureza, brillo, resistencia al rayado o adherencia.

La fuente de luz es la parte de exposición de esa ecuación. Elíjala en este orden: longitud de onda, después potencia y luego superficie irradiada y geometría, y a continuación los demás detalles.

1. Longitud de onda: empiece por el material

El curado UV funciona porque un fotoiniciador del adhesivo, la tinta o el recubrimiento absorbe la luz a longitudes de onda concretas e inicia la reacción de reticulación. Si la fuente de luz no emite donde absorbe el fotoiniciador, el material no curará correctamente, por potente que sea la lámpara. Los adhesivos UV y las fotorresinas reaccionan a longitudes de onda fijas, así que compruebe ante todo la ficha técnica de su material.

El rango UV se divide en bandas con comportamientos distintos:

• UVA, de 315 a 400 nm: menor energía y la mayor penetración. La banda principal para el curado UV industrial y la exposición litográfica.
• UVB, de 280 a 315 nm: mayor energía, actúa en la superficie.
• UVC, de 200 a 280 nm: la mayor energía, utilizada para obtener superficies sin pegajosidad y para la desinfección.
• Violeta, de 395 a 445 nm: la transición a la luz visible, utilizada para algunas tintas especiales.

Las fuentes de luz también se diferencian en la parte de ese rango que cubren:

• Monocromáticas: una única longitud de onda UV, con la energía concentrada donde se necesita. Un LED UV es el ejemplo típico: su longitud de onda la fija con precisión su material semiconductor.
• Multibanda: dos, tres o cuatro longitudes de onda, cada una controlada por separado o conjuntamente, para materiales o ensayos que necesitan más de una.
• De banda ancha: todo el rango UV más luz visible parásita, como en una lámpara de mercurio, que emite también entre 500 y 600 nm.

Los cabezales puntuales LED UV de Awellcure están disponibles a 365, 385, 395 y 405 nm. Las fuentes de luz lineales y de área se ofrecen de serie a 365, 385, 395 y 405 nm, y a 254, 275, 295 o 310 nm bajo pedido.

2. Irradiancia, tiempo y dosis

Dos valores describen cuánta luz llega a la pieza:

• La irradiancia es la potencia que llega por unidad de superficie, en W/cm² o mW/cm². Puede entenderse como la intensidad de la luz. Puede alcanzar de 20 a 40 W/cm².
• La dosis (también llamada densidad de energía o exposición) es la energía total aportada, en J/cm² o mJ/cm². Es la irradiancia multiplicada por el tiempo de exposición, medida dentro de una banda de longitudes de onda determinada.

Los tiempos de exposición típicos son de 0,1 a 10 s. Sin embargo, la irradiancia y el tiempo no pueden intercambiarse sin más: una luz débil durante más tiempo y una luz intensa durante menos tiempo dan resultados distintos, debido a la fotoquímica del material. Haga los ensayos con la irradiancia que utilizará en producción.

Cada material tiene una ventana de dosis entre un mínimo y un máximo:

• Por debajo de la ventana: el material sigue líquido, o solo cura una fina capa superficial y por debajo sigue pegajoso.
• Dentro de la ventana: la mejor adherencia y las mejores propiedades superficiales.
• Por encima de la ventana: el recubrimiento se vuelve quebradizo y se agrieta, su superficie cambia de modo que ya no puede imprimirse encima y, finalmente, se quema.

Al comparar fuentes de luz, compare la potencia óptica UV en la salida, en W o mW, no la potencia eléctrica tomada de la red. Después confirme cuatro puntos:

1. La longitud de onda a la que responde el material.
2. La irradiancia y la potencia mínimas que necesita el material.
3. La superficie que hay que irradiar: cuanto mayor sea, más potencia necesita la fuente.
4. Si necesita flexibilidad para ensayos, algo que ofrece una fuente multibanda.

Lo que determina la irradiancia de un LED UV es la potencia de accionamiento, la eficiencia de los chips LED, el tamaño y la densidad de la matriz de chips, la óptica que tiene delante y, sobre todo, su gestión térmica.

3. Geometría: puntual, lineal o de área

La forma de la zona irradiada decide con qué eficiencia llega la luz a la pieza. Elíjala según el tamaño de la superficie que hay que curar:

• Puntual: un haz concentrado con una divergencia determinada, cuyo tamaño varía con la lente y la distancia de trabajo. Para puntos de pegado pequeños, exposición localizada y óptica de precisión. Consulte UV LED Spot y UV Lamp Spot.
• Lineal: una línea de luz que se desplaza respecto a la pieza e irradia grandes superficies de forma uniforme. Para recubrimientos industriales, encapsulado y barrido de grandes sustratos semiconductores. Consulte UV LED Linear.
• De área: una única exposición cubre a la vez una gran superficie plana, para un procesado rápido. Para el curado de grandes superficies, la exposición paralela y la impresión 3D. Consulte UV LED Area.

Las luces Ring LED irradian una pieza desde todo su contorno. Para el trabajo por lotes en un espacio cerrado, o para un flujo continuo de piezas, las mismas fuentes de luz se integran en hornos de curado UV y transportadores UV.

Las guías sobre curado puntual, curado lineal y curado por área tratan cada geometría en detalle.

4. Divergencia, uniformidad y distancia de trabajo

• La divergencia decide lo bien que puede enfocarse la luz. Un LED UV dispersa su luz más que un láser, por lo que lentes u otras ópticas dan forma al haz según la aplicación.
• La uniformidad decide lo homogéneo que es el curado. La intensidad puede variar entre el centro y el borde de la zona irradiada, lo que se refleja directamente en la calidad y el rendimiento. Una forma habitual de evaluar la uniformidad es medir la potencia en nueve puntos de la superficie. Las lentes de ojo de mosca reparten una fuente puntual en un campo homogéneo, y las lentes colimadoras producen luz paralela. En producción en serie, las fuentes de luz de área de Awellcure alcanzan una uniformidad de más del 92 %.
• La distancia de trabajo es importante porque la irradiancia disminuye al aumentar la distancia entre la fuente y la pieza, y la zona irradiada cambia con ella. Fije pronto la distancia de trabajo y compruebe la irradiancia a esa distancia, no en la ventana de la lámpara.

5. Guías de luz

Con una guía de luz, la fuente de luz y la zona irradiada están separadas. La fuente permanece fija mientras el cabezal de la guía se mueve libremente, de modo que el curado funciona en robots, en líneas automatizadas y en espacios reducidos. La pérdida de transmisión, la longitud y el radio de curvatura influyen en una guía, que además se degrada con el uso, así que elíjala según la distancia de trabajo y el modo de integración. El sistema de curado puntual con lámpara UV de Awellcure aporta su luz a través de guías de fibra óptica.

6. Vida útil y refrigeración

La vida útil se define por la disminución de la potencia, y el umbral varía según la fuente:

• Un LED UV llega al final de su vida útil cuando su potencia ha descendido al 70 % del valor inicial.
• Una lámpara de mercurio llega al 50 %.

Por tanto, el mismo número de horas significa cosas distintas en cada caso. En la práctica, una lámpara de mercurio dura de 1.000 a 2.000 horas y un LED UV más de 20.000 horas. La temperatura y la humedad ambiente, el ajuste de potencia, las horas de funcionamiento, la refrigeración y el lazo de realimentación interno influyen en la duración de una fuente.

La refrigeración mantiene estable la potencia. Cuando la unión del LED se calienta, la potencia cae, la longitud de onda se desplaza respecto al pico de absorción del material y el LED envejece rápidamente. Las principales opciones son:

1. Refrigeración por aire: un diseño sencillo.
2. Refrigeración líquida: imprescindible para fuentes de alta potencia, en las que el calor está concentrado.
3. Refrigeración termoeléctrica: para un control preciso de la temperatura.

Las fuentes de luz lineales y de área de Awellcure están disponibles con refrigeración por ventilador o por agua.

7. Control e integración

En una línea de producción, el controlador importa tanto como la fuente de luz. Busque:

• Canales independientes: un controlador que acciona cuatro, ocho o más cabezales, cada uno con su propia potencia y su propio tiempo.
• Ajustes finos: tiempo de irradiación y potencia ajustables en pequeños pasos, con programas que pueden guardarse y recuperarse.
• Integración en línea: control por MCU, PLC, PC, RS232 o RS485, inicio por pedal o sensor, y salidas de señal para el estado de funcionamiento y las alarmas.
• Potencia regulable: potencia ajustable del 10 al 100 %, opcionalmente con supervisión de la irradiancia.
• Control por segmentos: en los cabezales grandes, secciones que se conmutan por separado para iluminar solo la zona necesaria.

8. Medir con un radiómetro

Una ventana de proceso solo sirve si puede comprobarse. Hay dos mediciones importantes:

• Dosis: un medidor de energía UV registra la energía acumulada durante el ciclo de curado. Es la principal prueba de que un recubrimiento, una tinta o un adhesivo ha curado por completo.
• Irradiancia: un medidor de irradiancia UV muestra la intensidad por unidad de superficie en cada momento, de modo que puede ver el estado de la fuente y detectar la pérdida gradual de potencia antes de que afecte a la calidad.

La medición periódica ayuda a evitar tanto el exceso como la falta de curado y mantiene una calidad constante de un lote a otro. En la gama UV Radiometer encontrará instrumentos portátiles y en línea; los medidores en línea se conectan al PLC para una supervisión continua.

Lista de comprobación

1. Longitud de onda: la longitud de onda de respuesta de su material decide entre una fuente monocromática, multibanda o de banda ancha.
2. Potencia: la irradiancia mínima multiplicada por la superficie irradiada determina la clase de potencia.
3. Geometría: puntual, lineal o de área, según la pieza y la línea.
4. Detalles: divergencia y uniformidad, distancia de trabajo, guía de luz, vida útil y refrigeración, control.
5. Verificación: un radiómetro para fijar la ventana de proceso y mantenerla.

¿No sabe por dónde empezar? Envíenos la ficha técnica de su material, la superficie que hay que curar y su tiempo de ciclo, y le recomendaremos un sistema.