بخار جیوه، دیود ساطع نور (LED) و اکسایمر از فناوری‌های متمایز لامپ فرابنفش کیورینگ هستند. در حالی که هر سه در فرآیندهای مختلف فوتوپلیمریزاسیون برای پیوند متقابل جوهرها، پوشش‌ها، چسب‌ها و اکستروژن‌ها استفاده می‌شوند، مکانیسم‌های تولید انرژی UV تابشی و همچنین ویژگی‌های خروجی طیفی مربوطه، کاملاً متفاوت هستند. درک این تفاوت ها در توسعه کاربرد و فرمولاسیون، انتخاب منبع پخت با اشعه ماوراء بنفش و ادغام بسیار مفید است.
لامپ بخار جیوه
هر دو لامپ قوس الکتریکی و لامپ های مایکروویو بدون الکترود در دسته بخار جیوه قرار می گیرند. لامپ های بخار جیوه نوعی لامپ تخلیه گاز با فشار متوسط هستند که در آنها مقدار کمی جیوه عنصری و گاز بی اثر به پلاسما در داخل یک لوله کوارتز مهر و موم شده تبخیر می شود. پلاسما یک گاز یونیزه با دمای فوق العاده بالا است که قادر به هدایت الکتریسیته است. این با اعمال ولتاژ الکتریکی بین دو الکترود در یک لامپ قوس الکتریکی یا با مایکروویو کردن یک لامپ بدون الکترود در داخل یک محفظه یا حفره ای شبیه به یک اجاق مایکروویو خانگی تولید می شود. پلاسمای جیوه پس از تبخیر شدن، نور طیف گسترده ای را در طول موج های فرابنفش، مرئی و مادون قرمز ساطع می کند.
در مورد یک لامپ قوس الکتریکی، یک ولتاژ اعمال شده به لوله کوارتز مهر و موم شده انرژی می دهد. این انرژی جیوه را به پلاسما تبخیر می کند و الکترون ها را از اتم های تبخیر شده آزاد می کند. بخشی از الکترون ها (-) به سمت الکترود تنگستن مثبت لامپ یا آند (+) و به مدار الکتریکی سیستم UV جریان می یابد. اتم‌های دارای الکترون‌های تازه از دست رفته تبدیل به کاتیون‌هایی با انرژی مثبت (+) می‌شوند که به سمت الکترود تنگستن یا کاتد (-) با بار منفی لامپ جریان می‌یابند. هنگام حرکت، کاتیون ها به اتم های خنثی در مخلوط گاز برخورد می کنند. این ضربه الکترون ها را از اتم های خنثی به کاتیون ها منتقل می کند. همانطور که کاتیون ها الکترون به دست می آورند، به حالتی با انرژی کمتر سقوط می کنند. دیفرانسیل انرژی به صورت فوتون هایی که از لوله کوارتز به بیرون تابش می کنند تخلیه می شود. به شرطی که لامپ به طور مناسب تغذیه شود، به درستی خنک شود و در طول عمر مفید خود کار کند، منبع ثابتی از کاتیون‌های تازه ایجاد شده (+) به سمت الکترود یا کاتد منفی (-) جذب می‌شوند و اتم‌های بیشتری را مورد اصابت قرار می‌دهند و انتشار مداوم نور UV را تولید می‌کنند. لامپ های مایکروویو به روشی مشابه کار می کنند با این تفاوت که امواج مایکروویو که به عنوان فرکانس رادیویی (RF) نیز شناخته می شوند، جایگزین مدار الکتریکی می شوند. از آنجایی که لامپ های مایکروویو الکترود تنگستن ندارند و صرفاً یک لوله کوارتز مهر و موم شده حاوی جیوه و گاز بی اثر هستند، معمولاً به آنها بدون الکترود می گویند.
خروجی اشعه ماوراء بنفش لامپ‌های بخار جیوه با پهنای باند یا طیف گسترده، طول موج‌های فرابنفش، مرئی و مادون قرمز را به نسبت تقریباً مساوی می‌پوشاند. بخش فرابنفش شامل ترکیبی از UVC (200 تا 280 نانومتر)، UVB (280 تا 315 نانومتر)، UVA (315 تا 400 نانومتر) و UVV (400 تا 450 نانومتر) است. لامپ هایی که در طول موج های کمتر از 240 نانومتر UVC ساطع می کنند، ازن تولید می کنند و به اگزوز یا فیلتراسیون نیاز دارند.
خروجی طیفی برای یک لامپ بخار جیوه را می توان با افزودن مقادیر کمی از مواد ناخالص مانند: آهن (Fe)، گالیم (Ga)، سرب (Pb)، قلع (Sn)، بیسموت (Bi) یا ایندیم (In) تغییر داد. ). فلزات افزوده شده ترکیب پلاسما و در نتیجه انرژی آزاد شده هنگام بدست آوردن الکترون کاتیون ها را تغییر می دهند. لامپ های دارای فلزات اضافه شده به عنوان دوپ شده، افزودنی و متال هالید شناخته می شوند. بیشتر جوهرها، پوشش‌ها، چسب‌ها و اکستروژن‌های فرموله‌شده با UV به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با خروجی لامپ‌های دوپینگ استاندارد جیوه (Hg) یا آهن (Fe) مطابقت داشته باشند. لامپ های دوپ شده با آهن، بخشی از خروجی اشعه ماوراء بنفش را به طول موج های طولانی تر و نزدیک به مرئی تغییر می دهند، که منجر به نفوذ بهتر از طریق فرمولاسیون های ضخیم تر و رنگدانه های شدید می شود. فرمولاسیون های UV حاوی دی اکسید تیتانیوم با لامپ های دوپ شده با گالیوم (GA) بهتر درمان می شوند. این به این دلیل است که لامپ های گالیوم بخش قابل توجهی از خروجی UV را به سمت طول موج های بیشتر از 380 نانومتر تغییر می دهند. از آنجایی که مواد افزودنی دی اکسید تیتانیوم عموماً نور بالاتر از 380 نانومتر را جذب نمی‌کنند، استفاده از لامپ‌های گالیوم با فرمول‌های سفید اجازه می‌دهد تا انرژی UV بیشتری در مقابل مواد افزودنی توسط آغازگرهای نوری جذب شود.
پروفیل های طیفی به فرمول سازان و کاربران نهایی نمایش تصویری از نحوه توزیع خروجی تابشی برای طراحی لامپ خاص در سراسر طیف الکترومغناطیسی ارائه می دهند. در حالی که جیوه تبخیر شده و فلزات افزودنی دارای ویژگی های تشعشعی هستند، مخلوط دقیق عناصر و گازهای بی اثر در داخل لوله کوارتز به همراه ساختار لامپ و طراحی سیستم پخت همگی بر خروجی UV تأثیر می گذارند. خروجی طیفی یک لامپ غیر یکپارچه که توسط تامین کننده لامپ در هوای آزاد تغذیه و اندازه‌گیری می‌شود، خروجی طیفی متفاوتی نسبت به لامپ نصب شده در سر لامپ با بازتابنده و خنک‌کننده مناسب طراحی شده دارد. پروفیل های طیفی به راحتی از تامین کنندگان سیستم UV در دسترس هستند و در توسعه فرمولاسیون و انتخاب لامپ مفید هستند.
یک نمایه طیفی رایج، تابش طیفی را در محور y و طول موج را در محور x ترسیم می کند. تابش طیفی را می توان به روش های مختلفی از جمله مقدار مطلق (مثلاً W/cm2/nm) یا اندازه گیری های دلخواه، نسبی یا نرمال شده (کمتر از واحد) نمایش داد. نمایه ها معمولاً اطلاعات را به صورت نمودار خطی یا نمودار میله ای نمایش می دهند که خروجی را در باندهای 10 نانومتری گروه بندی می کند. نمودار خروجی طیفی لامپ قوس جیوه زیر تابش نسبی را با توجه به طول موج برای سیستم های GEW نشان می دهد (شکل 1).
شکل 1 »نمودارهای خروجی طیفی برای جیوه و آهن.
لامپ اصطلاحی است که برای اشاره به لوله کوارتز ساطع کننده UV در اروپا و آسیا استفاده می شود، در حالی که آمریکایی های شمالی و جنوبی تمایل دارند از ترکیبی از لامپ و لامپ قابل تعویض استفاده کنند. لامپ و سر لامپ هر دو به مجموعه کاملی اشاره دارند که لوله کوارتز و سایر اجزای مکانیکی و الکتریکی را در خود جای داده است.
لامپ های قوس الکتریکی
سیستم های لامپ قوس الکتریکی شامل سر لامپ، فن یا چیلر خنک کننده، منبع تغذیه و رابط انسان و ماشین (HMI) است. سر لامپ شامل یک لامپ (لامپ)، یک بازتابنده، یک محفظه یا محفظه فلزی، یک مجموعه کرکره و گاهی یک پنجره کوارتز یا محافظ سیمی است. GEW لوله‌های کوارتز، بازتابنده‌ها و مکانیسم‌های شاتر خود را در داخل مجموعه‌های کاست نصب می‌کند که می‌توانند به راحتی از محفظه یا محفظه سر لامپ بیرونی جدا شوند. برداشتن کاست GEW معمولاً در عرض چند ثانیه با استفاده از یک آچار آلن انجام می شود. از آنجایی که خروجی UV، اندازه و شکل کلی سر لامپ، ویژگی‌های سیستم، و نیاز به تجهیزات جانبی بسته به کاربرد و بازار متفاوت است، سیستم‌های لامپ قوس الکتریکی معمولاً برای دسته‌بندی معینی از کاربردها یا انواع ماشین‌های مشابه طراحی می‌شوند.
لامپ های بخار جیوه 360 درجه نور از لوله کوارتز ساطع می کنند. سیستم‌های لامپ قوسی از بازتابنده‌هایی استفاده می‌کنند که در کناره‌ها و پشت لامپ قرار دارند تا نور بیشتری را در فاصله‌ای مشخص در جلوی سر لامپ جذب و متمرکز کنند. این فاصله به عنوان کانون شناخته می شود و جایی است که تابش بیشترین مقدار را دارد. لامپ های قوس معمولاً در محدوده 5 تا 12 وات بر سانتی متر مربع در فوکوس ساطع می کنند. از آنجایی که حدود 70 درصد از خروجی UV از سر لامپ از بازتابنده می آید، تمیز نگه داشتن بازتابنده ها و تعویض دوره ای آنها بسیار مهم است. تمیز نکردن یا تعویض نکردن رفلکتورها یکی از عوامل رایج در درمان ناکافی است.
برای بیش از 30 سال، GEW کارایی سیستم های پخت خود را بهبود می بخشد، ویژگی ها و خروجی را برای رفع نیازهای برنامه ها و بازارهای خاص سفارشی می کند و مجموعه بزرگی از لوازم جانبی یکپارچه را توسعه می دهد. در نتیجه، پیشنهادات تجاری امروز GEW شامل طرح‌های محفظه فشرده، بازتابنده‌های بهینه‌سازی شده برای بازتاب بیشتر UV و کاهش مادون قرمز، مکانیسم‌های شاتر یکپارچه بی‌صدا، لبه‌ها و شکاف‌های وب، تغذیه وب پوسته صدفی، اینرسی نیتروژن، سرهای با فشار مثبت، صفحه نمایش لمسی است. رابط اپراتور، منابع تغذیه حالت جامد، راندمان عملیاتی بیشتر، نظارت بر خروجی UV، و نظارت از راه دور سیستم.
هنگامی که لامپ های الکترود فشار متوسط کار می کنند، دمای سطح کوارتز بین 600 درجه سانتیگراد تا 800 درجه سانتیگراد است و دمای پلاسمای داخلی چندین هزار درجه سانتیگراد است. هوای اجباری وسیله اصلی برای حفظ دمای صحیح کارکرد لامپ و حذف بخشی از انرژی مادون قرمز تابشی است. GEW این هوا را به صورت منفی تامین می کند. این بدان معنی است که هوا از داخل بدنه، در امتداد بازتابنده و لامپ کشیده می شود و از مجموعه خارج می شود و از دستگاه یا سطح پخت دور می شود. برخی از سیستم‌های GEW مانند E4C از خنک‌کننده مایع استفاده می‌کنند که خروجی UV کمی بیشتر می‌کند و اندازه کلی سر لامپ را کاهش می‌دهد.
لامپ های قوس الکتریکی دارای چرخه های گرم شدن و خنک شدن هستند. لامپ ها با حداقل خنک کننده زده می شوند. این به پلاسمای جیوه اجازه می دهد تا به دمای عملیاتی مطلوب برسد، الکترون ها و کاتیون های آزاد تولید کند و جریان جریان را فعال کند. هنگامی که سر لامپ خاموش می شود، خنک کننده برای چند دقیقه به کار خود ادامه می دهد تا لوله کوارتز به طور یکنواخت خنک شود. لامپی که خیلی گرم است دوباره ضربه نمی زند و باید به خنک شدن ادامه دهد. طول چرخه راه اندازی و خنک شدن و همچنین تخریب الکترودها در طول هر ضربه ولتاژ دلیلی است که مکانیسم های کرکره پنوماتیک همیشه در مجموعه های لامپ قوس الکتریکی الکترود GEW ادغام می شوند. شکل 2 لامپ های قوس الکتریکی با هوا خنک (E2C) و خنک شونده با مایع (E4C) را نشان می دهد.
شکل 2 »لامپ های قوس الکتریکی الکترود خنک کننده مایع (E4C) و هوا خنک (E2C).
لامپ های UV LED
نیمه هادی ها مواد جامد و کریستالی هستند که تا حدودی رسانا هستند. الکتریسیته از طریق یک نیمه هادی بهتر از یک عایق جریان می یابد، اما نه به خوبی یک هادی فلزی. نیمه هادی های طبیعی اما نسبتاً ناکارآمد شامل عناصر سیلیکون، ژرمانیوم و سلنیوم هستند. نیمه هادی های ساخته شده مصنوعی که برای خروجی و کارایی طراحی شده اند، مواد ترکیبی با ناخالصی هایی هستند که دقیقاً در ساختار کریستالی آغشته شده اند. در مورد LED های UV، نیترید گالیم آلومینیوم (AlGaN) یک ماده رایج است.
نیمه هادی ها برای الکترونیک مدرن اساسی هستند و برای تشکیل ترانزیستورها، دیودها، دیودهای ساطع کننده نور و ریزپردازنده ها مهندسی شده اند. دستگاه های نیمه هادی در مدارهای الکتریکی ادغام شده و در داخل محصولاتی مانند تلفن همراه، لپ تاپ، تبلت، لوازم خانگی، هواپیما، اتومبیل، کنترل از راه دور و حتی اسباب بازی های کودکان نصب می شوند. این اجزای کوچک اما قدرتمند باعث عملکرد محصولات روزمره می شوند و در عین حال باعث می شوند اقلام فشرده، نازک تر، سبک تر و مقرون به صرفه تر باشند.
در مورد خاص ال‌ای‌دی‌ها، مواد نیمه رسانا که دقیقاً طراحی و ساخته شده‌اند، نوارهای با طول موج نسبتاً باریکی از نور را هنگام اتصال به منبع برق DC ساطع می‌کنند. نور تنها زمانی تولید می شود که جریان از آند مثبت (+) به کاتد منفی (-) هر LED جریان یابد. از آنجایی که خروجی LED به سرعت و به راحتی کنترل می شود و شبه تک رنگ است، LED ها به طور ایده آل برای استفاده به عنوان: چراغ های نشانگر مناسب هستند. سیگنال های ارتباطی مادون قرمز؛ نور پس زمینه برای تلویزیون ها، لپ تاپ ها، تبلت ها و تلفن های هوشمند؛ علائم الکترونیکی، بیلبوردها و جامبوترون ها. و درمان UV
یک LED یک اتصال مثبت منفی (پیوند pn) است. این بدان معنی است که یک قسمت از LED دارای بار مثبت است و به آند (+) گفته می شود و قسمت دیگر دارای بار منفی است و به آن کاتد (-) می گویند. در حالی که هر دو طرف نسبتا رسانا هستند، مرز محل اتصال که در آن دو طرف به هم می رسند، که به عنوان منطقه تخلیه شناخته می شود، رسانا نیست. هنگامی که ترمینال مثبت (+) یک منبع تغذیه جریان مستقیم (DC) به آند (+) LED و ترمینال منفی (-) منبع به کاتد (-) وصل می شود، الکترون های دارای بار منفی هستند. در کاتد و جای خالی الکترون با بار مثبت در آند توسط منبع قدرت دفع شده و به سمت منطقه تخلیه رانده می شوند. این یک سوگیری رو به جلو است و تأثیر آن بر غلبه بر مرز غیر رسانا است. نتیجه این است که الکترون های آزاد در ناحیه نوع n از هم عبور می کنند و جای خالی ناحیه نوع p را پر می کنند. همانطور که الکترون ها در سراسر مرز جریان می یابند، به حالتی با انرژی کمتر تبدیل می شوند. افت انرژی مربوطه از نیمه هادی به صورت فوتون های نور آزاد می شود.
مواد و مواد ناخالصی که ساختار LED کریستالی را تشکیل می دهند، خروجی طیفی را تعیین می کنند. امروزه، منابع پخت LED تجاری موجود دارای خروجی های فرابنفش با محوریت 365، 385، 395 و 405 نانومتر، تحمل معمولی 5± نانومتر و توزیع طیفی گاوسی هستند. هر چه اوج تابش طیفی (W/cm2/nm) بیشتر باشد، اوج منحنی زنگی بالاتر است. در حالی که توسعه UVC بین 275 تا 285 نانومتر ادامه دارد، خروجی، عمر، قابلیت اطمینان و هزینه هنوز از نظر تجاری برای سیستم‌ها و برنامه‌های پخت مناسب نیستند.
از آنجایی که خروجی UV-LED در حال حاضر محدود به طول موج های طولانی تر UVA است، یک سیستم پخت UV-LED مشخصه خروجی طیفی باند پهن لامپ های بخار جیوه با فشار متوسط را منتشر نمی کند. این بدان معنی است که سیستم های پخت UV-LED UVC، UVB، بیشتر نور مرئی و طول موج های مادون قرمز تولید کننده گرما را ساطع نمی کنند. در حالی که این امر باعث می‌شود از سیستم‌های پخت UV-LED در کاربردهای حساس‌تر به گرما استفاده شود، جوهرها، پوشش‌ها و چسب‌های موجود برای لامپ‌های جیوه‌ای فشار متوسط باید برای سیستم‌های پخت UV-LED دوباره فرموله شوند. خوشبختانه، تامین کنندگان مواد شیمی به طور فزاینده ای پیشنهاداتی را به عنوان درمان دوگانه طراحی می کنند. این بدان معناست که فرمولاسیون دوتایی که برای پخت با لامپ UV-LED در نظر گرفته شده است، با لامپ بخار جیوه نیز سخت می شود (شکل 3).
شکل 3 »نمودار خروجی طیفی برای LED.
سیستم های پخت UV-LED GEW تا 30 وات بر سانتی متر مربع در پنجره تابش ساطع می کنند. برخلاف لامپ‌های قوس الکتریکی، سیستم‌های پخت UV-LED دارای بازتابنده‌هایی نیستند که پرتوهای نور را به یک کانون متمرکز هدایت کنند. در نتیجه، اوج تابش UV-LED نزدیک به پنجره ساطع کننده رخ می دهد. با افزایش فاصله بین سر لامپ و سطح پخت، پرتوهای UV-LED ساطع شده از یکدیگر جدا می شوند. این امر غلظت نور و بزرگی تابشی را که به سطح پخت می رسد کاهش می دهد. در حالی که اوج تابش برای اتصال عرضی مهم است، تابش فزاینده بالاتر همیشه سودمند نیست و حتی می تواند تراکم اتصال عرضی بیشتر را مهار کند. طول موج (nm)، تابش (W/cm2) و چگالی انرژی (J/cm2) همگی نقش‌های حیاتی در پخت دارند و تاثیر جمعی آنها بر درمان باید در طول انتخاب منبع UV-LED به درستی درک شود.
ال ای دی ها منابع لامبرتی هستند. به عبارت دیگر، هر LED UV خروجی یکنواخت رو به جلو را در یک نیمکره کامل 360 درجه در 180 درجه منتشر می کند. LED های UV متعدد، هر کدام به ترتیب یک میلی متر مربع، در یک ردیف، یک ماتریس از ردیف ها و ستون ها، یا برخی پیکربندی های دیگر مرتب شده اند. این مجموعه‌های فرعی که به عنوان ماژول‌ها یا آرایه‌ها شناخته می‌شوند، با فاصله بین LEDها طراحی شده‌اند که ترکیب شدن بین شکاف‌ها را تضمین می‌کند و خنک‌سازی دیود را تسهیل می‌کند. سپس چندین ماژول یا آرایه در مجموعه‌های بزرگ‌تری مرتب می‌شوند تا اندازه‌های مختلف سیستم‌های پخت UV را تشکیل دهند (شکل‌های 4 و 5). اجزای اضافی مورد نیاز برای ساخت یک سیستم پخت UV-LED عبارتند از هیت سینک، پنجره ساطع کننده، درایورهای الکترونیکی، منابع تغذیه DC، سیستم خنک کننده مایع یا چیلر، و رابط ماشین انسانی (HMI).
شکل 4 »سیستم LeoLED برای وب.
شکل 5 »سیستم LeoLED برای نصب چند لامپ با سرعت بالا.
از آنجایی که سیستم های پخت UV-LED طول موج های مادون قرمز تابش نمی کنند. آنها ذاتا انرژی حرارتی کمتری را نسبت به لامپ های بخار جیوه به سطح پخت منتقل می کنند، اما این بدان معنا نیست که LED های UV باید به عنوان فناوری پخت سرد در نظر گرفته شوند. سیستم های پخت UV-LED می توانند تابش های اوج بسیار بالایی را ساطع کنند و طول موج های فرابنفش نوعی انرژی هستند. هر خروجی که توسط مواد شیمیایی جذب نشود، قسمت یا بستر زیرین و همچنین اجزای دستگاه اطراف را گرم می کند.
LED های UV همچنین اجزای الکتریکی با ناکارآمدی هستند که ناشی از طراحی و ساخت نیمه هادی خام و همچنین روش های ساخت و اجزای مورد استفاده برای بسته بندی LED ها در واحد پخت بزرگتر است. در حالی که دمای یک لوله کوارتز بخار جیوه باید در حین کار بین 600 تا 800 درجه سانتیگراد نگه داشته شود، دمای اتصال LED pn باید زیر 120 درجه سانتیگراد باقی بماند. تنها 35 تا 50 درصد از الکتریسیته ای که یک آرایه UV-LED را تامین می کند به خروجی ماوراء بنفش (به شدت وابسته به طول موج) تبدیل می شود. بقیه به گرمای حرارتی تبدیل می شود که باید برای حفظ دمای اتصال مورد نظر و اطمینان از تابش مشخص شده سیستم، چگالی انرژی و یکنواختی و همچنین عمر طولانی حذف شود. LED ها ذاتاً دستگاه های حالت جامد با ماندگاری طولانی هستند و ادغام LED ها در مجموعه های بزرگتر با سیستم های خنک کننده به درستی طراحی شده و نگهداری شده برای دستیابی به مشخصات با عمر طولانی بسیار مهم است. همه سیستم های UV-curing یکسان نیستند و سیستم های UV-LED که به درستی طراحی و خنک شده اند، احتمال گرم شدن بیش از حد و خرابی فاجعه بار را دارند.
لامپ های هیبریدی قوسی/LED
در هر بازاری که فناوری کاملاً جدید به عنوان جایگزینی برای فناوری موجود معرفی می شود، می تواند در مورد پذیرش و همچنین شک و تردید در عملکرد وجود داشته باشد. کاربران بالقوه اغلب پذیرش را تا زمانی که یک پایگاه نصب تثبیت شده تشکیل شود، مطالعات موردی منتشر شود، توصیفات مثبت به طور انبوه منتشر شود، و/یا تجربه یا مراجع دست اولی را از افراد و شرکت‌هایی که می‌شناسند و به آنها اعتماد دارند، به‌تأخیر می‌اندازند. قبل از اینکه کل بازار به طور کامل از بازار قدیمی دست بکشد و کاملاً به بازار جدید منتقل شود، اغلب به شواهد محکم نیاز است. این کمکی نمی‌کند که داستان‌های موفقیت کاملاً محرمانه باشند، زیرا پذیرندگان اولیه نمی‌خواهند رقبا به مزایای مشابهی دست یابند. در نتیجه، داستان‌های واقعی و اغراق‌آمیز ناامیدی گاهی اوقات می‌توانند در سراسر بازار طنین‌اندازی کنند و مزیت‌های واقعی فناوری جدید را پنهان کرده و پذیرش را بیشتر به تأخیر بیاندازند.
در طول تاریخ، و به عنوان مقابله با پذیرش بی‌میل، طرح‌های ترکیبی اغلب به‌عنوان پل انتقالی بین فناوری فعلی و جدید مورد استقبال قرار گرفته‌اند. هیبریدها به کاربران اجازه می‌دهند اعتماد به نفس پیدا کنند و خودشان تعیین کنند که چگونه و چه زمانی باید از محصولات یا روش‌های جدید استفاده شود، بدون اینکه توانایی‌های فعلی را قربانی کنند. در مورد پخت اشعه ماوراء بنفش، یک سیستم هیبریدی به کاربران این امکان را می دهد که به سرعت و به راحتی بین لامپ های بخار جیوه و فناوری LED مبادله کنند. برای خطوط با ایستگاه‌های پخت چندگانه، هیبریدها به پرس‌ها اجازه می‌دهند 100٪ LED، 100٪ بخار جیوه یا هر ترکیبی از این دو فناوری برای یک کار خاص مورد نیاز باشد.
GEW سیستم های هیبریدی قوس/LED را برای مبدل های وب ارائه می دهد. این راه حل برای بزرگترین بازار GEW، برچسب وب باریک توسعه داده شد، اما طراحی ترکیبی در سایر برنامه های کاربردی وب و غیر وب نیز کاربرد دارد (شکل 6). قوس/LED دارای یک محفظه سر لامپ مشترک است که می تواند بخار جیوه یا کاست LED را در خود جای دهد. هر دو کاست از یک سیستم برق و کنترل جهانی استفاده می کنند. هوشمندی درون سیستم، تمایز بین انواع کاست را امکان پذیر می کند و به طور خودکار توان، خنک کننده و رابط اپراتور مناسب را فراهم می کند. حذف یا نصب هر یک از بخار جیوه یا کاست های LED GEW معمولاً در عرض چند ثانیه با استفاده از یک آچار آلن انجام می شود.
شکل 6 »سیستم Arc/LED برای وب.
لامپ های اگزایمر
لامپ های اگزایمر نوعی لامپ تخلیه گاز هستند که انرژی فرابنفش شبه تک رنگ ساطع می کنند. در حالی که لامپ های اکسایمر در طول موج های متعدد موجود هستند، خروجی های معمول فرابنفش در 172، 222، 308 و 351 نانومتر متمرکز می شوند. لامپ های اکسایمر 172 نانومتری در باند UV خلاء (100 تا 200 نانومتر) قرار می گیرند، در حالی که 222 نانومتر منحصراً UVC (200 تا 280 نانومتر) است. لامپ های اگزایمر 308 نانومتری UVB (280 تا 315 نانومتر) ساطع می کنند و 351 نانومتر UVA جامد است (315 تا 400 نانومتر).
طول موج های UV خلاء 172 نانومتری کوتاه تر و حاوی انرژی بیشتری نسبت به UVC هستند. با این حال، آنها در تلاش برای نفوذ بسیار عمیق در مواد هستند. در واقع، طول موج های 172 نانومتری به طور کامل در 10 تا 200 نانومتر شیمی فرموله شده با UV جذب می شوند. در نتیجه، لامپ‌های اگزایمر 172 نانومتری تنها به بیرونی‌ترین سطح فرمول‌های UV متصل می‌شوند و باید در ترکیب با سایر دستگاه‌های پخت ادغام شوند. از آنجایی که طول موج‌های UV خلاء توسط هوا نیز جذب می‌شوند، لامپ‌های اکسایمر 172 نانومتری باید در اتمسفر دارای نیتروژن کار کنند.
اکثر لامپ های اگزایمر از یک لوله کوارتز تشکیل شده اند که به عنوان یک مانع دی الکتریک عمل می کند. این لوله با گازهای کمیاب پر شده است که قادر به تشکیل مولکول های excimer یا exciplex هستند (شکل 7). گازهای مختلف مولکول های متفاوتی تولید می کنند و مولکول های برانگیخته متفاوت تعیین می کنند که کدام طول موج از لامپ ساطع می شود. یک الکترود ولتاژ بالا در امتداد طول داخلی لوله کوارتز و الکترودهای زمین در امتداد طول بیرونی قرار دارند. ولتاژها در فرکانس های بالا به لامپ پالس می شوند. این باعث می شود که الکترون ها در داخل الکترود داخلی جریان پیدا کنند و در سراسر مخلوط گاز به سمت الکترودهای زمین خارجی تخلیه شوند. این پدیده علمی به عنوان تخلیه سد دی الکتریک (DBD) شناخته می شود. همانطور که الکترون ها از میان گاز عبور می کنند، با اتم ها برهم کنش می کنند و گونه های پرانرژی یا یونیزه ای ایجاد می کنند که مولکول های excimer یا exciplex تولید می کنند. مولکول‌های Excimer و Exciplex عمر بسیار کوتاهی دارند و با تجزیه آنها از حالت برانگیخته به حالت پایه، فوتون‌هایی با توزیع شبه تک رنگ منتشر می‌شوند.
شکل 7 »لامپ اگزایمر
برخلاف لامپ های بخار جیوه، سطح لوله کوارتز لامپ اگزایمر داغ نمی شود. در نتیجه، اکثر لامپ‌های اکسایمر با خنک‌کنندگی کم یا بدون خنک‌کننده کار می‌کنند. در موارد دیگر، سطح پایینی از خنک کننده مورد نیاز است که معمولاً توسط گاز نیتروژن تأمین می شود. به دلیل پایداری حرارتی لامپ، لامپ‌های اکسایمر به‌صورت فوری «روشن/خاموش» هستند و نیازی به چرخه‌های گرم کردن یا خنک‌کردن ندارند.
هنگامی که لامپ های excimer تابش در 172 نانومتر در ترکیب با هر دو سیستم خشک UVA-LED شبه تک رنگ و لامپ های بخار جیوه پهن باند یکپارچه شوند، اثرات سطحی مات ایجاد می شود. لامپ های UVA LED ابتدا برای ژل شیمیایی استفاده می شوند. سپس از لامپ های اگزایمر شبه تک رنگ برای پلیمریزاسیون سطح استفاده می شود و در نهایت لامپ های جیوه ای پهن باند بقیه مواد شیمیایی را به هم متصل می کنند. خروجی‌های طیفی منحصربه‌فرد سه فناوری که در مراحل جداگانه اعمال می‌شوند، اثرات نوری و عملکردی مفیدی را ارائه می‌دهند که به تنهایی با هیچ یک از منابع UV قابل دستیابی نیستند.
طول موج‌های اکسایمر 172 و 222 نانومتر نیز در از بین بردن مواد آلی خطرناک و باکتری‌های مضر مؤثر هستند، که لامپ‌های اکسایمر را برای تمیز کردن سطوح، ضدعفونی کردن و درمان‌های انرژی سطحی کاربردی می‌سازد.
عمر لامپ
با توجه به طول عمر لامپ یا لامپ، لامپ های قوس GEW معمولا تا 2000 ساعت طول می کشد. عمر لامپ مطلق نیست، زیرا خروجی UV به تدریج در طول زمان کاهش می یابد و تحت تأثیر عوامل مختلف قرار می گیرد. طراحی و کیفیت لامپ و همچنین شرایط عملکرد سیستم UV و واکنش پذیری ماده فرمولاسیون. سیستم های UV که به درستی طراحی شده اند تضمین می کنند که قدرت و خنک کننده صحیح مورد نیاز توسط طراحی لامپ (لامپ) خاص تامین می شود.
لامپ های عرضه شده توسط GEW (لامپ) همیشه طولانی ترین عمر را در هنگام استفاده در سیستم های پخت GEW ارائه می دهند. منابع تامین ثانویه معمولاً لامپ را از یک نمونه مهندسی معکوس کرده‌اند و نسخه‌ها ممکن است حاوی اتصالات انتهایی، قطر کوارتز، محتوای جیوه یا مخلوط گاز مشابه نباشند، که همگی می‌توانند بر خروجی UV و تولید گرما تأثیر بگذارند. هنگامی که تولید گرما در برابر خنک کننده سیستم متعادل نباشد، لامپ هم در خروجی و هم از نظر عمر آسیب می بیند. لامپ هایی که خنک تر کار می کنند UV کمتری ساطع می کنند. لامپ هایی که داغ تر می شوند دوام زیادی ندارند و در دمای بالای سطح تاب می یابند.
عمر لامپ‌های قوس الکترود با دمای کارکرد لامپ، تعداد ساعات کارکرد و تعداد شروع یا ضربه محدود می‌شود. هر بار که یک لامپ در هنگام راه اندازی با یک قوس ولتاژ بالا برخورد می کند، مقداری از الکترود تنگستن از بین می رود. در نهایت، لامپ دوباره ضربه نمی زند. لامپ‌های قوس الکترودی دارای مکانیسم‌های شاتر هستند که وقتی درگیر می‌شوند، خروجی UV را به عنوان جایگزینی برای چرخش مکرر قدرت لامپ مسدود می‌کنند. جوهرها، پوشش‌ها و چسب‌های واکنش‌پذیرتر ممکن است باعث عمر طولانی‌تر لامپ شوند. در حالی که، فرمولاسیون کمتر واکنش پذیر ممکن است نیاز به تعویض لامپ مکرر داشته باشد.
سیستم های UV-LED ذاتاً دوام بیشتری نسبت به لامپ های معمولی دارند، اما عمر UV-LED نیز مطلق نیست. همانند لامپ‌های معمولی، LEDهای UV محدودیت‌هایی در میزان سختی رانده شدن دارند و معمولاً باید در دمای محل اتصال کمتر از ۱۲۰ درجه سانتیگراد کار کنند. LED های بیش از حد رانندگی و LED های کم خنک کننده عمر را به خطر می اندازند و منجر به تخریب سریع تر یا خرابی فاجعه بار می شوند. همه تامین کنندگان سیستم UV-LED در حال حاضر طرح هایی را ارائه نمی دهند که بالاترین طول عمر ثابت بیش از 20000 ساعت را داشته باشند. سیستم های طراحی شده و نگهداری بهتر بیش از 20000 ساعت دوام خواهند داشت و سیستم های پایین تر در پنجره های بسیار کوتاه تر از کار می افتند. خبر خوب این است که طراحی‌های سیستم LED با هر تکرار طراحی بهبود می‌یابند و ماندگاری بیشتری دارند.
اوزون
هنگامی که طول موج‌های کوتاه‌تر UVC بر مولکول‌های اکسیژن (O2) تأثیر می‌گذارد، باعث می‌شود مولکول‌های اکسیژن (O2) به دو اتم اکسیژن (O) تقسیم شوند. سپس اتم های آزاد اکسیژن (O) با مولکول های دیگر اکسیژن (O2) برخورد کرده و ازن (O3) را تشکیل می دهند. از آنجایی که تری‌اکسیژن (O3) در سطح زمین نسبت به دی‌اکسیژن (O2) پایداری کمتری دارد، ازن به راحتی به یک مولکول اکسیژن (O2) و یک اتم اکسیژن (O) برمی‌گردد که در هوای اتمسفر حرکت می‌کند. سپس اتم‌های آزاد اکسیژن (O) در سیستم اگزوز با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا مولکول‌های اکسیژن (O2) تولید کنند.
برای کاربردهای صنعتی در برابر اشعه ماوراء بنفش، ازن (O3) زمانی تولید می شود که اکسیژن اتمسفر با طول موج های فرابنفش زیر 240 نانومتر برهم کنش داشته باشد. منابع پخت بخار جیوه باند پهن UVC بین 200 تا 280 نانومتر ساطع می‌کنند که بخشی از ناحیه تولید کننده ازن را همپوشانی می‌کند و لامپ‌های اگزایمر UV خلاء را در 172 نانومتر یا UVC را در 222 نانومتر منتشر می‌کنند. ازن ایجاد شده توسط بخار جیوه و لامپ های سخت کننده اکسایمر ناپایدار است و نگرانی زیست محیطی قابل توجهی ندارد، اما لازم است که از ناحیه اطراف کارگران حذف شود زیرا در سطوح بالا یک محرک تنفسی و سمی است. از آنجایی که سیستم های پخت UV-LED تجاری خروجی UVA بین 365 تا 405 نانومتر منتشر می کنند، ازن تولید نمی شود.
ازن بویی شبیه بوی فلز، سیم سوزان، کلر و جرقه الکتریکی دارد. حواس بویایی انسان می تواند اوزون را بین 0.01 تا 0.03 قسمت در میلیون (ppm) تشخیص دهد. در حالی که این میزان بر حسب فرد و سطح فعالیت متفاوت است، غلظت های بیشتر از 0.4 ppm می تواند منجر به اثرات نامطلوب تنفسی و سردرد شود. تهویه مناسب باید بر روی خطوط UV-curing نصب شود تا قرار گرفتن کارگران در معرض ازن محدود شود.
سیستم‌های کیور UV عموماً طوری طراحی می‌شوند که هوای خروجی را در حین خروج از سر لامپ در خود نگه دارند تا بتوان آن را از اپراتورها و خارج از ساختمان که در حضور اکسیژن و نور خورشید به طور طبیعی تجزیه می‌شود، خارج کرد. از طرف دیگر، لامپ‌های بدون ازن دارای یک افزودنی کوارتز هستند که طول موج‌های مولد ازن را مسدود می‌کند، و تأسیساتی که می‌خواهند از کانال‌کشی یا برش سوراخ‌های سقف جلوگیری کنند، اغلب از فیلترهایی در خروجی فن‌های اگزوز استفاده می‌کنند.
زمان ارسال: ژوئن-19-2024
