Durcissement UV Pièces tridimensionnelles (3D)

Le durcissement UV de pièces de forme complexe peut s'avérer difficile parce qu'il est « dans la ligne de vision », ce qui signifie que chaque point sur une surface doit être face à l'énergie ultraviolette pour durcir le revêtement. Les zones cachées ou d'ombre demeureront non durcies (elles resteront humides).

Durcissement UV de pièces tridimensionnelles

Aujourd'hui, le durcissement UV est mis en oeuvre avec succès sur des pièces tridimensionnelles complexes, comme des dispositifs d'éclairage automobile, des pièces en plastique moulé, comme les boîtiers de téléphones mobiles et d'autres appareils électroniques, des produits en bois modelés, des balles de golf, des boîtiers de moteurs électriques et des pièces composites en fibre de verre.

Est-ce que votre pièce 3D peut être revêtue par le rayonnement ultraviolet ?

Heraeus Noblelight atteste d'une solide expérience dans les projets de durcissement UV en 3D. Les informations ci-dessous peuvent vous aider à déterminer si le durcissement UV peut être approprié à votre produit ou pièce 3D.

Chimie

Application de revêtements durcissables par UV

L'application de revêtements sur des pièces 3D, comme le revêtement par pulvérisation ou le revêtement par flux, requiert des revêtements à faible viscosité qui, de nombreux cas, ne peut pas être réalisé facilement en utilisant un système de durcissement 100% UV.

De petites quantités de solvants organiques sont souvent ajoutées pour satisfaire aux exigences de viscosité. Même si ce n'est pas idéal, les fabricants ne considèrent pas cela comme un problème insurmontable.

Bien entendu, l'objectif final est la mise en oeuvre de solides à 100%, des revêtements pouvant être pulvérisés ou revêtus par flux,, durcissables par UV. Certains sont disponibles. Les revêtements par poudre UV sont également un chemin vers des systèmes de solides 100% pour les pièces 3D.

Revêtements hybrides UV/thermiques

Les revêtements hybrides à double durcissement (association des durcissements UV et thermique) sont cependant une autre possibilité spécialement adaptée pour revêtir des pièces qui ont des zones d'ombre ou pour moderniser des installations dans lesquelles des fours thermiques existent déjà. L'ajout d'ultraviolets à une ligne de durcissement thermique peut augmenter significativement les vitesses des lignes et la qualité des revêtements. Ces systèmes hybrides requièrent des températures de cuisson beaucoup plus basses et, pour des périodes plus courtes que leurs équivalents 100% thermiques. De plus, la partie peut être sèche au toucher dans toutes les zones après l'exposition aux UV, avec l'avantage du risque de contamination moindre. Les systèmes hybrides conservent toutes les caractéristiques de performance améliorées des revêtements durcissables 100% par UV en termes de résistance améliorée aux rayures, à l'écaillage, à l'abrasion, etc...

Heraeus Noblelight ne vend pas de revêtements durcissables par UV. Neanmoins, nous pouvons fournir une liste de sociétés proposant des revêtements satisfaisant à vos exigences.

Conception de lampe de durcissement UV

Compte tenu du grand nombre de formes et de tailles, d'angles et de courbes, de bords et de renfoncements présents dans un objet en 3 dimensions, les lampes doivent fournir de l'énergie ultraviolette sur toutes les surfaces.

De nombreuses applications dans les revêtements en trois dimensions industriels requièrent un durcissement de revêtements « visuellement épais », c'est-à-dire des revêtements qui ont un pouvoir d'absorption élevé de la lumière ultraviolette, ce qui a pour effet une diminution rapide de la densité d'énergie des ultraviolets car elle circule à travers le revêtement. Pour assurer un durcissement adéquat, un rayonnement ultraviolet suffisant doit atteindre la base du revêtement. Les revêtements avec un poids de film, une pigmentation ou des niveaux de remplissage élevés posent le plus de difficultés pour la réalisation d'un bon durcissement. L'apport d'un rayonnement ultraviolet à irradiance maximale sur le revêtement optimise le durcissement. Sur des substrats plats, l'utilisation de réflecteurs elliptiques assurant un revêtement à travers la zone d'irradiance maximale sur le point central de l'énergie ultraviolete assure un durcissement adéquat. Lors du durcissement de revêtements sur des objets tridimensionnels, ceci est beaucoup plus difficile.

Un système de lampe modulaire compact peut être disposé pour suivre les contours d'une pièce ou ciblé sur des zones spécifiques. En modifiant la cavité du réflecteur elliptique de la lampe UV alimentée par micro-ondes, le point central peut être modifié, en étant éloigné de la face de la lampe et en élargissant la zone focale. Ceci réduit l'irradiance maximale, mais permet aussi d'atteindre un niveau d'irradiance plus constant sur une plus longue distance tout en conservant l'avantage de la convergence et de la divergence des rayons pour minimiser l'ombrage. Voir tableau 1 pour une comparaison.

Tableau 1 - Comparaison des valeurs d'irradiance maximale en W/cm2, lampe 240 W/cm (600 W/in)

Distance de la lampe par rapport à la pièce
Type de réflecteur 50 mm 100 mm 150 mm
Élliptique standard 2.45 0.46 0.14
Élliptique modifié 1.63 0.65 0.21

Utilisation de la robotique

Lampes UV sur robots

Le montage de lampes de durcissement UV sur des appareils robotiques peut apporter de grandsavantages pour le durcissement de pièces 3D. Ce montage est particulièrement efficace et généralement plus avantageux si la ligne de production contient un mélange de formes et de tailles qu'il est difficile de traiter avec une série « statique » de lampes. Les robots permettent un accès plus facile aux zones d'ombre qu'il serait impossible d'atteindre avec des lampes fixées.

Questions à prendre en considération pour l'utilisation de la robotique :

  • La lampe UV doit être suffisamment robuste pour résister aux variations d'accélération et de décélération du bras du robot.
  • La lampe doit pouvoir fonctionner efficacement et sûrement dans un grand nombre de positions.
  • Il convient de s'assurer que l'espace est suffisant pour permettre que le mouvement du robot couvre toutes les zones.
  • Le robot doit être programmé pour que l'énergie ultraviolette requise soit appliquée sur toutes les pièces. Si la pièce a été revêtue par pulvérisation par voie robotisée, par exemple, le système de durcissement robotique peut suivre essentiellement le même profil et la même trajectoire que le robot de revêtement.

Solutions de durcissement UV sur mesure pour les pièces 3D

Une solution mise au point sur mesure pour le durcissement UV de pièces tridimensionnelles dépend de plusieurs facteurs critiques :

  • La taille et la forme globale de la pièce, incluant les surfaces, les bords et les angles, qui doivent être durcies, les zones d'ombre potentielles et le mélange de pièces circulant à travers la ligne de production
  • Le mécanisme de transport de la pièce, incluant l'orientation des pièces, la façon dont les pièces sont maintenues et présentées sur les lampes UV (rangée unique ou lots, en suspension ou sur gabarits, en rotation ou fixées)
  • La vitesse ou le rendement sur la ligne, incluant le temps qui sera nécessaire pour obtenir l'énergie ultraviolette requise et les restrictions d'espace
  • Les exigences d'exposition du revêtement, incluant les spécifications d'irradiance, de gamme de longueur d'onde, de temps et d'exposition infrarouge, pour générer les propriétés physiques requises.
  • L'énergie ultraviolette et l'irradiance, incluant le nombre de lampes nécessaires, la puissance et la position des lampes pour fournir l'exposition la plus uniforme afin de s'assurer que la pièce respecte les spécifications d'utilisation finale requises.

L'énergie ultraviolette et l'irradiance, incluant le nombre de lampes nécessaires, la puissance et la position des lampes pour fournir l'exposition la plus uniforme afin de s'assurer que la pièce respecte les spécifications d'utilisation finale requises :

Installation UV Applications de conception
Lampes modulaires avec mouvement individuel, montées sur un cadre fixé Lentilles de lampe frontale en polycarbonate

Lampes modulaires avec mouvement individuel combiné avec la rotation de l'objet Moteurs revêtus par poudre
Pièce revêtue, maintenue par robot et tournée sous une lampe fixée Petites pièces complexes utilisées dans l'électronique grand public
Lampe UV montée sur un robot Large éventail de boîtiers et cadres en plastique
Lampes fixées et lampes montées sur robot Couche isolante sur panneaux de carrosserie SMC