Utwardzanie światłem UV powłok światłowodowych

Przegląd aplikacji

Współczesne światłowody znacznie się rozwinęły od czasu ich powstania w latach sześćdziesiątych. Rosnące zapotrzebowanie na światłowody, zwłaszcza w przemyśle telekomunikacyjnym, doprowadziło do produkcji włókna światłowodowego o dużej pojemności.

Rynek włókien optycznych ma wzrosnąć w CAGR na poziom 5,1% w latach pomiędzy 2014 a 2019, aby osiągnąć wartość 3,0 miliardów dolarów. Wzrastający popyt napędza inwestycje w nowe sektory informatyczne i telekomunikacyjne.  Napędza przez zbliżające się wydarzenia i projekty w Stanach Zjednoczonych, Chinach, Indiach, Brazylii i krajach Europy Zachodniej i Wschodniej. Włókno szklane jest ciągnione na wielopiętrową wież, gdzie na górze forma wstępna ogrzewa się i ciągnie do cienkiego pasma (patrz rysunek 1).  Aby chronić włókna, w warstwach koncentrycznych nakłada się dwie warstwy materiału powłokowego, takiego jak polimer akrylanowy lub poliimidowy. Następnie szybko utwardza ​​się przy użyciu wysokiej intensywności światła UV.

Proces mokry – mokry

W niektórych sytuacjach obie warstwy powłokowe nakłada się kolejno, a następnie utwardza ​​się światłem UV w procesie „mokry-mokry”. Alternatywnie, proces nanoszenia  „mokry-suchy” nakłada się pierwszą warstwę powłoki, która ulega utwardzaniu UV przed nałożeniem warstwy wtórnej. Po czym następują dodatkowe etapy utwardzania UV.

Rysunek 1: Schemat wieży światłowodowej.

W obecnych procesach produkcji światłowodowej, do utwardzania powłok włóknistych wykorzystuje się wysokowydajną lampę łukową UV lub mikrofalowe systemy lamp UV. Systemy te wytwarzają światło ultrafioletowe przez przechodzenie łuków elektrycznych lub mikrofalowych przez szklaną rurkę zawierającą wysokie ciśnienie pary wodnej rtęci. W tych lampach wytwarza się bardzo szeroki zakres widmowy poniżej 200 nm do ponad 800 nm. Dlatego wraz z energią UV od 250 nm do 400 nm, która jest skuteczna w utwardzaniu, wytwarzane są znaczne ilości zewnętrznych długości fali, włączając w to światło podczerwone, które nie przyczyniają się do utwardzania.

Lampy UV

Lampy te mają wiele wad, w tym:

  • Niska efektywność. Lampy UV są z natury niewydajne w wytwarzaniu światła UV, co powoduje wyższe koszty eksploatacji elektrycznej.
  • Wymiana balastu. Balast w zasilaniu systemami mikrofalowymi UV musi być często wymieniany. Powoduje to czas przestojów i dodatkowe koszty pod względem części i wsparcia technicznego.
  • Czyszczenie i wymiana reflektorów. Wysokie koszty utrzymania oraz koszty operacyjne obejmują okresowe czyszczenie reflektora stosowanego do osiągnięcia jednolitej wylewki wokół cylindrycznego włókna. Powierzchnia tych reflektorów jest narażona na działanie intensywnego promieniowania UV i materiałów powłokowych z włókna. Musi być wymieniona po kilkuset godzinach pracy. Ten reflektor nie jest wymagany w systemach LED UV.
  • Ograniczony czas życia. Lampy łukowe UV wymagają wymiany co 2000-5000 godzin pracy. Podczas gdy lampy wzbudzane promieniowaniem UV wymagają wymiany co 6 000 do 8 000 godzin pracy, co z kolei prowokuje dodatkowe koszty i przestoje w procesie.
  • Produkcja ozonu. Promieniowanie fal o długości mniejszej niż 200 nm wytwarza ozon z tlenu w powietrzu. Systemy łuku świetlnego UV, które wytwarzają światło poniżej 200 nm, wytwarzają ozon, który musi być filtrowany przez wentylator na zewnątrz z układem wydechowym. Obiekty produkcyjne, które muszą spełniać wymogi normy EN14001, zawierają kosztowne stosy i płuczki.

Systemy utwardzania UV LED dla zwiększenia efektywności utwardzania

Systemy utwardzania promieniowaniem UV są powszechnie stosowane w przemyśle elektroniki, optyki i urządzeń medycznych. Tam są oceniane w celu zapewnienia wysokiej wydajności, długiej żywotności i niskich kosztów działania w porównaniu z systemami lampy łukowej UV. Systemy LED UV generują światło w określonych długościach fal, na przykład 365 nm lub 395 nm, które można dopasować do wymagań powłok. Systemy LED UV OmniCure z serii AC zapewniają dodatkową zaletę optyki czołowej dostosowanej do potrzeb użytkownika, która może zmaksymalizować natężenie promieniowania w miejscu utwardzania na określoną odległość roboczą. Soczewki dostosowane do indywidualnych wymagań użytkownika wytwarzają bardzo intensywną wiązkę światła LED, aby zoptymalizować skuteczność utwardzania przez zmaksymalizowanie energii UV na bardzo cienkiej nici włókna. OmniCure AC8225-F dodatkowo wzmacnia wiązkę wyjściową w stosunku do poprzednich serii OmniCure, wykorzystując technologicznie zaawansowany, niestandardowy projekt silnika światła LED.

OmniCure AC8225-F

Systemy LED UV, takie jak OmniCure AC8225-F (patrz rysunek 2) mogą stanowić alternatywę lub uzupełnienie istniejących systemów utwardzania światłem UV w procesach wytwarzania światłowodu. Systemy te mogą być stosowane w wielu konfiguracjach w zależności od procesu produkcyjnego i materiału powłokowego. Jedna z korzystnych konfiguracji polega na zastąpieniu każdego z systemów opartych na lampie UV i lustrze reflektora jednym lub kilkoma zestawami systemów OmniCure AC8225-F, ze skupionymi soczewkami skierowanymi ku sobie, aby uzyskać jednolitą intensywność promieniowania UV na włóknie (patrz rysunek 3).

Rysunek 2: Seria AC8 OmniCure z niestandardowym obiektywem

Systemy UV oparte na lampie często używają lustra, aby odbijać światło UV na miejscu utwardzania, w celu osiągnięcia bardziej jednolitego utwardzenia. Ze względu na niższy pobór mocy i łatwość instalacji dwa systemy LED UV może zastąpić pojedynczy system oparty na świetle, a światło z każdego systemu można kierować z przeciwnych stron, aby pokryć całą średnicę włókna. Możliwe są liczne inne konfiguracje utwardzania, dopasowując materiały powłokowe do długości fali UV diody LED.

Testowanie przy użyciu nowych powłok zoptymalizowanych pod kątem LED wykazało prędkość większa niż 2400 m / min w aplikacji ” mokre-suche” przy użyciu tylko czterech systemów AC8225-F 395nm, które zostały skonfigurowane w stosowanej parze obiektywów.

System utwardzania LED

W procesie „mokre-mokre”, optyczne cienie pierwotnej powłoki rzucane przez drugą powłokę mogą prowadzić do mniejszej szybkości rysowania lub wymagać większej liczby systemów LED UV. Dalsze badania z różnymi i ulepszonymi formulacjami powłok pierwotnych mogą być w stanie wyeliminować problem cieniowania i umożliwić szybszy przepływ procesu.

Rysunek 3: Zestaw systemów do utwardzania LED LED OmniCure AC8225-F z soczewkami skierowanymi ku sobie.

Systemy OmniCure AC8225-F 395nm cechują się wiodącym światłowodem o mocy 12W / cm2 . Mierzone w odległości roboczej od 10 mm do 18 mm, co widać na wykresie dystrybucji optycznej poniżej.

Zwykle system utwardzania LED jest bardzo czuły na odległość roboczą. Poziom napromieniania ulega znacznej zmianie w wyniku niewielkich zmian odległości roboczej. Niestandardowa optyka systemu OmniCure AC8225-F utrzymuje napromieniowanie niemal niezmienione od 10 do 18 mm, typowe odległości robocze dla aplikacji pokrywania światłowodu.

Wysoko wydajne, chłodzone powietrzem systemy LED UV, takie jak OmniCure AC8225-F, są prosto wprowadzane do stanowiska utwardzania w wieży ciągnienia włókien (patrz rysunek 3). Jeśli w konfiguracji obiektywu do soczewki nie jest wymagane zewnętrzne lustro, zmniejsza to dodatkowe koszty i przestoje w porównaniu do systemów opartych na lampach. Systemy LED UV wykorzystują wydajne i niezawodne sterowniki o stałym poborze prądu. One nie wymagają wymiany balastu, a tym samym redukują czas przestojów w porównaniu z systemami opartymi na lampach. Systemy LED nie wymagają zewnętrznego odpowietrzania w celu usunięcia ozonu. Dzięki czemu koszty operacyjne są zredukowane i uproszczone zgodności z normami środowiskowymi, takimi jak EN 14001.

Dlaczego LED OmniCure

System LED LED OmniCure AC8225-F zapewnia całkowitą sprawność, która w zależności od aplikacji może obniżyć koszty eksploatacji energii elektrycznej nawet o 60%. Głowice LED są również samoistnie długotrwałe, a innowacyjne projekty termiczne mają typową operacyjną żywotność większą niż 40 000 godzin. Ja to się w porównaniu do 6 000 do 8 000 godzin w przypadku lamp mikrofalowych i od 2000 do 5000 godzin w przypadku lamp łukowych UV. Oszczędność kosztów dzięki ograniczonemu zużyciu energii może wystarczyć, aby szybko spłacić inwestycję w instalację systemów LED. Odwiedź witrynę http://www.excelitas.com/Pages/Product/Fiber-Curing-Cost-Save- Calculator.aspx, aby obliczyć oszczędność kosztów przy użyciu systemu OmniCure LED.

Korzyści z Systemu utwardzania UV LED

System utwardzania LED UV OmniCure zapewnia wiele korzyści związanych z produkcją światłowodu, w tym:

  • Obniżone koszty. Wydajność systemu LED OmniCure AC8225-F UV powoduje obniżenie kosztów energii elektrycznej nawet o 60% w zależności od aplikacji.
  • Zwiększona produktywność. Systemy LED UV nie wymagają wymiany balastu oraz mają żywotność ponad 5 razy większą niż w przypadku systemów opartych na lampach, co prowadzi do zwiększenia długości ich czasu pracy.
  • Zmniejszone koszty wymiany sprzętu. Długotrwałość LED, brak balastu i eliminacja zewnętrznych reflektorów redukują koszty wymiany sprzętu.
  • Uproszczone kwalifikacje środowiskowe. System utwardzania LED OmniCure AC8225-F nie wytwarza światła poniżej 200 nm, dlatego nie powoduje powstawania ozonu, stąd filtrowanie i odpowietrzanie nie jest wymagane. Upraszcza to kwalifikacje w zakresie surowych norm środowiskowych i redukuje koszty instalacji.
  • Łatwa instalacja. System LED OmniCure AC8225-F może być łatwo zainstalowany w istniejących stacjach uzdatniania i operowany w istniejącymi już procesami produkcji.
  • Brak kompromisu w prędkości linii. OmniCure AC8225-F został specjalnie zaprojektowany z użyciem niestandardowego obiektywu i silnika światła LED zapewniającego maksymalne natężenie promieniowania w utwardzaniu światłowodu, a także umożliwia uzyskanie wszystkich zalet technologii LED przy zachowaniu prędkości produkcyjnych systemu lampy.

Masz pytania? Napisz do nas!

10 + 4 =