La creciente viabilidad de los LED UV para aplicaciones de automoción y transporte

Wavelength, inglés

Resumen

Este artículo explicará los conceptos básicos de curado ultravioleta (UV), incluida la irradiancia máxima (vatios / cm²), la densidad de energía (julios / cm²), longitud de onda espectral (nm) y potencia total (Watts), así como las diferencias fundamentales entre los sistemas de curado por electrodo, microondas y LED UV. Destacará además los beneficios del uso de la tecnología LED UV, las tendencias que impulsan su adopción en una gama cada vez mayor de tecnologías de producción y, lo que es más importante, su creciente viabilidad en aplicaciones de automoción y transporte.

Introducción

La industria automotriz y del transporte se enfrenta a varios desafíos de diseño, ingeniería y fabricación en los próximos años. Muchos de estos implican prepararse para los estándares corporativos de economía de combustible promedio (CAFE) que requieren que los fabricantes alcancen 54.5 millas por galón ponderados en producción para 2025. Otros tienen que ver con una mejor administración global, impulsando mayores reducciones en el desperdicio y el consumo de energía en el ensamblaje y plantas proveedoras. Por último, una demografía de los trabajadores en constante cambio y una escasez de habilidades de alta tecnología probablemente significará aún más automatización y control de procesos en todas las instalaciones de producción globales. Para cada uno de estos desafíos, es probable que sea necesario desarrollar muchos procesos de fabricación nuevos.

"En un esfuerzo por presentar a la industria automotriz y del transporte los méritos del curado UV LED, este documento comenzará explicando los conceptos básicos del curado desde la perspectiva del equipo".

JENNIFER HEATHCOTE, GERENTE DE VENTAS REGIONAL, PHOSEON TECHNOLOGY

Mientras que el curado UV convencional mediante el uso de microondas y lámparas de arco se ha utilizado en los procesos de producción de automóviles y transporte durante décadas, el curado UV LED es relativamente nuevo y no ha ganado mucha tracción. En otros mercados, sin embargo, la tecnología LED UV es mucho más común, ya que los avances significativos en equipos y formulación permiten que la tecnología penetre rápidamente en una creciente gama de aplicaciones. Esto se debe principalmente al hecho de que la tecnología LED UV ofrece numerosos beneficios de rendimiento, operativos y ambientales y se considera una tecnología habilitadora que se presta a su uso para curar tintas, adhesivos y recubrimientos en una mayor variedad de materiales sensibles al calor al tiempo que ofrece un proceso general y control de calidad. Como resultado, la naturaleza transformacional del curado de LED UV es algo que debe explorarse y evaluarse para su viabilidad de uso de producción a medida que las empresas de automoción y transporte se esfuerzan por cumplir con varios desafíos de fabricación durante la próxima década.

En un esfuerzo por presentar a la industria automotriz y del transporte los méritos del curado UV LED, este documento comenzará explicando los conceptos básicos del curado desde la perspectiva del equipo.

Fuentes industriales de curado UV

Las fuentes industriales de energía ultravioleta han incluido durante mucho tiempo lámparas de arco de mercurio de presión media y de microondas y, más recientemente, diodos emisores de luz (LED). Las tres tecnologías se utilizan para reticular tintas, recubrimientos y adhesivos en una amplia gama de procesos de fabricación. Las tecnologías de curado por arco y por microondas se basan en la vaporización del mercurio dentro de un tubo de cuarzo sellado que contiene una mezcla de gas inerte.

La física del mercurio es tal que emite luz ultravioleta cuando se vaporiza. Las lámparas sin electrodos emplean microondas para vaporizar el mercurio, mientras que las lámparas de electrodos aprovechan un arco de alto voltaje entre dos electrodos para lograr el mismo resultado. Cuando el mercurio se vaporiza en un gas de plasma de temperatura extremadamente alta, emite una salida espectral a través de las bandas UVA, UVB, UVC y UVV que se pueden manipular en un grado pequeño mediante la introducción de aditivos metálicos en el interior de las lámparas.

Las lámparas con metales añadidos se denominan típicamente dopadas, aditivas o de haluro metálico. La mayoría de las fórmulas de tintas, adhesivos y recubrimientos durante las últimas décadas se han formulado para igualar la salida de las lámparas de mercurio estándar, así como las lámparas dopadas con hierro y galio. Cuando las formulaciones se exponen a la energía ultravioleta, se entrecruzan en un fotopolímero.

Los LED UV, por otro lado, son semiconductores de estado sólido. No contienen partes móviles ni gas de plasma de mercurio y funcionan a temperaturas que a menudo son menos de 1/10 de las temperaturas de funcionamiento de las lámparas convencionales. Cuando se conecta a una fuente de alimentación de CC, una corriente eléctrica fluye a través de los semiconductores, dejando caer los electrones a un estado de menor energía a medida que viajan desde el lado negativo al positivo de cada LED discreto. El diferencial de energía se libera del dispositivo en forma de una distribución espectral relativamente monocromática.

Comercialmente, la tecnología LED UV tiene una adopción significativa en el mercado con longitudes de onda UVA más largas (365, 385, 395 y 405 nm), y el trabajo de desarrollo en bandas UVB y UVC más cortas continúa. Si bien no existe una fuente de LED UV que imite directamente una lámpara convencional, las longitudes de onda más largas emitidas por los LED hacen que su distribución espectral sea más similar a una lámpara de hierro o galio que a una lámpara básica de mercurio. El resultado es que las longitudes de onda de los LED UV pueden penetrar más profundamente en la química y producir un mejor curado, particularmente con formulaciones opacas y pigmentadas.

Para los recubrimientos transparentes, lograr un curado superficial duro y resistente a los rayones sin amarillear ha sido el principal desafío para los LED UV. Esto se debe a que muchas formulaciones de recubrimientos dependen de las longitudes de onda más cortas emitidas por las lámparas de banda ancha para una reticulación suficiente en la superficie, y los LED UVB y UVC actuales aún no satisfacen los requisitos de curado en estas longitudes de onda más cortas. Sin embargo, a menudo se han encontrado irradiaciones más altas y ajustes a las formulaciones para resolver estos problemas. Para los demás, se está realizando un trabajo de desarrollo continuo para intentar cerrar la brecha.

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