紫外线固化三维 (3D) 零件

紫外线固化形状复杂的零件可能是个挑战,因为紫外线固化是一种“视线”,意味着表面的每个点必须看到紫外线能量才能固化涂料。隐藏区或阴影区保持未固化(湿润)状态。

紫外线固化三维零件

如今,紫外线固化在复杂的三维零件上运用得非常成功,包括汽车照明总成、注塑件(例如手机壳和其它电子设备)、有轮廓的木制品、高尔夫球、电机壳和玻璃纤维复合零件。

您的 3D 零件是否可以使用紫外线涂料?

Heraeus Noblelight 在 3D 紫外线固化项目方面具有多年的经验。以下信息可帮助您确定紫外线固化是否适用于您的 3D 产品或零件。

化学

运用紫外线固化涂料

多数情况下,使用 100% 紫外线固化系统在 3D 零件上涂敷无法轻松实现,包括需要低粘度涂料的喷涂或浇涂。

通常会添加少量有机溶剂来满足粘度要求。虽然不太理想,但是制造商不认为这是不能克服的问题。

当然,100% 固体可喷涂或可浇涂的紫外线固化涂料是终极目标,且已有部分产品面世。紫外线粉末涂料也是实现 3D 零件 100% 固体系统的途径。

混合紫外线/热涂料

另一种选择是采用双固化混合涂料(紫外线和热能相结合),这特别适合于涂装有阴影区的零件,或者在已存在热炉的条件下进行翻新。在热固化产线中添加紫外线可显著提高产线速度和涂装质量。这类混合系统需要的烘烤温度比 100% 热固化低,且时间也更短。此外,在紫外线照射后,所有区域表面干燥,减少污染风险。混合系统保留了 100% 紫外线固化涂料在抗刮性、光滑性、耐擦性等方面的所有改进性能。

尽管 Heraeus Noblelight 不销售紫外线固化涂料,但是我们可以提供涂料可能满足您要求的公司名单。

紫外线固化灯设计

三维物体中的各种形状和大小、角度和曲线、边缘和凹槽要求固化灯将紫外线能量照射至所有表面。

工业三维涂料的许多应用需要固化“光厚”涂料;即紫外线吸收率高的涂料。紫外线在穿过涂层时,它的能量密度会迅速降低。要确保充分固化,必须要有足够的紫外线达到涂料底部。膜重、色素淀积或填料水平高的涂料最难达到良好的固化效果。向涂层提供紫外线辐射强度峰值可实现最大固化效果。在平面基体上,使用椭圆反射器,以及确保涂层经过紫外线能量聚焦的最高辐射强度值区域,这可以确保充分固化。固化三维物体上的涂层则更加困难。

可安排一个紧凑式模块化灯系统沿着零件轮廓照射,或者对准特定区域。通过修改微波紫外灯的椭圆反射腔,可更改焦点,从灯表面进一步向外推,扩大聚焦面积。这会减少辐射强度峰值,但是可以在更长距离上实现更一致的辐射度,同时仍然保持了会聚和发散光线的优点,尽量减少阴影。请参阅表 1 了解对比情况。

表 1 - 辐射强度峰值对比 (W/cm)2, 240 W/cm 灯 (600 W/in)

灯与零件的距离
反射器类型 50mm 100mm 150mm
标准椭圆 2.45 0.46 0.14
改装椭圆 1.63 0.65 0.21

使用机器人

紫外线灯安装在机器人上

将紫外固化灯安装在机器人设备上可带来固化 3D 零件的巨大优势。如果产线中的产品形状和尺寸不一,“静态”灯列难以全面覆盖,使用机器人就具有特别好的效果,且最具成本效益。机器人更容易触及固定灯无法达到的阴影区。

使用机器人要考虑的问题:

  • 紫外灯必须非常牢固,能够承受机械手臂的加速和减速摆动。
  • 紫外灯必须能够在各种不同的位置有效且可靠地工作。
  • 确保有足够空间供机器人运动,使之能够覆盖所有区域。
  • 机器人必须经过编程,确保向所有零件提供正确的紫外线能量。比方说,如果零件使用的是机器人喷涂,机器人固化系统基本上可沿用涂装机器人相同的模式和路径。

3D 零件的定制紫外线固化解决方案

3D 零件的定制紫外线固化解决方案取决于以下几个关键因素:

  • 零件的总体尺寸和形状,包括需要固化的表面、边缘和角度、潜在阴影区和产线中输送的不同零件
  • 零件的输送机制,包括零件方向、零件的夹持方式和暴露在紫外灯下的方式(单件或批量、悬挂或夹具夹持、旋转或固定)
  • 产线速度或产量,包括达到所需紫外线能量需要的时间和任何空间限制
  • 涂层的暴露要求,包括辐射强度规格、波长范围、时间和产生所需物理特性的红外暴露
  • 紫外线能量和辐射强度,包括所需灯数量、灯功率和灯位置,以便提供最一致的暴露效果,确保零件满足所需最终使用规格

紫外线能量和辐射强度,包括所需灯数量、灯功率和灯位置,以便提供最一致的暴露效果,确保零件满足所需最终使用规格:

紫外线安装 设计应用
安装在固定框架上的模块化灯,单独运动 聚碳酸酯头灯镜片

与物品的旋转相结合的模块化灯,单独运动 粉末涂装电机
机器人夹持涂装零件,在固定灯下旋转 消费电子使用的小型复杂零件
安装在机器人上的紫外线灯 各种塑料盒和塑料框
固定灯和安装在机器人上的灯 SMC 主体镶板上的封闭漆