Powierzchniowe utwardzanie UV LED

Utwardzanie powierzchniowe naświetla cały obszar naraz. Zamiast podążać za pojedynczymi punktami klejenia, powierzchniowe źródło światła obejmuje cały detal, tacę z detalami lub powlekany panel i utwardza wszystko w swoim polu w jednym naświetleniu. To technika pierwszego wyboru przy partiach, większych połączeniach i powłokach na nieruchomych detalach, a także podstawa pieców do utwardzania UV i wielu systemów przenośnikowych.

Jak to działa

Powierzchniowe źródło światła to matryca diod UV LED za okienkiem ochronnym, chłodzona wentylatorami lub wodą. Sterownik ustawia moc i czas naświetlania oraz uruchamia naświetlanie przyciskiem, przełącznikiem nożnym, czujnikiem lub z PLC.

Detal umieszcza się pod źródłem, zwykle w uchwycie lub na przenośniku, w określonej odległości. Każdy punkt w polu otrzymuje światło jednocześnie, więc cały detal utwardza się naraz. Wiele źródeł można ściemniać i włączać sekcjami, dzięki czemu naświetlanie da się dopasować do różnych detali.

Natężenie promieniowania, równomierność i odległość robocza

Źródło powierzchniowe musi rozłożyć swoją moc na dużym polu. Jego szczytowe natężenie promieniowania jest więc niższe niż skupionej głowicy punktowej i maleje wraz ze wzrostem powierzchni emisji. Małe, kompaktowe głowice osiągają najwyższe wartości; duże panele chłodzone wentylatorami dostarczają mniej na centymetr kwadratowy; chłodzenie wodne pozwala na znacznie większą moc na tej samej powierzchni.

Przy utwardzaniu powierzchniowym równomierność jest równie ważna jak natężenie szczytowe. Blisko okienka pojedyncze diody LED mogą tworzyć wzór jaśniejszych i ciemniejszych plam. Nieco dalej światło sąsiednich diod się nakłada i pole staje się bardziej równomierne, ale natężenie promieniowania spada. Źródła powierzchniowe są zwykle specyfikowane dla odległości roboczej około 10 mm.

Natężenie promieniowania spada też w kierunku krawędzi pola. Powierzchnia emisji powinna być większa niż detal, aby jego narożniki i krawędzie otrzymały wystarczająco dużo światła.

Natężenie promieniowania i dawka

• Natężenie promieniowania (mW/cm²) to moc UV docierająca na jednostkę powierzchni.
• Dawka (mJ/cm²) to natężenie promieniowania pomnożone przez czas naświetlania. Na przykład 1500 mW/cm² przez 2 s daje 3000 mJ/cm².

Karta katalogowa materiału podaje dawkę i zwykle minimalne natężenie promieniowania. Statyczne naświetlanie powierzchniowe ułatwia kontrolę dawki: wystarczy ustawić czas na sterowniku. Jeśli natężenie jest zbyt niskie, nawet dłuższe naświetlanie może pozostawić lepką powierzchnię, ponieważ tlen hamuje utwardzanie na powierzchni. Pomaga wtedy mocniejsze źródło, mniejsza odległość robocza lub formulacja zoptymalizowana pod LED.

Podczas uruchamiania procesu należy mierzyć natężenie promieniowania na całym polu, nie tylko w środku, radiometrem UV Radiometer.

Długość fali

Źródła powierzchniowe są dostępne w wersjach 365, 385, 395 i 405 nm. Należy stosować długość fali, dla której opracowano klej lub powłokę. Dłuższe fale wnikają głębiej w grube, napełnione lub pigmentowane warstwy, a 365 nm pasuje do wielu uniwersalnych klejów i formulacji wywodzących się z chemii lamp rtęciowych.

Typowe zastosowania

• Utwardzanie tac z drobnymi detalami, takimi jak klejone komponenty elektroniczne i podzespoły wyrobów medycznych
• Powłoki i kleje na panelach, obudowach, szkle i drewnie w powłokach i klejach
• Soczewki klejone i małe zespoły optyczne w optyce
• Powłoki konformalne na płytkach w elektronice
• Farby i lakiery na arkuszach i szerokich wstęgach w druku
• Próbki laboratoryjne i dotwardzanie w piecu UV Curing Oven

Ograniczenia

• Niższe natężenie szczytowe niż przy utwardzaniu punktowym. Jeśli utwardzić trzeba tylko kilka małych punktów, system punktowy zapewni wyższe natężenie przy mniejszej mocy.
• Bezpośrednia widoczność. Wysokie lub złożone detale rzucają cienie. Pomaga obracanie detalu, dodatkowe źródła z innych kierunków lub materiał o podwójnym mechanizmie utwardzania.
• Ciepło z dużych matryc. Diody LED nie emitują podczerwieni, ale duża matryca dużej mocy wytwarza ciepło, które trzeba odprowadzać wentylatorami lub chłodzeniem wodnym, a pochłonięte promieniowanie UV ogrzewa detal.
• Ochrona operatora. Otwarte źródło powierzchniowe naświetla duże pole. Strefę utwardzania należy osłonić lub zastosować zamknięty piec albo przenośnik.
• Produkty w ruchu. Dla produktów przesuwających się w sposób ciągły obok lampy zwykle wydajniejsze jest wąskie źródło liniowe lub przenośnik.

Jak wyspecyfikować system powierzchniowy

1. Wielkość detalu lub tacy wraz z zapasem, która wyznacza powierzchnię emisji.
2. Wymagana dawka i minimalne natężenie promieniowania z karty katalogowej materiału, z których wynika czas naświetlania i klasa mocy.
3. Długość fali, według karty katalogowej materiału.
4. Odległość robocza i równomierność wymagane na całym detalu.
5. Chłodzenie: wentylatorowe dla większości rozmiarów, wodne dla najwyższego natężenia promieniowania.
6. Format: otwarte źródło do integracji z maszyną, piec do partii i prac laboratoryjnych lub przenośnik do produkcji ciągłej.
7. Sterowanie: wyzwalanie zewnętrzne, interfejsy PLC i RS232, wyjścia statusu i alarmowe oraz tryby naświetlania.

Powierzchniowe systemy utwardzania Awellcure

Źródła Awellcure UV LED Area obejmują zakres od 20 × 20 mm, ze szczytowym natężeniem promieniowania 5000 mW/cm², po chłodzone wentylatorami panele 400 × 400 mm i 250 × 600 mm. Źródła chłodzone wodą osiągają 6 do 25 W/cm². Ich sterowniki uruchamiają naświetlanie sygnałami zewnętrznymi, przełącznikiem nożnym lub czujnikiem, mają wyjścia statusu start, stop, praca i alarm i można je programować przez RS232. Ta sama technologia jest wbudowana w zamknięte piece UV Curing Oven i systemy UV Conveyor.