UV-Härtung dreidimensionaler (3D-) Teile

Die UV-Härtung von Teilen mit komplexen Formen kann schwierig sein, weil das UV-Licht jeden Punkt der Oberfläche treffen muss, um die Beschichtung zu härten. Versteckte oder abgedeckte Bereiche werden nicht gehärtert (bleiben feucht).

UV-Härtung dreidimensionaler Teile

Heute wird die UV-Härtung sehr erfolgreich bei komplexen dreidimensionalen Teilen angewendet, z. B. bei Beleuchtungsbauteilen für Kraftfahrzeuge, Spritzgussteilen wie Mobilfunkhüllen und anderen elektronischen Geräten, Konturprodukten aus Holz, Golfbällen, Elektromotorgehäusen und Teilen aus Glasfasern.

Kann Ihr 3D-Teil mit UV-Licht gehärtet werden?

Heraeus Noblelight besitzt langjährige Erfahrung mit 3D-UV-Härtungsprojekten. Die folgenden Informationen können Ihnen helfen, festzustellen, ob die UV-Härtung für Ihr 3D-Produkt oder -Teil geeignet ist.

Chemie

Anwendung UV-härtender Beschichtungen

Die Beschichtung von 3D-Teilen mittels Spritzen oder Fluten usw. erfordert dünnflüssige Beschichtungsmaterialien, was in vielen Fällen allein mit UV-Härtungssystemen nicht einfach erreicht werden kann.

Oft werden kleine Mengen organischer Lösungsmittel zugesetzt, um die erforderliche Viskosität zu erreichen. Das ist zwar nicht ideal, aber die Hersteller sehen darin kein unüberwindliches Problem.

Natürlich sind vollständig UV-härtende Feststoffe, mit denen Spritz- oder Flutbeschichtungen realisiert werden können, das letztendliche Ziel, und es sind einige solche verfügbar. Die UV-Pulverbeschichtung ist eine weitere Möglichkeit, Anlagen, in denen ausschließlich Feststoffe zur Beschichtung von 3D-Teilen verwendet werden, zu konstruieren.

Hybride Beschichtungsverfahren mit UV-Licht und Wärme

Eine weitere Option sind hybride Beschichtungsverfahren (Kombination von UV-Licht und Wärme), die speziell zur Beschichtung von Teilen mit abgedeckten Bereichen oder für die Nachrüstung bei bereits vorhandenen Wärmeöfen geeignet sind. Die zusätzliche Anwendung von UV-Licht bei einem Fließband mit Wärmehärtung kann die Geschwindigkeit und die Qualität der Beschichtung deutlich erhöhen. Diese Hybridsysteme erlauben sehr viel geringere Einbrenntemperaturen und kürzere Einwirkzeiten als vollständig mit Wärme arbeitende Systeme. Außerdem kann das Teil nach der UV-Bestrahlung in allen Bereichen handtrocken sein, was den Vorteil einer geringeren Verunreinigungsgefahr mit sich bringt. Die Hybridsysteme bieten gleichzeitig all die verbesserten Leistungsmerkmale der 100%-UV-härtenden Beschichtungen wie verbesserte Kratz-, Abplatz-, Abriebfestigkeit usw.

Heraeus Noblelight verkauft zwar keine UV-härtenden Beschichtungsmaterialien, aber wir können Ihnen eine Liste von Gesellschaften geben, die eventuell Beschichtungsmaterialien für Ihre Bedürfnisse anbieten.

Aufbau von UV-Härtungslampen

Bei der Vielzahl unterschiedlicher Formen und Größen dreidimensionaler Objekte und ihrer Winkel und Biegungen, Ecken und Vertiefungen muss die UV-Energie der Lampe alle Oberflächen erreichen.

In vielen industriellen Anwendungen zur Beschichtung dreidimensionaler Teile müssen "optisch dicke" Beschichtungen gehärtet werden, d. h. solche, die UV-Licht schlecht passieren lassen. In diesen verringert sich die Energiedichte der UV-Strahlung auf ihrem Weg durch das Material schnell. Um eine ausreichende Härtung sicherzustellen, muss ausreichend UV-Strahlung bis auf den Grund der Beschichtung gelangen. Bei Beschichtungen mit hohem Foliengewicht, starker Pigmentierung oder großem Füllstoffanteil ist es am schwierigsten, eine gute Durchhärtung zu erreichen. Hohe UV-Spitzenbestrahlungsstärken maximieren die Durchhärtung. Auf flachen Substraten wird eine ausreichende Härtung dadurch sichergestellt, dass elliptische Reflektoren eingesetzt werden und die Beschichtung den Bereich der höchsten Spitzenbestrahlungsstärke der UV-Energie durchläuft. Bei der Härtung von Beschichtungen auf dreidimensionalen Objekten ist das viel schwieriger.

Ein kompaktes modulares Lampensystem kann so ausgerichtet werden, dass es den Konturen eines Teiles folgt oder auf bestimmte Bereiche zielt. Durch Modifizieren der elliptischen Reflektorbiegung der mikrowellenangeregten UV-Lampe kann der Brennpunkt verändert werden, um ihn weiter von der Lampenoberfläche weg zu verlagern und den Fokusbereich zu verbreitern. Dadurch wird zwar die Spitzenbestrahlungsstärke verringert, aber eine gleichmäßigere Bestrahlungsstärke über eine größere Distanz ermöglicht, wobei der Vorteil konvergierender und divergierender Strahlen zur Minimierung der Verschattung immer noch erhalten bleibt. Einen Vergleich zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1 – Vergleich von Spitzenbestrahlungswerten in W/cm2, 240 W/cm-Lampe

Abstand Lampe zu Teil
Reflektortyp 50 mm 100 mm 150 mm
Standard-elliptisch 2,45 0,46 0,14
Modifiziert-elliptisch 1,63 0,65 0,21

Einsatz von Robotern

UV-Lampen auf Robotern

Die Montage von UV-Härtungslampen auf Roboter kann große Vorteile bei der Härtung von 3D-Teilen bieten. Dies funktioniert besonders gut und ist sehr kosteneffektiv, wenn auf dem Fertigungsband Produkte mit unterschiedlichen Formen und Größen laufen, die mit einer "statischen" Anordnung von Lampen schwer abzudecken sind. Roboter ermöglichen leichteren Zugang zu abgedeckten Bereichen, die eine feststehende Lampe unmöglich erreichen könnte.

Was beim Einsatz von Robotern zu beachten ist:

  • Die UV-Lampe muss robust genug sein, um die Beschleunigungen und Abbremsungen des Roboterarms auszuhalten.
  • Die Lampe muss in vielen verschiedenen Positionen effizient und zuverlässig arbeiten.
  • Es muss ausreichend Platz für die Bewegungen des Roboters vorhanden sein, damit alle Bereiche erreicht werden können.
  • Der Roboter muss so programmiert werden, dass auf alle Teile die jeweils richtige UV-Energie abgestrahlt wird. Wurde das Teil z. B. von einem Roboter spritzbeschichtet, kann der Weg des Härtungsroboters grundsätzlich derselbe wie der des Beschichtungsroboters sein.

Kundenspezifische UV-Härtungslösungen für 3D-Teile

Bei einer speziell für einen Kunden entwickelten Lösung zur UV-Härtung dreidimensionaler Teile sind mehrere entscheidende Faktoren zu beachten:

  • Gesamtgröße und Form des Teils, auch die zu härtenden Oberflächen, Ecken und Winkel, potenzielle Schattenbereiche und die Mischung der Teile, die das Fertigungsband durchlaufen
  • Wie das Teil transportiert wird, einschließlich Ausrichtung des Teiles, und wie das Teil unter die UV-Lampe gehalten wird (in einer Reihe oder in Chargen, hängend oder auf Gestellen, drehend oder feststehend)
  • Geschwindigkeit oder Ausstoß des Bandes, einschließlich der Zeit, die benötigt wird, um die erforderliche UV-Energie zu erreichen, sowie räumliche Einschränkungen
  • Die Anforderungen bezüglich der Bestrahlung der Beschichtung, einschließlich Spezifikation von Bestrahlungsstärke, Wellenlängenbereich, Zeit und IR-Bestrahlung zur Erzielung der erforderlichen physischen Eigenschaften
  • UV-Energie und -Bestrahlungsstärke, einschließlich Anzahl benötigter Lampen, Lampenleistung und Lampenposition, zur Erzielung der gleichmäßigsten Bestrahlung, um sicherzustellen, dass die Teile die erforderlichen Spezifikationen bezüglich ihres Verwendungszwecks erfüllen

UV-Energie und -Bestrahlungsstärke, einschließlich Anzahl benötigter Lampen, Lampenleistung und Lampenposition zur Erzielung der gleichmäßigsten Bestrahlung, um sicherzustellen, dass die Teile die erforderlichen Spezifikationen bezüglich ihres Verwendungszwecks erfüllen:

UV-Installation Design-Anwendungen
Modulare Lampen mit individuellen Bewegungen, auf einem festen Rahmen montiert Scheinwerferlinsen aus Polycarbonat

Modulare Lampen mit individuellen Bewegungen in Kombination mit dem Drehen des Objektes Pulverbeschichtete Motoren
Beschichtetes Teil, das von einem Roboter unter einer feststehenden Lampe gedreht wird Kleine, komplexe Teile aus der Unterhaltungselektronik
Auf einem Roboter montierte Lampe Eine Vielzahl von Kunststoffboxen und -rahmen
Feste Lampen und auf Robotern montierte Lampen Beschichtung mit Versiegelungsmittel auf Harzmatten für Karosserieteile