Resina de curado UV: irradiación LED precisa para una impresión de barras perfecta
Un informe de AIMIS-FYT|esa
Sobre el proyecto
Como parte de un proceso de fabricación aditiva en el que se utiliza una resina de curado UV para imprimir barras y estructuras de barras, se debe medir la irradiancia del módulo LED. Un total de nueve LED de Nichia, que están colocados alrededor de la boquilla (ver Fig. 1 a la izquierda), sirven como fuente de radiación UV para curar la resina extruida. Tres LED forman un grupo (1, 2, 3) en el que la distancia a y el ángulo α son iguales (ver Fig. 2). Cada LED también está provisto de una lente. Esto establece un ángulo de haz definido (FOV) (ver Fig. 1 a la derecha). Seis de los LED tienen un ángulo de irradiación de 30° e irradian la zona de salida de la boquilla y una parte a lo largo de la varilla impresa. Los otros tres LED tienen un ángulo de irradiación de 10° y se enfocan directamente en la zona de salida de la boquilla.
Imagen 1: Disposición de los LED alrededor de la boquilla y el campo de visión de las lentes
Imagen 2: Disposición geométrica de los LED alrededor de la boquilla.
Ejecución de medidas
Para saber qué irradiancia E_e en el rango de longitud de onda de 365 nm llega realmente a la salida de la boquilla y a lo largo de la varilla impresa para la configuración de LED dada, se proporciona el dispositivo de medición móvil X1-1-RCH-116-4 de Gigahertz-Optik. como dispositivo de préstamo para la medición. El dispositivo consta del optometro X1-1 y del detector RCH-116-4.
Para las mediciones, el detector UV se coloca debajo de la boquilla (ver Fig. 3). La irradiancia se mide a diferentes distancias b de la salida de la boquilla y con varias intensidades de UV. En cada punto de medición los LED se encienden durante dos segundos. Después de estos dos segundos, se registra el último valor medido mostrado en el optometro. La pausa entre dos mediciones es de 5 segundos.
Figura 3: Medición utilizando un radiómetro
Measurement results:
La figura 4 muestra la irradiancia E_e en función de la intensidad UV para diferentes distancias b desde la salida de la boquilla. Cada curva corresponde a una distancia b específica. Es fácil ver que las curvas inicialmente aumentan relativamente pronunciadas a baja intensidad de UV y se aplanan o se saturan a medida que aumenta la intensidad de UV.
Con intensidades UV elevadas, la potencia eléctrica de los LED se convierte directamente en pérdida de potencia o producción de calor, como lo han confirmado las mediciones de temperatura.
Figura 4: Irradiancia en función de la intensidad UV
En la Fig. 5, la irradiancia también se muestra en función de la distancia b de la boquilla para diferentes intensidades de UV. Debido a la disposición de los LED, la distancia máxima es b=20 mm detrás de la boquilla (ver curva superior en la Fig. 4).
Figura 5: Irradiancia en función de la distancia b a la salida de la boquilla
Durante las pruebas de medición se demostró que la irradiancia cae bruscamente con intensidades UV altas en los primeros segundos después de encender los LED (varios 100 mW/cm^2).
La razón es la rápida generación de calor de los LED, lo que provoca una pérdida de potencia. Para estudiar más detalladamente el efecto se realizan mediciones adicionales en las que se mide la irradiancia en función del tiempo.
Para ello, los LED se encienden durante 20 segundos cada uno con diferentes intensidades de UV. Las mediciones se realizan en una distancia b=20 mm.
Figura 6: Irradiancia en función del tiempo
El calentamiento de los LED también es claramente visible en los resultados de impresión. En la Fig. 7, se imprimieron diez barras con la misma configuración. En la imagen superior, las barras se imprimieron inmediatamente una tras otra. La irradiancia ya no fue suficiente para un endurecimiento suficiente de las últimas barras. En la imagen inferior se observó una pausa de 60 segundos entre cada barra para que los LED se enfriaran lo suficiente.
Figura 7: Arriba: Sin pausa entre la impresión de dos barras; Abajo: descanso de 60 segundos
Conclusión:
Con el radiómetro de Gigahertz-Optik se pudo medir con precisión la irradiancia de la configuración LED y mostrar la pérdida de potencia de los LED con intensidades UV elevadas en función del tiempo. El siguiente paso es mejorar aún más la refrigeración de los LED.
De un vistazo:
- Medición de la irradiancia del módulo LED, necesaria para imprimir varillas y cerchas
- La irradiancia se mide a diferentes distancias b de la salida de la boquilla y a varias intensidades de UV.
- Medición de la irradiancia en función del tiempo.