Punktowe utwardzanie UV LED

Utwardzanie punktowe skupia światło UV na małym, ściśle określonym obszarze, zwykle o średnicy kilku milimetrów. Utwardza zadozowaną kroplę lub ścieżkę kleju dokładnie tam, gdzie się znajduje, w kilka sekund, podczas gdy reszta detalu pozostaje w dużej mierze nienaświetlona. To standardowa technika klejenia małych detali w montażu elektroniki, optyki, światłowodów i wyrobów medycznych.

Jak to działa

Punktowy system UV LED składa się z trzech części:

• Głowica LED: mała obudowa w kształcie pióra z jedną diodą UV LED dużej mocy, radiatorem i soczewką.
• Kabel: łączy głowicę ze sterownikiem, dzięki czemu głowicę można zamontować na uchwycie, robocie lub stanowisku dozowania.
• Sterownik: zasila każdą głowicę z osobnym natężeniem i czasem naświetlania oraz łączy się z linią przez sygnały I/O lub interfejs szeregowy.

Klej jest dozowany, detale są pozycjonowane, a sterownik włącza diodę LED na ustalony czas. Ponieważ dioda LED od razu osiąga pełną moc i wyłącza się bez opóźnienia, naświetlanie jest wyznaczane wyłącznie przez sterownik, bez nagrzewania i bez przesłony.

Przed erą UV LED do utwardzania punktowego stosowano lampę rtęciową i elastyczny światłowód. Głowice LED zastępują je źródłem, które pracuje dziesiątki tysięcy godzin, nie emituje podczerwieni i nie zawiera rtęci. Systemy z lampą UV Lamp Spot pozostają przydatne dla klejów wymagających szerokiego widma.

Optyka i odległość robocza

Soczewka formuje światło w plamkę o określonej średnicy w określonej odległości od głowicy. Małe plamki skupiają moc diody LED i osiągają najwyższe natężenie promieniowania; duże rozkładają ją na większej powierzchni i osiągają mniejsze. Każda soczewka jest specyfikowana dla nominalnej odległości roboczej, mierzonej od głowicy do detalu.

Tabela wyraźnie pokazuje ten kompromis: soczewka 2 mm osiąga 18 000 mW/cm², soczewka 15 mm 650 mW/cm². Należy wybrać najmniejszą plamkę, która nadal obejmuje całą ścieżkę kleju z pewnym zapasem na tolerancję pozycjonowania.

Odsunięcie głowicy od nominalnej odległości zmienia zarówno wartość szczytową, jak i kształt plamki. Poniższe profile natężenia promieniowania pokazują to dla sześciu soczewek: w odległości nominalnej profil jest wąski i wysoki, dalej staje się niższy i szerszy. Głowicę należy zamocować w uchwycie w powtarzalnej odległości i powtórzyć pomiar, gdy zmieni się oprzyrządowanie.

Oprócz standardowej plamki okrągłej specjalne soczewki wytwarzają plamkę liniową do krótkich spoin klejowych lub emitują pod kątem prostym w głowicach, które trzeba zamontować równolegle do detalu.

Natężenie promieniowania i dawka

Naświetlanie opisują dwie wielkości:

• Natężenie promieniowania (mW/cm²) to moc UV docierająca na jednostkę powierzchni kleju. Zależy od diody LED, soczewki, odległości roboczej i ustawienia natężenia.
• Dawka (mJ/cm²) to energia dostarczona na jednostkę powierzchni: natężenie promieniowania pomnożone przez czas naświetlania. 1000 mW/cm² przez 3 s daje 3000 mJ/cm².

Karty katalogowe klejów zwykle podają wymaganą dawkę, a często także minimalne natężenie promieniowania. Obie wartości są ważne. Poniżej pewnego natężenia tlen na powierzchni może zatrzymać utwardzanie, a dłuższe naświetlanie nie kompensuje tego w pełni. Powyżej niego wyższe natężenie skraca czas naświetlania przy tej samej dawce. Bardzo wysokie natężenie może też utwardzić klej tak szybko, że narastają naprężenia skurczowe, dlatego przy precyzyjnych połączeniach przydaje się naświetlanie krokowe lub impulsowe.

Natężenie promieniowania w pozycji roboczej należy mierzyć radiometrem UV Radiometer podczas uruchamiania procesu i powtarzać pomiar w regularnych odstępach.

Długość fali

Głowice punktowe są dostępne w wersjach 365, 385, 395, 405 i 450 nm. Właściwy wybór wyznacza klej:

• 365 nm pasuje do większości uniwersalnych klejów UV i wielu formulacji pierwotnie opracowanych dla lamp rtęciowych.
• 385 do 405 nm pasuje do klejów zoptymalizowanych pod LED, do utwardzania przez tworzywa takie jak poliwęglan, które pochłaniają krótsze fale, oraz do głębszego utwardzania grubszych ścieżek kleju.
• 450 nm (światło widzialne niebieskie) pasuje do klejów opracowanych do utwardzania światłem widzialnym.

Należy stosować długość fali zalecaną w karcie katalogowej kleju i sprawdzić transmisję każdej warstwy, przez którą przechodzi światło.

Typowe zastosowania

• Klejenie soczewek, pryzmatów i modułów kamer w optyce
• Mocowanie cewek, przewodów i komponentów oraz uszczelnianie obudów w elektronice
• Wstępne mocowanie włókien, soczewek i matryc włókien w telekomunikacji światłowodowej
• Klejenie rurek, złączy i igieł w wyrobach medycznych

Ograniczenia

• Mała powierzchnia. Plamka obejmuje od kilku milimetrów do około 15 mm. Do większych połączeń lub wielu detali jednocześnie lepiej nadaje się utwardzanie liniowe lub powierzchniowe.
• Bezpośrednia widoczność. UV utwardza tylko tam, gdzie dociera. Klej pod nieprzezroczystym elementem lub w głębokiej szczelinie pozostaje płynny, chyba że ma dodatkowy mechanizm utwardzania.
• Pozycjonowanie. Średnica plamki i natężenie promieniowania zależą od położenia głowicy, dlatego głowice wymagają sztywnego, powtarzalnego mocowania.
• Ciepło przy dużej mocy. Diody LED nie emitują podczerwieni, ale pochłonięte promieniowanie UV i tak ogrzewa detal. Przy bardzo wysokim natężeniu i długim naświetlaniu należy sprawdzić temperaturę detalu.

Jak wyspecyfikować system punktowy

1. Liczba punktów utwardzania na detal lub stanowisko, która wyznacza liczbę głowic i kanałów.
2. Średnica plamki i odległość robocza, wynikające z wielkości ścieżki kleju i miejsca dostępnego w uchwycie.
3. Długość fali, według karty katalogowej kleju.
4. Wymagana dawka i minimalne natężenie promieniowania, z których wynika czas naświetlania przy wybranej soczewce.
5. Forma głowicy: standardowa długość, długa, z dodatkowymi żebrami chłodzącymi lub z soczewką kątową.
6. Sterowanie: ekran dotykowy lub przyciski, wyzwalanie z PLC, wyjścia alarmowe, RS232 i blokada parametrów.
7. Długość kabla od sterownika do głowicy oraz to, czy głowica porusza się na robocie.

Systemy utwardzania punktowego Awellcure

Sterowniki Awellcure UV LED Spot zasilają cztery lub osiem głowic, każdą z własnym natężeniem, czasem naświetlania i trybem, ustawianymi w krokach co 0,1 s. Można je wyzwalać sygnałami zewnętrznymi, zgłaszają alarm w razie usterki głowicy, pozwalają zablokować ustawienia i rejestrują godziny pracy każdej głowicy. Każda głowica ma czujnik temperatury przekazujący dane do sterownika, który utrzymuje natężenie promieniowania w granicach ±3 % przy 80 % mocy. Głowice są standardowo wyposażone w kabel 2 m, na zamówienie 5 m lub dłuższy, a dla głowic ruchomych dostępne są kable do robotów.