UV-led-spotuitharding

Spotuitharding concentreert UV-licht op een klein, scherp afgebakend oppervlak, doorgaans enkele millimeters in doorsnede. Een gedoseerde druppel of rups lijm hardt in seconden uit precies waar die zit, terwijl de rest van het onderdeel grotendeels onbelicht blijft. Het is de standaardtechniek voor het verlijmen van kleine onderdelen in de elektronica-, optiek-, glasvezel- en medische assemblage.

Hoe het werkt

Een UV-led-spotsysteem bestaat uit drie delen:

• De led-kop: een kleine, pennenvormige behuizing met één krachtige UV-led, een koellichaam en een lens.
• De kabel: verbindt de kop met de controller, zodat de kop op een mal, een robot of een doseerstation kan worden gemonteerd.
• De controller: stuurt elke kop aan met een eigen intensiteit en belichtingstijd, en wordt via I/O-signalen of een seriële interface op de lijn aangesloten.

De lijm wordt gedoseerd, de onderdelen worden gepositioneerd en de controller schakelt de led gedurende een ingestelde tijd in. Omdat de led direct op volle output is en zonder vertraging uitschakelt, wordt de belichting volledig door de controller bepaald, zonder opwarmtijd en zonder sluiter.

Vóór de UV-led werkte spotuitharding met een kwiklamp en een flexibele lichtgeleider. Led-koppen vervangen dat door een bron die tienduizenden uren meegaat, geen infrarood uitstraalt en geen kwik bevat. Lampgebaseerde UV Lamp Spot-systemen blijven nuttig voor lijmen die een breed spectrum nodig hebben.

Optiek en werkafstand

De lens vormt het licht tot een spot met een bepaalde diameter op een bepaalde afstand van de kop. Kleine spots concentreren de output van de led en halen de hoogste bestralingssterkte; grote spots verdelen die over meer oppervlak en halen minder. Elke lens wordt gespecificeerd bij een nominale werkafstand, gemeten van de kop tot het onderdeel.

De tabel laat de afweging duidelijk zien: de lens van 2 mm haalt 18.000 mW/cm², de lens van 15 mm 650 mW/cm². Kies de kleinste spot die de hele lijmrups nog bedekt, met wat marge voor positioneringstoleranties.

Als u de kop van zijn nominale afstand af beweegt, veranderen zowel de piek als de vorm van de spot. De onderstaande bestralingsprofielen laten dit voor zes lenzen zien: op de nominale afstand is het profiel smal en hoog; verder weg wordt het lager en breder. Zet de kop in een houder vast op een reproduceerbare afstand en meet opnieuw als de mal verandert.

Naast de standaard ronde spot zijn er speciale lenzen die een lijnvormige spot voor korte lijmnaden produceren of haaks uitstralen voor koppen die parallel aan het onderdeel moeten worden gemonteerd.

Bestralingssterkte en dosis

Twee getallen beschrijven de belichting:

• Bestralingssterkte (mW/cm²) is het UV-vermogen dat per oppervlakte-eenheid op het lijmoppervlak aankomt. Deze hangt af van de led, de lens, de werkafstand en de intensiteitsinstelling.
• Dosis (mJ/cm²) is de energie die per oppervlakte-eenheid wordt afgegeven: bestralingssterkte vermenigvuldigd met belichtingstijd. 1.000 mW/cm² gedurende 3 s geeft 3.000 mJ/cm².

Databladen van lijmen vermelden meestal een vereiste dosis en vaak een minimale bestralingssterkte. Beide zijn belangrijk. Onder een bepaalde bestralingssterkte kan zuurstof aan het oppervlak de uitharding stoppen, en een langere belichting compenseert dat niet volledig. Daarboven verkort een hogere bestralingssterkte de belichtingstijd voor dezelfde dosis. Een zeer hoge bestralingssterkte kan de lijm ook zo snel uitharden dat krimpspanning ontstaat; daarom is stapsgewijze of gepulste bestraling nuttig bij precisieverlijmingen.

Meet bij het instellen van het proces de bestralingssterkte op de werkpositie met een UV Radiometer, en herhaal de meting met regelmatige tussenpozen.

Golflengte

Spotkoppen zijn leverbaar op 365, 385, 395, 405 en 450 nm. De juiste keuze wordt bepaald door de lijm:

• 365 nm is geschikt voor de meeste algemene UV-lijmen en voor veel formuleringen die oorspronkelijk voor kwiklampen zijn ontworpen.
• 385 tot 405 nm is geschikt voor led-geoptimaliseerde lijmen, voor uitharden door kunststoffen zoals polycarbonaat die kortere golflengten absorberen, en voor diepere uitharding in dikkere rupsen.
• 450 nm (zichtbaar blauw) is geschikt voor lijmen die zijn geformuleerd voor uitharding met zichtbaar licht.

Gebruik de golflengte die in het datablad van de lijm wordt aanbevolen, en controleer de transmissie van elke laag waar het licht doorheen gaat.

Typische toepassingen

• Het verlijmen van lenzen, prisma's en cameramodules in Optica
• Het fixeren van spoelen, draden en componenten en het afdichten van behuizingen in Elektronica
• Het fixeren van vezels, lenzen en fiber arrays in Glasvezelcommunicatie
• Het verlijmen van slangen, connectoren en naalden in Medische hulpmiddelen

Beperkingen

• Klein oppervlak. Een spot bestrijkt enkele millimeters tot ongeveer 15 mm. Voor grotere verlijmingen of veel onderdelen tegelijk zijn lijnuitharding of vlakuitharding beter geschikt.
• Zichtlijn. UV hardt alleen uit waar het licht komt. Lijm onder een ondoorzichtig onderdeel of in een diepe spleet blijft vloeibaar, tenzij die een secundair uithardingsmechanisme heeft.
• Positionering. Spotgrootte en bestralingssterkte hangen af van de positie van de kop, dus koppen vragen een stijve, reproduceerbare montage.
• Warmte bij hoog vermogen. De leds stralen geen infrarood uit, maar geabsorbeerd UV-licht verwarmt het onderdeel toch. Controleer bij zeer hoge bestralingssterkte en lange belichting de temperatuur van het onderdeel.

Zo specificeert u een spotsysteem

1. Aantal uithardingspunten per onderdeel of station, dat het aantal koppen en kanalen bepaalt.
2. Spotgrootte en werkafstand, op basis van de rupsgrootte en de beschikbare ruimte in de mal.
3. Golflengte, uit het datablad van de lijm.
4. Vereiste dosis en minimale bestralingssterkte, die met de gekozen lens de belichtingstijd bepalen.
5. Kopvorm: standaardlengte, lang, met extra koelribben of met een haakse lens.
6. Aansturing: touchscreen of knoppen, PLC-triggering, alarmuitgangen, RS232 en parametervergrendeling.
7. Kabellengte van controller tot kop, en of de kop op een robot beweegt.

Spotuithardingssystemen van Awellcure

De UV LED Spot-controllers van Awellcure sturen vier of acht koppen aan, elk met een eigen intensiteit, belichtingstijd en modus, instelbaar in stappen van 0,1 s. Ze kunnen via externe signalen worden getriggerd, geven een alarm bij een defecte kop, vergrendelen hun instellingen en registreren de bedrijfsuren per kop. Elke kop heeft een temperatuursensor die terugkoppelt naar de controller, waardoor de bestralingssterkte bij 80 % output binnen ±3 % blijft. Koppen worden standaard geleverd met een kabel van 2 m, met 5 m of langer op bestelling, en voor bewegende koppen zijn robotkabels leverbaar.