УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО СВЕТОДИОДНОГО ОБЛУЧЕНИЯ
DEVICE FOR UV LED IRRADIATION

Изобретение относится к установкам для отверждения полимерных материалов лучистой энергией, в частности ультрафиолетовым излучением, и может быть использовано при изготовлении объемных деталей.
Принятые сокращения: УФ-ультрафиолетовый; УФО - ультрафиолетовый облучатель (облучение); СИД - светодиод, светоизлучающий диод
Известно устройство для отверждения полимерного материала по патенту РФ №2077983. Устройство содержит корпус камеры для обработки материала, соединенной с системой подачи и отбора газа для целей светопоглощения, источник излучения с оптическими средствами для направления светового потока; платформу для укладки изделия, на нижней поверхности которой имеется блок приема светового потока в виде проходных камер с объективами на входе и приемниками излучения на выходе, соединенными с информационно-измерительной системой. Дополнительные источники излучения закреплены с возможностью изменения положения по высоте над проходными камерами.
Устройство имеет ограничения по материалу обработки, который должен быть полу- или прозрачным. Регулировка освещенности поверхности изделия достигается фиксацией каждого источника излучения по высоте и усложнена подачей и откачкой светопоглощающего газа. В устройстве предусмотрено транспортное средство для подъема и опускания корпуса с излучателями. Все в целом приводит к усложнению устройства.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является ультрафиолетовый светодиодный облучатель по патенту РФ №118917 на полезную модель, который содержит камеру, размещенные внутри камеры плиту для установки обрабатываемой детали и источники ультрафиолетового излучения, в качестве которых используют светодиоды, установленные на внутренней поверхности крышки и камеры вне зоны перемещения плиты, блок электропитания светодиодов, блок управления, электродвигатель с редуктором на дне камеры с возможностью вертикального перемещения плиты в направляющих пазах, одна пластина плиты перемещается снаружи вдоль вертикально установленной линейки на камере.
В известной установке невозможно отверждение деталей сложной формы или протяженных, крупногабаритных с обеспечением надлежащего качества всей поверхности обрабатываемого материала; ввиду этого также увеличивается время облучения для достижения отверждения покрытия в теневых зонах.
Техническая задача изобретения состоит в том, чтобы повысить качество отверждения изделий путем выравнивания плотности мощности облучения УФ-излучателями изделий пространственно- протяженных и сложных форм без усложнения конструкции и приемов управления процессом отверждения.
Поставленная задача решена заявляемым изобретением.
Заявляется:
Устройство для ультрафиолетового светодиодного облучения включает камеру, установленную внутри камеры платформу для размещения обрабатываемого изделия, источник ультрафиолетового излучения в виде светодиодов, упорядоченно размещенных на основании внутри камеры, блок управления, с которым соединены блок электропитания светодиодов и электропривод для относительного перемещения платформы и ультрафиолетовых излучателей. В отличие от прототипа платформа выполнена в виде матрицы для размещения и сопряжения с обрабатываемым изделием цилиндрической или сходной с цилиндрической или другой объемной формы. Светодиоды закреплены на двух и более плоских основаниях, каждое основание закреплено посредством штанг, скрепленных с торцами основания, на двух плоских фланцах, принадлежащих несущей опоре, с возможностью радиального расположения штанг одного и более оснований относительно продольной оси несущей опоры, при этом на стороне оснований, обращенной к обрабатываемому изделию, выполнены отражатели параболической формы или приближенной к параболической в виде каналов для светодиодов, а на другой стороне оснований выполнено оребрение в виде пластин, образующих теплоотводящий радиатор, при этом штанги выполнены разъемными, с узлом соединения в виде поперечных планок и со сквозными пазами.
В устройстве может быть одна и более несущих опор, а на несущей опоре могут быть размещены одна и более пар плоских фланцев. На штангах выполнены сквозные пазы с возможностью установочных перемещений штанг и фиксации положения посредством винтовых зажимов, на поперечных планках пазы выполнены по круговой линии с условным центром на оси несущей опоры. Электропривод обеспечивает подъем, и/или перемещение, и/или поворот несущей опоры.
На чертежах, поясняющих изобретение, показано крепление излучателей на несущей опоре. На фиг. 1 показана общая схема устройства. На фиг. 2 показано размещение УФ-излучателей 1 на основаниях 2 и крепление оснований на фланцах 3 несущей опоры 4. Во избежание перегруженности фигуры 1 из всех закрепленных оснований изображены только два. На фиг. 3 показано основание с рядами закрепленных светодиодных УФ-излучателей 1. На разъемной части штанги показаны сквозные пазы, расположенные по круговой линии, с условным центром на оси несущей опоры. На фиг. 4 представлена схема устройства для облучения цилиндрической поверхности. На фиг. 5 показано размещение СИД при наличии двух несущих опор 4 для осуществления отверждения путем УФ-облучения развернутой цилиндрической поверхности. На фиг. 6 показано размещение более одной пары фланцев на несущей опоре. Разбиение массива СИД на модули снижает нагрузку на штанги 5 и облегчает монтаж излучателей.
Устройство для ультрафиолетового облучения включает камеру 6, в которой размещена платформа в виде матрицы 7, на которую нанесен слой композита для УФ-отверждения, например, препрега 8. Электропривод 9 позволяет осуществлять перемещение несущей опоры 4 и пространственное позиционирование ультрафиолетовых светодиодных излучателей 1 относительно обрабатываемого изделия, например препрега 8. Управление работой электропривода и режимом облучения осуществляется блоком управления 10 и предполагает применение предпочтительно программного обеспечения (а также может быть организован на базе электрических коммутационных схем).
Светодиоды 1 закреплены на двух и более плоских основаниях 2. Каждое основание консольно закреплено посредством двух штанг 5 по торцам основания на двух плоских фланцах 3, принадлежащих несущей опоре 4. Относительно продольной оси несущей опоры 4 штанги оснований расположены радиально. При этом рядом расположенные излучатели на соседних основаниях имеют между собой минимальный зазор, и массив излучателей образует цилиндрическую равномерно облучающую поверхность для облучения и отверждения изделия цилиндрической, или сходной с цилиндрической, или другой объемной формы. Излучатели снабжены отражателями 11, предпочтительно параболической формы, позволяющими создать равномерный световой поток минимального рассеивания во избежание теневых зон на обрабатываемой поверхности. Равномерный световой поток сокращает цикл ультрафиолетового отверждения и качество обрабатываемого изделия. Для более точного позиционирования излучателей относительно поверхности обработки служат сквозные пазы на штангах. Пазы 12 позволяют выполнять радиальные установочные перемещения штанг 5, а пазы 13 на поперечных планках 14 позволяют выполнять круговые (с условным центром на оси несущей опоры) установочные перемещения штанг. Планки 14 соединяют две части штанг между собой. Выполненные установочные перемещения могут быть зафиксированы, например, посредством винтовых зажимов (на фигурах представлены без указания позиции).
На основаниях с обратной стороны от излучателей выполнено оребрение в виде пластин 15, образующих теплоотводящий радиатор, что создает более благоприятные условия работы излучателей, хотя известно, что тепловые потоки светодиодных излучателей существенно меньше, чем у ртутных ламп или ламп ИК-диапазона. В предлагаемом устройстве температура внутри камеры, как правило, незначительно превышает наружную температуру.
Описанную конструкцию излучателей на одном основании можно рассматривать как отдельный модуль устройства в целом, включающий несколько однотипных модулей в зависимости от формы и протяженности отверждаемого изделия. Разбиение массива СИД на модули снижает нагрузку на штанги 5 и облегчает монтаж излучателей. Так на фиг. 4 показана возможность применения и параллельного размещение двух несущих опор 4 для облучения развернутой цилиндрической поверхности, на фиг. 5 показана возможность размещения на одной несущей опоре более одной пары фланцев для облучения габаритного изделия.
Процесс отверждения осуществляется следующим образом.
В соответствии с формой облучаемого изделия выполняют предварительную настройку положения оснований 2 с излучателями на несущей опоре 4 для обеспечения, по возможности, равноудаленного положения излучателей над композитом.
По команде блока управления 10 электропривод осуществляет перемещение модуля или группы модулей в камеру, а затем на светодиоды подается напряжение с блока питания 16. Равномерное облучение одновременно всей поверхности изделия позволяет минимизировать цикл полимеризации изделия с обеспечением высокого качества отверждения, в первую очередь в отношении таких показателей как высокая механическая прочность, устойчивость к воздействию растворителей, минимальный запах, экологическая безопасность, стойкость к растрескиванию при циклических перепадах температур.
По окончании процесса автоматически снимается напряжение с ультрафиолетовых светодиодов 1, из камеры выводят несущую(ие) опору(ы) с излучателями и обрабатываемую деталь извлекают из камеры.