La viabilité croissante des LED UV pour les applications automobiles et de transport

Wavelength, anglais

Abstrait

Cet article expliquera les bases de durcissement aux ultraviolets (UV), y compris l'irradiance maximale (Watts / cm²), la densité d'énergie (Joules / cm²), longueur d'onde spectrale (nm) et la puissance totale (Watts), ainsi que les différences fondamentales entre les systèmes de polymérisation à électrode, micro-ondes et LED UV. Il soulignera en outre les avantages de l'utilisation de la technologie LED UV, les tendances qui ont conduit à son adoption dans une gamme croissante de technologies de production et, plus important encore, sa viabilité croissante dans les applications automobiles et de transport.

introduction

L'industrie automobile et des transports est confrontée à plusieurs défis de conception, d'ingénierie et de fabrication au cours des prochaines années. Beaucoup d'entre eux impliquent de se préparer aux normes CAFE (Corporate Average Fuel Economy) exigeant que les fabricants atteignent une production pondérée de 54,5 miles par gallon d'ici 2025. D'autres ont à voir avec une meilleure gestion mondiale, entraînant de nouvelles réductions des déchets et de la consommation d'énergie lors de l'assemblage et usines de fournisseurs. Enfin, une pénurie de compétences démographiques et de haute technologie en constante évolution signifiera probablement encore plus d'automatisation et de contrôle des processus dans les installations de production mondiales. Pour chacun de ces défis, de nombreux nouveaux procédés de fabrication devront probablement être développés.

«Dans un effort pour faire découvrir à l'industrie automobile et des transports les mérites du durcissement par LED UV, ce document commencera par expliquer les bases du durcissement du point de vue de l'équipement.»

JENNIFER HEATHCOTE, DIRECTRICE RÉGIONALE DES VENTES, PHOSEON TECHNOLOGY

Alors que le durcissement UV conventionnel grâce à l'utilisation de lampes à micro-ondes et à arc a été utilisé dans les processus de production automobile et de transport pendant des décennies, le durcissement UV LED est relativement nouveau et n'a pas gagné beaucoup de popularité. Sur d'autres marchés, cependant, la technologie LED UV est beaucoup plus courante, car des progrès importants en matière d'équipement et de formulation permettent à la technologie de pénétrer rapidement une gamme croissante d'applications. Ceci est principalement motivé par le fait que la technologie LED UV offre de nombreux avantages en termes de performances, de fonctionnement et d'environnement et est considérée comme une technologie habilitante qui prête son utilisation au durcissement des encres, des adhésifs et des revêtements sur une plus grande gamme de matériaux sensibles à la chaleur tout en offrant un processus global et Contrôle de qualité. En conséquence, la nature transformationnelle du durcissement par LED UV est quelque chose qui devrait être explorée et évaluée pour sa viabilité d'utilisation en production, car les entreprises automobiles et de transport s'efforcent de relever divers défis de fabrication au cours de la prochaine décennie.

Dans un effort pour présenter à l'industrie automobile et des transports les mérites du durcissement UV LED, cet article commencera par expliquer les bases du durcissement du point de vue de l'équipement.

Sources industrielles de séchage UV

Les sources industrielles d'énergie UV comprennent depuis longtemps des lampes à arc de mercure à moyenne pression et alimentées par micro-ondes et, plus récemment, des diodes électroluminescentes (LED). Les trois technologies sont utilisées pour réticuler les encres, les revêtements et les adhésifs dans un large éventail de processus de fabrication. Les technologies de durcissement à l'arc et aux micro-ondes reposent sur la vaporisation du mercure dans un tube de quartz scellé contenant un mélange de gaz inerte.

La physique du mercure est telle qu'il émet de la lumière ultraviolette lorsqu'il est vaporisé. Les lampes sans électrodes utilisent des micro-ondes pour vaporiser le mercure, tandis que les lampes à électrodes exploitent un arc à haute tension entre deux électrodes pour obtenir le même résultat. Lorsque le mercure est vaporisé en un gaz plasma à très haute température, il émet une sortie spectrale à travers les bandes UVA, UVB, UVC et UVV qui peut être manipulée un petit degré en introduisant des additifs métalliques à l'intérieur des lampes.

Les lampes avec des métaux ajoutés sont généralement appelées halogénures dopés, additifs ou métalliques. La plupart des formulations d'encre, d'adhésif et de revêtement au cours des dernières décennies ont été formulées pour correspondre à la puissance des lampes au mercure standard ainsi qu'aux lampes dopées au fer et au gallium. Lorsque les formulations sont exposées à l'énergie ultraviolette, elles sont réticulées en un photopolymère.

Les LED UV, quant à elles, sont des semi-conducteurs à semi-conducteurs. Ils ne contiennent pas de pièces mobiles ni de gaz plasma au mercure et fonctionnent à des températures souvent inférieures à 1/10 des températures de fonctionnement des lampes conventionnelles. Lorsqu'il est connecté à une source d'alimentation CC, un courant électrique circule à travers les semi-conducteurs, faisant tomber les électrons dans un état d'énergie plus faible lorsqu'ils se déplacent du côté négatif au côté positif de chaque LED discrète. Le différentiel d'énergie est libéré du dispositif sous la forme d'une distribution spectrale relativement monochromatique.

Sur le plan commercial, la technologie LED UV est largement adoptée sur le marché avec des longueurs d'onde UVA plus longues (365, 385, 395 et 405 nm), et le travail de développement dans des bandes UVB et UVC plus courtes se poursuit. Bien qu'il n'y ait pas de source LED UV qui imite directement une lampe conventionnelle, les longueurs d'onde plus longues émises par les LED ont pour résultat que leur distribution spectrale est plus similaire à une lampe au fer ou au gallium qu'à une lampe au mercure basique. Le résultat est que les longueurs d'onde UV LED peuvent pénétrer plus profondément dans la chimie et produire un meilleur durcissement à travers, en particulier avec des formulations opaques et pigmentées.

Pour les revêtements transparents, l'obtention d'un durcissement de surface dur et résistant aux rayures sans jaunissement a été le principal défi des LED UV. Ceci est dû au fait que de nombreuses formulations de revêtements reposent sur les longueurs d'onde plus courtes émises par les lampes à large bande pour une réticulation suffisante à la surface, et les LED UVB et UVC actuelles ne satisfont pas encore aux exigences de durcissement dans ces longueurs d'onde plus courtes. Néanmoins, des irradiances plus élevées et des ajustements des formulations se sont souvent avérés résoudre ces problèmes. Pour les autres, un travail de développement continu est en cours pour tenter de combler le fossé.

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