Polymérisation ponctuelle à LED UV

La polymérisation ponctuelle concentre la lumière UV sur une petite zone bien définie, généralement de quelques millimètres de diamètre. Elle polymérise un point ou un cordon d'adhésif dosé exactement là où il se trouve, en quelques secondes, tandis que le reste de la pièce reste en grande partie non exposé. C'est la technique standard pour le collage de petites pièces dans l'assemblage électronique, optique, de fibre optique et de dispositifs médicaux.

Principe de fonctionnement

Un système ponctuel à LED UV comprend trois éléments :

• La tête LED : un petit boîtier en forme de stylo contenant une LED UV haute puissance, un dissipateur thermique et une lentille.
• Le câble : il relie la tête au contrôleur, de sorte que la tête peut être montée sur un montage, un robot ou un poste de dosage.
• Le contrôleur : il pilote chaque tête avec sa propre intensité et son propre temps d'exposition, et se raccorde à la ligne par des signaux d'E/S ou une interface série.

L'adhésif est dosé, les pièces sont positionnées, et le contrôleur allume la LED pendant une durée définie. Comme la LED atteint immédiatement sa pleine puissance et s'éteint sans délai, l'exposition est définie par le seul contrôleur, sans temps de chauffe ni obturateur.

Avant les LED UV, la polymérisation ponctuelle utilisait une lampe à mercure et un guide de lumière flexible. Les têtes LED la remplacent par une source qui fonctionne des dizaines de milliers d'heures, n'émet pas d'infrarouge et ne contient pas de mercure. Les systèmes UV Lamp Spot à lampe restent utiles pour les adhésifs qui nécessitent un large spectre.

Optique et distance de travail

La lentille met en forme la lumière en un spot d'un diamètre donné à une distance donnée de la tête. Les petits spots concentrent la puissance de la LED et atteignent l'éclairement le plus élevé ; les grands spots la répartissent sur une surface plus grande et en atteignent moins. Chaque lentille est spécifiée pour une distance de travail nominale, mesurée de la tête à la pièce.

Le tableau montre clairement le compromis : la lentille de 2 mm atteint 18 000 mW/cm², celle de 15 mm 650 mW/cm². Choisissez le plus petit spot qui couvre encore tout le cordon d'adhésif avec une marge pour la tolérance de positionnement.

Éloigner la tête de sa distance nominale modifie à la fois la crête et la forme du spot. Les profils d'éclairement ci-dessous le montrent pour six lentilles : à la distance nominale, le profil est étroit et élevé ; plus loin, il devient plus bas et plus large. Fixez la tête dans un support à une distance reproductible, et refaites la mesure si le montage change.

Outre le spot rond standard, des lentilles spéciales produisent un spot linéaire pour les cordons courts ou émettent à angle droit pour les têtes qui doivent être montées parallèlement à la pièce.

Éclairement et dose

Deux grandeurs décrivent l'exposition :

• L'éclairement (mW/cm²) est la puissance UV reçue par unité de surface à la surface de l'adhésif. Il dépend de la LED, de la lentille, de la distance de travail et du réglage d'intensité.
• La dose (mJ/cm²) est l'énergie délivrée par unité de surface : l'éclairement multiplié par le temps d'exposition. 1 000 mW/cm² pendant 3 s donnent 3 000 mJ/cm².

Les fiches techniques des adhésifs indiquent généralement une dose requise et souvent un éclairement minimal. Les deux comptent. En dessous d'un certain éclairement, l'oxygène en surface peut stopper la polymérisation, et une exposition plus longue ne compense pas entièrement. Au-dessus, un éclairement plus élevé raccourcit le temps d'exposition pour une même dose. Un éclairement très élevé peut aussi polymériser l'adhésif si vite que des contraintes de retrait s'accumulent : c'est pourquoi l'irradiation par paliers ou pulsée est utile pour les collages de précision.

Mesurez l'éclairement à la position de travail avec un UV Radiometer lors du réglage du procédé, et répétez la mesure à intervalles réguliers.

Longueur d'onde

Les têtes ponctuelles sont disponibles en 365, 385, 395, 405 et 450 nm. Le bon choix dépend de l'adhésif :

• 365 nm convient à la plupart des adhésifs UV polyvalents et à de nombreuses formulations conçues à l'origine pour les lampes à mercure.
• 385 à 405 nm convient aux adhésifs optimisés pour LED, à la polymérisation à travers des plastiques comme le polycarbonate qui absorbent les longueurs d'onde plus courtes, et à une polymérisation plus profonde dans les cordons épais.
• 450 nm (bleu visible) convient aux adhésifs formulés pour la polymérisation en lumière visible.

Utilisez la longueur d'onde recommandée dans la fiche technique de l'adhésif, et vérifiez la transmission de toute couche que traverse la lumière.

Utilisations typiques

• Collage de lentilles, prismes et modules caméra en Optique
• Fixation de bobines, fils et composants, et étanchéité de boîtiers en Électronique
• Fixation de fibres, lentilles et barrettes de fibres en Communication par fibre optique
• Collage de tubes, connecteurs et aiguilles en Dispositifs médicaux

Limites

• Petite surface. Un spot couvre de quelques millimètres à environ 15 mm. Pour des collages plus grands ou de nombreuses pièces à la fois, la polymérisation linéaire ou la polymérisation surfacique conviennent mieux.
• Ligne de visée. Les UV ne polymérisent que là où ils arrivent. L'adhésif situé sous une pièce opaque ou dans un interstice profond reste liquide, sauf s'il dispose d'un mécanisme de polymérisation secondaire.
• Positionnement. La taille du spot et l'éclairement dépendent de la position de la tête : les têtes doivent être montées de façon rigide et reproductible.
• Chaleur à forte puissance. Les LED n'émettent pas d'infrarouge, mais les UV absorbés réchauffent tout de même la pièce. À très fort éclairement et en exposition longue, vérifiez la température de la pièce.

Comment spécifier un système ponctuel

1. Nombre de points de polymérisation par pièce ou par poste, qui détermine le nombre de têtes et de canaux.
2. Taille du spot et distance de travail, d'après la taille du cordon et la place disponible dans le montage.
3. Longueur d'onde, d'après la fiche technique de l'adhésif.
4. Dose requise et éclairement minimal, qui donnent le temps d'exposition avec la lentille choisie.
5. Forme de la tête : longueur standard, longue, avec ailettes de refroidissement supplémentaires ou avec lentille à angle droit.
6. Commande : écran tactile ou boutons, déclenchement par automate, sorties d'alarme, RS232 et verrouillage des paramètres.
7. Longueur de câble du contrôleur à la tête, et mobilité éventuelle de la tête sur un robot.

Systèmes de polymérisation ponctuelle Awellcure

Les contrôleurs Awellcure UV LED Spot pilotent quatre ou huit têtes, chacune avec sa propre intensité, son propre temps d'exposition et son propre mode, réglables par pas de 0,1 s. Ils peuvent être déclenchés par des signaux externes, émettent une alarme en cas de tête défaillante, verrouillent leurs réglages et enregistrent les heures de fonctionnement par tête. Chaque tête est équipée d'un capteur de température relié au contrôleur, qui maintient l'éclairement à ±3 % à 80 % de puissance. Les têtes sont livrées en standard avec un câble de 2 m, en 5 m ou plus sur commande, et des câbles adaptés aux robots sont disponibles pour les têtes mobiles.