Die wachsende Lebensfähigkeit von UV-LED für Automobil- und Transportanwendungen

Wellenlänge, Englisch

Abstrakt

In diesem Artikel werden die Grundlagen von erläutert UV-Härtungeinschließlich Spitzenbestrahlungsstärke (Watt / cm²), Energiedichte (Joule / cm²), spektrale Wellenlänge (nm) und Gesamtleistung (Watt) sowie die grundlegenden Unterschiede zwischen Elektroden-, Mikrowellen- und UV-LED-Härtungssystemen. Darüber hinaus werden die Vorteile des Einsatzes der UV-LED-Technologie, die Trends bei der Einführung in eine zunehmende Anzahl von Produktionstechnologien und vor allem die zunehmende Rentabilität in Automobil- und Transportanwendungen hervorgehoben.

Einführung

Die Automobil- und Transportindustrie steht in den kommenden Jahren vor verschiedenen Herausforderungen in den Bereichen Design, Engineering und Fertigung. Viele davon beinhalten die Vorbereitung auf die CAFE-Standards (Corporate Average Fuel Economy), nach denen die Hersteller bis 2025 eine Produktionsgewichtung von 54,5 Meilen pro Gallone erreichen müssen. Andere haben mit einer besseren globalen Verwaltung zu tun, was zu einer weiteren Reduzierung des Abfall- und Energieverbrauchs bei Montage und Montage führt Zulieferbetriebe. Schließlich wird ein sich ständig ändernder demografischer und hochtechnologischer Fachkräftemangel wahrscheinlich noch mehr Automatisierung und Prozesskontrolle in allen globalen Produktionsstätten bedeuten. Für jede dieser Herausforderungen müssen wahrscheinlich viele neue Herstellungsverfahren entwickelt werden.

„Um die Automobil- und Transportindustrie mit den Vorzügen der UV-LED-Härtung vertraut zu machen, werden in diesem Dokument zunächst die Grundlagen der Härtung aus Sicht der Ausrüstung erläutert.“

JENNIFER HEATHCOTE, REGIONALER VERKAUFSMANAGER, PHOSEONTECHNOLOGIE

Während die konventionelle UV-Härtung durch den Einsatz von Mikrowellen- und Bogenlampen seit Jahrzehnten in Automobil- und Transportproduktionsprozessen eingesetzt wird, ist die UV-LED-Härtung relativ neu und hat wenig Zugkraft gewonnen. In anderen Märkten ist die UV-LED-Technologie jedoch weit verbreitet, da bedeutende Fortschritte bei der Ausstattung und Formulierung es der Technologie ermöglichen, schnell in ein wachsendes Anwendungsspektrum einzudringen. Dies ist in erster Linie auf die Tatsache zurückzuführen, dass die UV-LED-Technologie zahlreiche Vorteile in Bezug auf Leistung, Betrieb und Umwelt bietet und als eine Technologie angesehen wird, die das Aushärten von Tinten, Klebstoffen und Beschichtungen auf einer größeren Auswahl wärmeempfindlicher Materialien bei gleichzeitiger Bereitstellung des gesamten Prozesses und ermöglicht Qualitätskontrolle. Infolgedessen sollte der transformative Charakter der UV-LED-Aushärtung untersucht und auf ihre Rentabilität in der Produktion hin untersucht werden, da Automobil- und Transportunternehmen im kommenden Jahrzehnt verschiedene Herausforderungen in der Fertigung bewältigen wollen.

Um die Automobil- und Transportindustrie mit den Vorzügen der UV-LED-Aushärtung vertraut zu machen, werden in diesem Dokument zunächst die Grundlagen der Aushärtung aus Sicht der Ausrüstung erläutert.

Industrielle Quellen der UV-Härtung

Zu den industriellen UV-Energiequellen zählen seit langem Quecksilberbogen- und Mikrowellenlampen mit mittlerem Druck sowie in jüngerer Zeit Leuchtdioden (LEDs). Alle drei Technologien werden verwendet, um Tinten, Beschichtungen und Klebstoffe in einer Vielzahl von Herstellungsprozessen zu vernetzen. Sowohl Lichtbogen- als auch Mikrowellenhärtungstechnologien beruhen auf der Verdampfung von Quecksilber in einem versiegelten Quarzrohr, das ein Inertgasgemisch enthält.

Die Physik des Quecksilbers ist so, dass es beim Verdampfen ultraviolettes Licht emittiert. Elektrodenlose Lampen verwenden Mikrowellen, um das Quecksilber zu verdampfen, während Elektrodenlampen einen Hochspannungslichtbogen zwischen zwei Elektroden nutzen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Wenn das Quecksilber zu einem Plasmagas mit extrem hoher Temperatur verdampft wird, gibt es eine spektrale Leistung über die UVA-, UVB-, UVC- und UVV-Banden ab, die durch Einbringen von Metalladditiven in das Innere der Lampen in geringem Maße manipuliert werden kann.

Lampen mit zugesetzten Metallen werden typischerweise als dotiertes Additiv, Additiv oder Metallhalogenid bezeichnet. Die meisten Tinten-, Klebstoff- und Beschichtungsformulierungen der letzten Jahrzehnte wurden so formuliert, dass sie der Leistung von Standard-Quecksilberlampen sowie mit Eisen und Gallium dotierten Lampen entsprechen. Wenn die Formulierungen der ultravioletten Energie ausgesetzt werden, werden sie zu einem Photopolymer vernetzt.

UV-LEDs hingegen sind Festkörperhalbleiter. Sie enthalten keine beweglichen Teile oder Quecksilberplasmagas und arbeiten bei Temperaturen, die oft unter 1/10 der Betriebstemperaturen herkömmlicher Lampen liegen. Bei Anschluss an eine Gleichstromquelle fließt ein elektrischer Strom durch die Halbleiter und lässt Elektronen auf ihrem Weg von der negativen zur positiven Seite jeder diskreten LED in einen Zustand niedrigerer Energie fallen. Das Energiedifferential wird in Form einer relativ monochromatischen Spektralverteilung aus dem Gerät freigesetzt.

Kommerziell hat die UV-LED-Technologie mit längeren UVA-Wellenlängen (365, 385, 395 und 405 nm) eine bedeutende Marktakzeptanz, und die Entwicklungsarbeiten für kürzere UVB- und UVC-Banden werden fortgesetzt. Während es keine UV-LED-Quelle gibt, die eine herkömmliche Lampe direkt nachahmt, führen die von LEDs emittierten längeren Wellenlängen dazu, dass ihre spektrale Verteilung einer Eisen- oder Galliumlampe ähnlicher ist als einer einfachen Quecksilberlampe. Das Ergebnis ist, dass UV-LED-Wellenlängen tiefer in die Chemie eindringen und eine bessere Durchhärtung erzielen können, insbesondere bei opaken und pigmentierten Formulierungen.

Bei Klarlacken war das Erreichen einer harten, kratzfesten Oberflächenhärtung ohne Vergilbung die primäre Herausforderung für UV-LEDs. Dies liegt daran, dass viele Beschichtungsformulierungen auf den kürzeren Wellenlängen beruhen, die von Breitbandlampen für eine ausreichende Vernetzung an der Oberfläche emittiert werden, und aktuelle UVB- und UVC-LEDs die Härtungsanforderungen bei diesen kürzeren Wellenlängen noch nicht erfüllen. Trotzdem wurden häufig höhere Bestrahlungsstärken und Anpassungen der Formulierungen gefunden, um diese Probleme zu lösen. Für die anderen werden laufende Entwicklungsarbeiten durchgeführt, um die Lücke zu schließen.

Stichworte: | |
Kategorien: | | |

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.