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UV 固化樹脂：精確的 LED 照射，實現完美的條碼列印

AIMIS-FYT|esa 的報告

關於項目

作為使用 UV 固化樹脂列印棒和棒結構的積層製造流程的一部分，需要測量 LED 模組的輻照度。噴嘴周圍共有 9 個 Nichia LED（見圖 1 左），用作固化擠出樹脂的 UV 輻射源。三個 LED 形成一組（1、2、3），其中距離 a 和角度 α 相同（見圖 2）。每個 LED 還配有一個透鏡。這設定了定義的光束角度 (FOV)（請參閱圖 1 右側）。其中六個 LED 的光束角為 30°，照射噴嘴出口區域和沿著列印棒的部分。另外三個 LED 的光束角為 10°，直接聚焦在噴嘴的出口區域。

LED 的排列

圖1：噴嘴周圍的LED排列和透鏡的FOV

噴嘴周圍 LED 排列

圖 2：噴嘴周圍 LED 的幾何排列

esa AIMIS FYT

測量執行

為了了解 365 nm 波長範圍內的哪個輻照度 E_e 實際上到達噴嘴出口並沿著給定 LED 配置的印刷棒，提供了 Gigahertz-Optik 的移動測量設備 X1-1-RCH-116-4作為測量的貸款設備。裝置由驗光計X1-1和偵測器RCH-116-4組成。


為了進行測量，UV 偵測器放置在噴嘴下方（見圖 3）。輻照度是在噴嘴出口不同距離 b 處和多種 UV 強度下測量的。在每個測量點，LED 都會亮起兩秒。兩秒後，將記錄驗光計上顯示的最後測量值。兩次測量之間的間隔為 5 秒。

Messdurchführung mittels Radiometer

圖 3：使用輻射計進行測量

測量結果

圖 4 顯示了距離噴嘴出口不同距離 b 時，輻照度 E_e 與 UV 強度的函數關係。很容易看出，曲線最初在低紫外線強度時相對陡峭地上升，並隨著紫外線強度的增加而變平或飽和。

正如溫度測量所證實的那樣，在高紫外線強度下，LED 的電能會直接轉換為功率損耗或熱輸出。



圖 4：輻照度與紫外線強度的函數關係

Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der UV-Intensität

Bestrahlungsstärke

在圖 5 中，輻照度也顯示為不同 UV 強度下噴嘴距離 b 的函數。由於 LED 的排列方式，最大值位於噴嘴後方距離 b=20 mm 處（請參閱圖 4 中的頂部曲線）。


圖 5：輻照度與噴嘴出口距離 b 的函數關係

在測量測試中發現，在高紫外線強度下，LED開啟後的最初幾秒鐘內，輻照度急劇下降（幾隻100 mW/cm^2）。

原因是 LED 的快速發熱導致功率損耗。

為了更仔細地研究這種影響，進行了額外的測量，其中將輻照度測量為時間的函數。


為此，LED 以不同的 UV 強度分別開啟 20 秒。測量距離 b=20 mm。


圖 6：輻照度與時間的關係

Bestrahlungsstärke in Abhängigkeit von der Zeit

Druckvorgang

LED 的發熱在列印結果中也清晰可見。在圖 7 中，使用相同的設定列印了 10 個條形。在上圖中，條形是一個接一個地立即列印的。輻照度不再足以使最後的棒材充分固化。在下圖中，每個條之間有 60 秒的暫停，以便 LED 可以充分冷卻。


圖 7：頂部：列印兩條條之間沒有停頓；底部：60秒休息

結論：

使用 Gigahertz-Optik 的輻射計，可以精確測量 LED 配置的輻照度，並且可以將 LED 在高紫外線強度下的功率損耗顯示為時間的函數。下一步是進一步改善 LED 的冷卻。

一目了然：

  • 測量列印棒和桁架所需的 LED 模組的輻照度
  • 輻照度是在距噴嘴出口不同距離 b 處和多種 UV 強度下測量的
  • 測量輻照度隨時間的變化