UV LED, a tradycyjne lampy żarnikowe

Na przestrzeni ostatniej dekady nastąpił bardzo duży rozwój w zakresie lamp emitujących światło UV ze źródłem LED. Lampy ze źródłem w postaci diód elektroluminescencyjnych już dawno przekroczyły poziom emitowanej mocy światła osiągalny tylko i wyłącznie przez lampy o szerokim spektrum emitowanej wiązki z ośrodkiem żarnikowym. Powstaje zatem pytanie „co lepsze?”. W poniższym artykule postaram się udzielić odpowiedzi na tak zadane pytanie.

Rozpoczynając rozmowę w temacie lamp emitujących światło UV absolutnienie możemy pominąć kwestii tego, jaką substancję zamierzamy utwardzać. Korelacja między utwardzaną substancją, a emisją światła UV jest nierozerwalna i współzależna.

Bardzo często to właśnie formuła chemiczna substancji, którą chcemy utwardzić determinuje nam źródło światła. Przez wiele lat to producenci chemii narzucali rodzaj lampy, z jaką będzie współpracowała dana substancja. Mimo postępu w zakresie rozwoju LED-ów dopiero w ostatniej dekadzie zaczęły się pojawiać materiały korespondujące z emitowanymi długościami fali światła. A te (nie)stety na ten moment są ograniczone. Na rynku komercyjnym dostępne są lampy UV LED emitujące światło o długości fali 365nm i 395nm. Niektórzy producenci dostarczają również urządzenia emitujące światło o długości fali 385nm, jednak wciąż poruszamy się tylko w zakresie UVA. Dlatego jeśli Twój materiał jest materiałem utwardzanym w zakresie UVC i producent materiału również zachęca do korzystania z lampy emitującej światło o długościach w zakresie 200-260nm to jesteś skazany na współpracę z lampami z ośrodkami żarnikowymi.
W innym przypadku jesteś zaproszony do świata korzyści jakie oferują lampy ze źródłem w postaci diód elektroluminescencyjnych . A tych jest całkiem sporo!

Pierwszą i podstawową różnicą między lampami UV LED, a tradycyjnymi lampami z ośrodkami żarnikowymi jest czas pracy lampy. Średni czas pracy lampy rtęciowej to między 500, a 1 500h. Tego stanu nie da się obejść i przekłada się on na stałe koszty eksploatacyjne. Jednak nie tylko. Krótszy czas życia lampy żarnikowej to również nieprzewidziane przestoje produkcyjne związane z nieoczekiwanym zużyciem żarnika lub czasem wymaganym na jego wymianę. Oczywiście ryzyko wystąpienia takich sytuacji można zminimalizować poprzez regularną kontrolę naszej lampy przy wykorzystaniu odpowiedniego radiometru (np. PowerPuck II), jednak wciąż pozostajemy z kosztami związanymi z zakupem i utrzymaniem odpowiednich stanów magazynowych żarnika pasującego do naszej lampy.
Z kolei lampy ze źródłem LED charakteryzują się niezwykle długim czasem pracy, nierzadko przekraczającym 20 000h ciągłej pracy! To ponad 2 lata nieprzerwanego świecenia lampy! W porównaniu do czasu pracy tradycyjnej lampy żarnikowej jest to wartość wprost niewyobrażalna.

Jednak czym byłby ten czas pracy lampy UV LED, gdyby jakość emitowanego światła była niesatysfakcjonująca? Rozmawiając o satysfakcji w zakresie lamp emitujących światło UV mówimy przede wszystkim o jednorodności emitowanej wiązki. Czyli właściwie co? Jednorodność, inaczej koherencja, to termin odnoszący się do falowej natury światła, w której występują takie zjawiska jak zgodność fazowa i przestrzenna światła. W praktyce przekłada się to na to, ile światła jest świetle. Inaczej mówiąc, na ile światło o danej długości fali (np. 365nm) jest faktycznie tym światłem ? W zależności od danego producenta jednorodność emitowanego światła może być różna i niestety jest w korelacji z ceną, jaką płacimy za daną lampę. W przypadku wyboru produktów topowych producentów, jakim jest firma OmniCure, dostajemy produkt zgodny z naszymi oczekiwaniami, gdzie jednorodność emitowanej wiązki jest wysoka i co więcej – znana.

Korzystając z lamp żarnikowych musimy być świadomi, że na naświetlaną powierzchnię dociera nie tylko światło UV. Razem z nim generowane jest promieniowanie IR (podczerowane), które w efekcie ogrzewa nam naświetlany element. W niektórych aplikacjach nie będzie to żadną przeszkodą, jednak praca z tworzywami wrażliwymi na ciepło może spowodować zmiany konstrukcyjne lub wręcz destrukcję naświetlanego produktu. Z tego też powodu lampy żarnikowe emitujące światło UV bardzo często są wyposażane w odpowiednie odciągi i nawiewy, których celem jest zabezpieczenie produkowanych / naświetlanych elementów. W przypadku stosowania takich lamp w tunelach lub przenośnikach taśmowych warto zatroszczyć się o odciągi w porozumieniu z dostawcą.
W opozycji stoją lampy UV LED. Bardzo wąskie spektrum emitowanej fali ogranicza generowanie ciepła, choć warto pamiętać, że wysoka moc światła również może zniszczyć naświetlany element. Tym niemniej, lampy wyposażone w diody wymagają efektywnego chłodzenia, gdyż generują ciepło same w sobie. Z tego też powodu konstrukcja linii produkcyjnej lub tunelu powinna zapewnić odpowiednią cyrkulację powietrza w zakresie układu chłodzącego lampę.

Zwolenników ekologii na pewno ucieszy fakt, że lampy wyposażone w LED-y są tymi „zielonymi”. W przeciwieństwie do lamp żarnikowych nie posiadają szkodliwych pierwiastków rtęci. Tutaj można zaznaczyć, że materiały utwardzane światłem UV są ogólnie uznawane za bardziej ekologiczne, szczególnie w kontekście klejów czy lakierów stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym. Tradycyjne materiały na bazie poliuretanów czy silikonów zawierają większe ilości rozpuszczalników niż te utwardzane światłem UV. Obecne trendy w prawie stają się coraz bardziej restrykcyjne dla tej grupy chemicznej.

Powyżej opisane różnice nie są wszystkimi jakie możemy znaleźć i przedstawić. Część z nich dotyczy samej technologii lamp UV (szybkie włączanie i wyłączenie lamp LED-owych), jeszcze inne istnieją w odniesieniu do stosowanych formuł chemicznych (farby drukarskie utwardzane światłem UV są uważane za te bardziej premium). Jak widać, różnic jest sporo, jednak czy pozwalają odpowiedzieć na pytanie, która technologia jest lepsza? I tak, i nie.

Jeżeli materiał, z którym pracujemy (klej, farba, lakier) jest utwardzany w szerokim zakresie fali światła, to nasza decyzja jest ograniczona i nie mamy innego wyboru, jak lampy z ośrodkiem żarnikowym. W innym przypadku lepszym wyborem mogą być lampy wyposażone w LED-y. Jednak wąskie spektrum emitowanego światła może być ograniczeniem w pewnych aplikacjach, w których istotne jest utwardzanie powierzchniowe, a za które odpowiada światło z zakresu UVC (200-260nm). Zaproszenie do rozmowy specjalisty od światła UV może nam zdecydowanie pomóc we właściwym doborze rozwiązania dla naszej aplikacji.