Verbesserung von Verarbeitungsprozessen mit UV-LED-Härtung.

Der UV-Härtungsprozess

Die kommerzielle Nutzung der UV-LED-Härtungstechnologie entwickelt sich dank der verbesserten Energieausbeute und der zunehmenden Verfügbarkeit von Formulierungen für Tinten, Klebstoffe und Beschichtungschemikalien rasch weiter. Die Leistung der UV-LEDs steigt jährlich um 12%!

Dies bedeutet, dass Anwendungen mit höheren Produktionsgeschwindigkeiten nun realisierbar sind.

In diesem Artikel erhalten Sie eine kurze Einführung in die UV-LED-Härtung, die Vorteile für Verarbeitungslinien und die nächsten Schritte zur Stärkung Ihrer Wettbewerbsfähigkeit.

UV-LED-Leistung

Im Gegensatz zur herkömmlichen UV-Härtung mit breitem Spektrum ist die Leistung von UV-LEDs zur Härtung derzeit nur in einer von vier schmalen, fast monochromatischen Wellenlängen verfügbar: 365, 385, 395 und 405 nm.
Dies bedeutet zwar weniger Leistungsverschwendung (durch unnötige oder unnützliche Wellenlängen), aber auch, dass Chemieformulierer neue Chemikalien entwickeln müssen, die auf diese spezifischen Wellenlängen ansprechen und gleichzeitig die spezifischen Anforderungen an die Beschichtung oder den Klebstoff erfüllen.
Bei manchen Anwendungen, wie zum Beispiel Laminierklebstoffen, verwenden bereits Additive mit längerer Wellenlänge oder "dotierte" Bogenlampen, da kürzere Wellenlängen von der Folie absorbiert werden. Daher ist das Laminieren bei den derzeitigen Möglichkeiten der UV-LED-Härtung die natürliche Lösung.

Kommerzielle UV-LED-Härtung

Derzeit wird die UV-LED-Härtung kommerziell für Anwendungen im grafischen Bereich wie den digitalen Inkjet-, Flexo- und Bogenoffsetdruck sowie für industrielle Inkjet-Beschriftungen und -Codierungen, Kleben, Versiegeln, Siebdruckdekoration, Elektronikverkapselungen und -vergüsse und Photoresist-Anwendungen eingesetzt.
Die Nachrüstung von Verarbeitungslinien mit bestehenden UV-Härtesystemen zu UV-LED-Härtesystemen (zusätzlich oder als Ersatz) ist für bestimmte Anwendungen aufgrund der signifikanten Prozessverbesserungen und der daraus resultierenden wirtschaftlichen Vorteile unvermeidlich.

Prozessdesign und Geschäftsvorteile der UV-LED-Härtung

Verglichen mit der bestehenden UV-Härtungstechnologie bieten UV-LED-Härtungssysteme aufgrund ihrer deutlich längeren Lebensdauer und der sofortigen Ein-/Ausschaltbarkeit eine längere Betriebszeit. UV-LEDs halten bis zu zehnmal länger (10.000 Stunden und mehr) als UV-Härtungssysteme.

Die sofortige Ein-/Ausschaltbarkeit der UV-LEDs bedeutet, dass Sie nicht mehr warten müssen, wenn eine Linie neu gestartet werden muss oder mit wartungsintensiven Shuttern zu tun haben, wie dies bei UV-Bogenlampensysteme der Fall ist. Weniger Stillstand führt zu höheren Produktionsraten.

UV-LED-Härtungssysteme arbeiten bei weitaus kühleren Temperaturen als herkömmliche UV-Härtungssysteme, sodass hitzeempfindliche Materialien verwendet werden können, ohne dass diese beschädigt werden. Dank der Dimmungssteuerung können Sie genau die Leistung einstellen, die bei sich ändernden Prozessanforderungen erforderlich ist.

Zusätzlich zu weniger Produktverschwendung ermöglicht diese erhöhte Prozessflexibilität und -kontrolle Ihrer Produktionsmöglichkeiten und eine höhere Auslastung der Verarbeitungslinien.

Davon ausgehend, dass in Ihrer Anlage genug Platz ist, kann auch der Einsatz von UV-LED- neben herkömmlichen UV-Härtungsystemen weitere Flexibilität bieten und verschiedene Testläufe ermöglichen, bevor sie auf zusätzlichen Linien und Standorten implementiert werden.

Dank ihrer kleineren Größe können UV-LED-Härtungssysteme problemlos in vorhandene Verarbeitungslinien nachgerüstet werden. Da sie so klein sind, benötigen sie auch keine sperrigen und lauten externen Kühl- und Abluftgebläse.

UV-LEDs müssen gekühlt werden. Dies geschieht jedoch entweder mit internen Muffin-Lüftern oder per Wasserkühlung.

Es sind keine Shutter erforderlich und auch das Wärmemanagement und die Lichtabschirmung werden erheblich vereinfacht. Da auch kein Ozon erzeugt wird (herkömmliche UV-Lampen erzeugen aus kurzwelliger Strahlung zwischen 180 nm und 220 nm Ozon) oder Quecksilber in den UV-LEDs vorhanden ist, ist die Arbeitsumgebung sicherer.

Prozessentwickler benötigen zuverlässige und konsistente UV-Härtungsprozesse, die leicht kopiert oder sogar überall auf der Welt ausgeführt werden können. UV-LED-Systeme sind deutlich kleiner und leichter, daher ist das Verlagern einfacher und kostengünstiger als bei der herkömmlichen UV-Härtung.

Da UV-LEDs erheblich weniger Kühlluft benötigen, ist für Verarbeitungslinien, die sich in höheren oder niedrigeren Gegenden befinden, keine wesentlich andere Kühlleistung erforderlich. Selbst bei unzureichender Kühlung liefert eine UV-LED in der Regel eine angemessene Leistung, um die Prozessanforderungen zu erfüllen, obwohl sich die Nutzungsdauer wahrscheinlich verkürzt. Im Gegensatz dazu überhitzen herkömmliche UV-Härtungssysteme ohne ausreichende Kühlung die Substrate in der Regel oder ihre Wellenlänge ändert sich, um die Härtungsergebnisse zu beeinflussen und die Lebensdauer zu verringern.

Die UV-LED-Härtung bietet somit einen zuverlässigen und konsistenten Prozess, unabhängig davon, wo er an Ihren weltweiten Produktionsstandorten ausgeführt wird.

Die UV-LED-Härtung sorgt im Vergleich zur herkömmlichen UV-Härtung aufgrund der Energieeinsparungen, weniger Verschleißteilen und geringerer Wartungskosten für deutlich niedrigere Betriebskosten. UV-LEDs verbrauchen im Vergleich zur herkömmlichen UV-Härtung normalerweise etwa 30 - 70% weniger Energie.

Da keine Verbrauchsteile wie Lampen, Magnetrone, Vorschaltgeräte und Reflektoren vorhanden sind, werden Kosten eingespart. Der geringere Wartungsaufwand resultiert aus weniger Arbeitsaufwand beim Lampenwechsel und bei der Reinigung/Wartung anderer Teile wie Vorschaltgeräte, Magnetrons, Blenden, Reflektoren und Ventilatoren.

Herausforderungen


So wie die LED-Technologie die Fahrzeugbeleuchtung, Innenraumbeleuchtung und andere herkömmliche Lichtquellen ersetzt hat, wird auch die UV-LED-Härtung aufgrund der hier beschriebenen Vorteile die traditionelle UV-Härtungstechnologie für einige Verarbeitungsanwendungen unweigerlich ersetzen. Natürlich bestehen für die UV-LED-Härtung in kommerziellen Verarbeitungsverfahren noch Herausforderungen, unter anderem die Suche nach geeigneten und verfügbaren chemischen Formulierungen. Verarbeitungsverfahren wie optische Filme mit Hartbeschichtung stellen eine besondere Herausforderung für die UV-LED-Härtung dar, da für die Oberflächenhärtung kurze Wellenlängen von deutlich unter 365 nm erforderlich sind. Dabei könnte die Kombination der UV-LED-Härtung mit der vorhandenen UV-Härtung die ideale Lösung sein.

Die vielversprechendsten Breitbahnanwendungen (Entwicklungsarbeiten, Pilotlinien und kommerzielle Linien) für die UV-LED-Härtung sind:

  • Laminierklebstoffe (Film-zu-Film, Film-zu-Folie und Film-zu-Papier)
  • Hydrogele (transdermale Pflaster usw.)
  • Prozesse, bei denen die UV-Leistung auf einer Seite eines Substrats hindurchtreten kann, wie zum Beispiel bei einem transparenten Film, um:
    • die darunter liegenden Chemikalien zu erreichen
    • Muster (Nanoimprint-Lithographie) auf dem Film zu erzeugen.

Da sich die UV-LED-Härtungstechnologie so schnell weiterentwickelt, ist die Entscheidung, wann sie erworben werden sollte, schwierig. Denn schließlich wollen Sie die Vorteile der Technologie nutzen, ohne dass Ihre Systeme zu schnell veralten.

Nächste Schritte

Was sollten Prozessentwickler und Konstrukteure jetzt tun, um nicht den Anschluss zu verpassen?

Zuerst sollten sie sich über die UV-LED-Härtungstechnologie, Hersteller und mögliche Partner für die Chemikalienformulierung informieren, um zu prüfen, ob die Technologie für Ihre Verarbeitungsprozesse geeignet ist – insbesondere für Anwendungen mit Laminierklebstoff und anderen Prozessen, für die derzeit längerwellige Additivlampen verwendet werden.

Anschließend sollten sie Kontakte zu erfahrenen Anbietern aufbauen, die sie durch Labortests und Vor-Ort-Versuche bei der Entwicklung zuverlässiger und flexibler UV-LED-Härtungsprozesse unterstützen können. Sie benötigen Partner, die Ihnen bei der Beurteilung des richtigen Investitionszeitpunkts für UV-LED-Härtungssysteme helfen können.

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