Jak wybrać lampę UV

Długość fali, moc, średnica plamki, rozbieżność, równomierność, światłowody, żywotność, chłodzenie: źródło światła UV ma wiele parametrów. Jedne trzeba ustalić na początku, inne decydują o precyzji, a jeszcze inne o tym, ile źródło będzie kosztować przez lata. Ten poradnik omawia je w kolejności, która sprawdza się w praktyce.

Udany proces utwardzania UV opiera się na trzech elementach, które muszą do siebie pasować: właściwej konstrukcji produktu, właściwym naświetlaniu i właściwej chemii.

• Chemia: żywice, monomery, fotoinicjatory i dodatki w formulacji, jak silnie pochłaniają poszczególne długości fal, jak skutecznie to światło inicjuje reakcję i jak gruba jest warstwa.
• Naświetlanie: widmo źródła światła, jego natężenie promieniowania, czas naświetlania i ciepło, jakie wnosi do detalu.
• Produkt: podłoże, sposób i ilość nakładanego materiału, prędkość linii oraz właściwości, jakie musi mieć gotowy detal, np. twardość, połysk, odporność na zarysowania lub przyczepność.

Źródło światła odpowiada w tym równaniu za naświetlanie. Dobiera się je w tej kolejności: długość fali, potem moc, potem naświetlany obszar i geometria, a na końcu pozostałe szczegóły.

1. Długość fali: punktem wyjścia jest materiał

Utwardzanie UV działa, ponieważ fotoinicjator w kleju, farbie lub powłoce pochłania światło o określonych długościach fal i inicjuje reakcję sieciowania. Jeśli źródło światła nie emituje tam, gdzie fotoinicjator absorbuje, materiał nie utwardzi się prawidłowo, niezależnie od mocy lampy. Kleje UV i fotorezysty reagują na określone długości fal, dlatego przede wszystkim należy sprawdzić kartę katalogową materiału.

Zakres UV dzieli się na pasma o różnym działaniu:

• UVA, 315 do 400 nm: niższa energia i najgłębsze wnikanie. Główne pasmo przemysłowego utwardzania UV i naświetlania litograficznego.
• UVB, 280 do 315 nm: wyższa energia, działa na powierzchni.
• UVC, 200 do 280 nm: najwyższa energia, stosowane do uzyskania niekleistych powierzchni i do dezynfekcji.
• Fiolet, 395 do 445 nm: przejście do światła widzialnego, stosowane w niektórych farbach specjalnych.

Źródła światła różnią się też tym, jaką część tego zakresu obejmują:

• Monochromatyczne: jedna długość fali UV, z energią skupioną tam, gdzie jest potrzebna. Typowym przykładem jest UV LED: jej długość fali jest precyzyjnie wyznaczona przez materiał półprzewodnikowy.
• Wielopasmowe: dwie, trzy lub cztery długości fal, sterowane osobno lub razem, dla materiałów lub testów wymagających więcej niż jednej.
• Szerokopasmowe: cały zakres UV wraz z widzialnym światłem rozproszonym, jak w lampie rtęciowej, która emituje także między 500 a 600 nm.

Głowice punktowe UV LED Awellcure są dostępne w wersjach 365, 385, 395 i 405 nm. Liniowe i powierzchniowe źródła światła są standardowo dostępne w wersjach 365, 385, 395 i 405 nm, a na zamówienie 254, 275, 295 lub 310 nm.

2. Natężenie promieniowania, czas i dawka

Ilość światła docierającego do detalu opisują dwie wielkości:

• Natężenie promieniowania to moc docierająca na jednostkę powierzchni, w W/cm² lub mW/cm². Można je traktować jako intensywność światła. Może osiągać 20 do 40 W/cm².
• Dawka (nazywana też gęstością energii lub ekspozycją) to całkowita dostarczona energia, w J/cm² lub mJ/cm². Jest to natężenie promieniowania pomnożone przez czas naświetlania, mierzone w danym paśmie długości fal.

Typowe czasy naświetlania wynoszą od 0,1 do 10 s. Natężenia i czasu nie można jednak po prostu wymieniać jednego na drugie: słabe światło przez dłuższy czas i silne światło przez krótszy dają różne wyniki ze względu na fotochemię materiału. Testy należy prowadzić przy natężeniu, które będzie stosowane w produkcji.

Każdy materiał ma okno dawki między wartością minimalną a maksymalną:

• Poniżej okna: materiał pozostaje płynny albo utwardza się tylko cienka warstwa powierzchniowa, a pod nią pozostaje lepki.
• W oknie: najlepsza przyczepność i właściwości powierzchni.
• Powyżej okna: powłoka staje się krucha i pęka, jej powierzchnia zmienia się tak, że nie można jej już zadrukować, a w końcu się przypala.

Przy porównywaniu źródeł światła liczy się moc optyczna UV na wyjściu w W lub mW, a nie moc elektryczna pobierana z sieci. Następnie należy potwierdzić cztery punkty:

1. Długość fali, na którą reaguje materiał.
2. Minimalne natężenie promieniowania i moc, których wymaga materiał.
3. Obszar do naświetlenia: im większy, tym większej mocy potrzebuje źródło.
4. Czy potrzebna jest elastyczność do testów, którą zapewnia źródło wielopasmowe.

O natężeniu promieniowania UV LED decydują moc zasilania, sprawność chipów LED, wielkość i gęstość upakowania matrycy chipów, optyka przed nią, a przede wszystkim zarządzanie ciepłem.

3. Geometria: punktowa, liniowa lub powierzchniowa

Kształt naświetlanego obszaru decyduje o tym, jak skutecznie światło dociera do detalu. Dobiera się go według wielkości obszaru do utwardzenia:

• Punktowa: skupiona wiązka o określonej rozbieżności, której wielkość zmienia się wraz z soczewką i odległością roboczą. Do małych punktów klejenia, miejscowego naświetlania i precyzyjnej optyki. Więcej: UV LED Spot i UV Lamp Spot.
• Liniowa: linia światła, która porusza się względem detalu i równomiernie naświetla duże powierzchnie. Do powłok przemysłowych, hermetyzacji i skanowania dużych podłoży półprzewodnikowych. Więcej: UV LED Linear.
• Powierzchniowa: jedno naświetlenie obejmuje naraz dużą płaską powierzchnię, co pozwala na szybką obróbkę. Do utwardzania dużych powierzchni, naświetlania światłem równoległym i druku 3D. Więcej: UV LED Area.

Lampy Ring LED naświetlają detal dookoła. Do pracy wsadowej w zamkniętej przestrzeni lub ciągłego przepływu detali te same źródła światła wbudowuje się w piece do utwardzania UV i przenośniki UV.

Poradniki dotyczące utwardzania punktowego, utwardzania liniowego i utwardzania powierzchniowego szczegółowo omawiają każdą geometrię.

4. Rozbieżność, równomierność i odległość robocza

• Rozbieżność decyduje o tym, jak dobrze można skupić światło. UV LED rozprasza światło szerzej niż laser, dlatego soczewki lub inna optyka kształtują wiązkę odpowiednio do zastosowania.
• Równomierność decyduje o jednorodności utwardzenia. Natężenie może się różnić między środkiem a krawędzią naświetlanego obszaru, co bezpośrednio przekłada się na jakość i uzysk. Równomierność ocenia się często, mierząc moc w dziewięciu punktach obszaru. Soczewki typu muszego oka rozpraszają źródło punktowe w równomierne pole, a soczewki kolimujące wytwarzają światło równoległe. W produkcji seryjnej powierzchniowe źródła światła Awellcure osiągają równomierność ponad 92 %.
• Odległość robocza ma znaczenie, ponieważ natężenie promieniowania spada wraz ze wzrostem odległości między źródłem a detalem, a wraz z nią zmienia się naświetlany obszar. Odległość roboczą należy ustalić wcześnie i sprawdzać natężenie w tej odległości, a nie przy okienku lampy.

5. Światłowody

Przy światłowodzie źródło światła i naświetlany obszar są rozdzielone. Źródło pozostaje na miejscu, a głowica światłowodu porusza się swobodnie, więc utwardzanie działa na robotach, liniach zautomatyzowanych i w ciasnych przestrzeniach. Straty transmisji, długość i promień gięcia wpływają na światłowód, który z czasem się degraduje, dlatego należy go dobrać do odległości roboczej i sposobu integracji. System punktowego utwardzania z lampą UV Awellcure dostarcza światło przez światłowody.

6. Żywotność i chłodzenie

Żywotność określa spadek mocy, a próg różni się w zależności od źródła:

• UV LED osiąga koniec żywotności, gdy jej moc spadnie do 70 % wartości początkowej.
• Lampa rtęciowa osiąga go przy 50 %.

Ta sama liczba godzin oznacza więc dla każdego źródła coś innego. W praktyce lampa rtęciowa pracuje 1000 do 2000 godzin, a UV LED ponad 20 000 godzin. Na żywotność źródła wpływają temperatura i wilgotność otoczenia, ustawienie mocy, godziny pracy, chłodzenie i wewnętrzna pętla sprzężenia zwrotnego.

Chłodzenie utrzymuje stabilną moc. Gdy złącze LED się nagrzewa, moc spada, długość fali przesuwa się od maksimum absorpcji materiału, a dioda szybko się starzeje. Główne opcje to:

1. Chłodzenie powietrzem: prosta konstrukcja.
2. Chłodzenie cieczą: niezbędne przy źródłach dużej mocy, w których ciepło jest skoncentrowane.
3. Chłodzenie termoelektryczne: do precyzyjnej kontroli temperatury.

Liniowe i powierzchniowe źródła światła Awellcure są dostępne z chłodzeniem wentylatorowym lub wodnym.

7. Sterowanie i integracja

Na linii produkcyjnej sterownik jest równie ważny jak źródło światła. Istotne są:

• Niezależne kanały: jeden sterownik obsługujący cztery, osiem lub więcej głowic, każdą z własną mocą i czasem.
• Precyzyjne ustawienia: czas i moc naświetlania ustawiane w małych krokach, z programami, które można zapisać i przywołać.
• Integracja z linią: sterowanie przez MCU, PLC, PC, RS232 lub RS485, start przełącznikiem nożnym lub czujnikiem oraz wyjścia sygnałowe statusu pracy i alarmów.
• Regulowana moc: moc regulowana od 10 do 100 %, opcjonalnie z monitorowaniem natężenia promieniowania.
• Sterowanie sekcyjne: w dużych głowicach sekcje włączane osobno, aby oświetlać tylko potrzebny obszar.

8. Pomiar radiometrem

Okno procesowe ma sens tylko wtedy, gdy można je sprawdzić. Liczą się dwa pomiary:

• Dawka: miernik energii UV rejestruje energię zgromadzoną w cyklu utwardzania. To główny dowód, że powłoka, farba lub klej w pełni się utwardziły.
• Natężenie promieniowania: miernik natężenia promieniowania UV pokazuje w danej chwili intensywność na jednostkę powierzchni, dzięki czemu widać stan źródła i można wychwycić stopniowy spadek mocy, zanim wpłynie na jakość.

Regularne pomiary pomagają uniknąć zarówno przeutwardzenia, jak i niedoutwardzenia oraz zapewniają stałą jakość od partii do partii. Przyrządy ręczne i online są dostępne w ofercie UV Radiometer; mierniki online łączą się z PLC w celu ciągłego monitorowania.

Lista kontrolna

1. Długość fali: długość fali, na którą reaguje materiał, decyduje o wyborze źródła monochromatycznego, wielopasmowego lub szerokopasmowego.
2. Moc: minimalne natężenie promieniowania pomnożone przez naświetlany obszar wyznacza klasę mocy.
3. Geometria: punktowa, liniowa lub powierzchniowa, dopasowana do detalu i linii.
4. Szczegóły: rozbieżność i równomierność, odległość robocza, światłowód, żywotność i chłodzenie, sterowanie.
5. Weryfikacja: radiometr do wyznaczenia okna procesowego i jego utrzymania.

Nie są Państwo pewni, od czego zacząć? Prosimy przesłać nam kartę katalogową materiału, obszar do utwardzenia i czas cyklu, a polecimy odpowiedni system.