Polimerizzazione UV LED ad area

La polimerizzazione ad area irraggia un'intera superficie in una volta. Invece di seguire i singoli punti di incollaggio, una sorgente luminosa ad area copre un pezzo completo, un vassoio di pezzi o un pannello rivestito e polimerizza tutto ciò che si trova nel suo campo in un'unica esposizione. È la tecnica preferita per lotti, incollaggi più estesi e rivestimenti su pezzi fermi, ed è alla base dei forni di polimerizzazione UV e di molti sistemi a nastro trasportatore.

Come funziona

Una sorgente luminosa ad area è una matrice di LED UV dietro una finestra protettiva, raffreddata da ventole o ad acqua. Un controller imposta l'emissione e il tempo di esposizione e avvia l'esposizione da un pulsante, un interruttore a pedale, un sensore o un PLC.

Il pezzo viene posto sotto la sorgente, di solito in un'attrezzatura o su un nastro trasportatore, a una distanza definita. Ogni punto all'interno del campo riceve la luce nello stesso momento, così l'intero pezzo polimerizza insieme. Molte sorgenti si possono regolare in intensità e attivare per sezioni, così l'esposizione si può adattare a pezzi diversi.

Irraggiamento, uniformità e distanza di lavoro

Una sorgente ad area deve distribuire la propria emissione su un campo esteso. Il suo irraggiamento di picco è quindi inferiore a quello di una testa spot focalizzata e diminuisce al crescere dell'area di emissione. Le teste piccole e compatte raggiungono i valori più alti; i grandi pannelli raffreddati a ventola erogano meno per centimetro quadrato; il raffreddamento ad acqua consente molta più potenza sulla stessa area.

Nella polimerizzazione ad area, l'uniformità conta quanto l'irraggiamento di picco. Vicino alla finestra, i singoli LED possono produrre un motivo di punti più chiari e più scuri. Un po' più lontano, la luce dei LED vicini si sovrappone e il campo diventa più uniforme, ma l'irraggiamento diminuisce. Le sorgenti ad area sono di solito specificate a una distanza di lavoro di circa 10 mm.

L'irraggiamento cala anche verso i bordi del campo. Conviene scegliere un'area di emissione più grande del pezzo, così che angoli e bordi ricevano luce a sufficienza.

Irraggiamento e dose

• L'irraggiamento (mW/cm²) è la potenza UV che arriva sulla superficie per unità di area.
• La dose (mJ/cm²) è l'irraggiamento moltiplicato per il tempo di esposizione. Ad esempio, 1.500 mW/cm² per 2 s danno 3.000 mJ/cm².

La scheda tecnica del materiale indica la dose e di solito un irraggiamento minimo. Un'esposizione ad area da fermo rende la dose facile da controllare: basta impostare il tempo sul controller. Se l'irraggiamento è troppo basso, anche un'esposizione più lunga può lasciare la superficie appiccicosa, perché l'ossigeno inibisce la polimerizzazione in superficie. In questo caso aiutano una sorgente più potente, una distanza di lavoro più breve o una formulazione ottimizzata per LED.

In fase di messa a punto del processo, l'irraggiamento va misurato su tutto il campo, non solo al centro, con un UV Radiometer.

Lunghezza d'onda

Le sorgenti ad area sono disponibili a 365, 385, 395 e 405 nm. Si usa la lunghezza d'onda per cui è formulato l'adesivo o il rivestimento. Le lunghezze d'onda maggiori penetrano più in profondità negli strati spessi, caricati o pigmentati, mentre 365 nm è adatta a molti adesivi di uso generale e a formulazioni derivate dalla chimica per lampade al mercurio.

Impieghi tipici

• Polimerizzazione di vassoi di piccoli pezzi, come componenti elettronici incollati e sottogruppi di dispositivi medici
• Rivestimenti e adesivi su pannelli, alloggiamenti, vetro e legno in Rivestimenti e adesivi
• Lenti cementate e piccoli gruppi ottici in Ottica
• Rivestimenti conformi su schede in Elettronica
• Inchiostri e vernici su fogli e nastri larghi in Stampa
• Campioni di laboratorio e post-polimerizzazione in un UV Curing Oven

Limiti

• Irraggiamento di picco inferiore rispetto alla polimerizzazione a punto. Se occorre polimerizzare solo pochi punti piccoli, un sistema spot eroga più irraggiamento con meno potenza.
• Linea di vista. I pezzi alti o complessi proiettano ombre. Si può ruotare il pezzo, aggiungere sorgenti da altre direzioni o usare un materiale a doppia polimerizzazione.
• Calore delle grandi matrici. I LED non emettono infrarossi, ma una matrice grande e potente produce calore che va smaltito con ventole o raffreddamento ad acqua, e la luce UV assorbita riscalda il pezzo.
• Protezione dell'operatore. Una sorgente ad area aperta espone un campo esteso. La zona di polimerizzazione va schermata, oppure si usa un forno chiuso o un nastro trasportatore.
• Prodotti in movimento. Per prodotti che passano continuamente davanti alla lampada, una sorgente lineare stretta o un nastro trasportatore è di solito più efficiente.

Come specificare un sistema ad area

1. Dimensioni del pezzo o del vassoio, più un margine, per definire l'area di emissione.
2. Dose richiesta e irraggiamento minimo, dalla scheda tecnica del materiale, che determinano il tempo di esposizione e la classe di potenza.
3. Lunghezza d'onda, dalla scheda tecnica del materiale.
4. Distanza di lavoro e uniformità richieste sul pezzo.
5. Raffreddamento: a ventola per la maggior parte dei formati, ad acqua per l'irraggiamento più elevato.
6. Formato: una sorgente aperta da integrare in una macchina, un forno per lotti e lavoro di laboratorio, oppure un nastro trasportatore per la produzione continua.
7. Controllo: attivazione esterna, interfacce PLC e RS232, uscite di stato e di allarme, e modalità di esposizione.

Sistemi di polimerizzazione ad area Awellcure

Le sorgenti UV LED Area di Awellcure vanno da 20 × 20 mm, con un irraggiamento di picco di 5.000 mW/cm², fino a pannelli raffreddati a ventola da 400 × 400 mm e 250 × 600 mm. Le sorgenti raffreddate ad acqua raggiungono da 6 a 25 W/cm². I loro controller avviano l'esposizione da segnali esterni, un interruttore a pedale o un sensore, forniscono uscite di stato per avvio, arresto, funzionamento e allarme e si possono programmare via RS232. La stessa tecnologia è integrata nei UV Curing Ovens chiusi e nei sistemi UV Conveyor.