Les encres et vernis réactifs nécessitent une source lumineuse ultraviolette de haute intensité pour déclencher une réaction chimique qui sèche l’encre ou le vernis quasi instantanément.La lumière ultraviolette forme une petite partie du spectre électromagnétique qui s’étend des ondes radio à l’extrémité des ondes longues, jusqu’aux radiographies et rayons gammas à l’extrémité des ondes courtes.Le tableau ci-dessous montre où se situent les longueurs d’onde ultraviolette dans le spectre électromagnétique.
spectre électromagnétique
Les longueurs d’onde ultraviolette qui sèchent le mieux les encres se situent entre 200 et 400 nanomètres.
Plusieurs types de lampe produisent des longueurs d’onde, les principales étant les lampes à vapeur de mercure à haute pression, les lampes à induction et les lampes à vapeur de mercure à moyenne pression.
La lampe à vapeur de mercure à haute pression est habituellement constituée d’un tube capillaire et nécessite une gaine d’eau pour maintenir les bonnes températures de fonctionnement. Ces lampes sont limitées aux courtes longueurs et leur vie utile est habituellement inférieure à 1 000 heures.
La lampe à induction (à vapeur de mercure) est dépourvue d’électrodes. Un arc est généré par la production de micro-ondes. Ces types de lampe sont habituellement produites en deux longueurs standard, 6 pouces et 10 pouces.
La lampe à vapeur de mercure à moyenne pression (MPMA) est de loin la plus utilisée. Elle peut être refroidie par air ou par eau et fabriquée dans une multitude de longueurs. Des lampes autonomes de deux mètres de long ne sont pas inusitées, et la vie utile des lampes MPMA peut très bien dépasser les 1 000 heures.
Construction typique d'une lampe MPMA
Schema Lamp construction
Le corps de la lampe est constitué d’un tube de verre de silice couramment appelé quartz. C’est un minéral qui est nettoyé et purifié jusqu’à atteindre un niveau de contamination totale de moins de 50 parts par million (p.p.m) et d’OH (eau issue de solides) de moins de 5 p.p.m. Le quartz que nous utilisons est généralement de moins de 3 p.p.m.
Le quartz possède d’importantes propriétés essentielles au fonctionnement efficace d’un système ultraviolet. La première et la plus importante est qu’il permet la transmission de la lumière ultraviolette dans toute l’étendue des gammes spectrales requises pour la polymérisation UV. Si l’on compare le quartz à une fenêtre, à travers une fenêtre faite de verre normal avec un taux supérieur de contamination, on peut sentir la chaleur du soleil, on peut voir la luminosité et les couleurs mais l’on ne prendra pas de coup de soleil. Si la fenêtre était faite de quartz, on prendrait aussi des coups de soleil.
La seconde propriété du quartz est qu’il supporte de très hautes températures. Alors que le verre fond à 600°C, le quartz ne commence pas à se déformer avant 1075°C. La température moyenne de la surface d’une lampe ultraviolette dans des conditions normales de fonctionnement varie entre 600 °C et 800 °C.
La troisième propriété physique du quartz est qu’il se caractérise par une très faible expansion thermique. C'est-à-dire que le fait que la lampe chauffe dans certaines zones et refroidisse dans d’autres zones de sa longueur ne cause pas de tension interne qui pourrait occasionner une fracture de la lampe.
Les électrodes soutenant l’arc à haute tension sont constituées d’un filament de tungstène central spiralé d'un fil de tungstène. Il est nécessaire d’utiliser le tungstène parce qu’il permet de dissiper la chaleur et parce qu’il contient des matériaux émetteurs spéciaux qui permettent d’améliorer la performance de l’électrode et de prolonger sa vie utile. Le tungstène est un métal très durable, il résiste à des températures extrêmement hautes et c’est un très bon conducteur. fonctionnement d’une telle lampe.
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Le filament de tungstène est uni à une fine feuille de molybdène. Le molybdène, dans cette forme et à cette épaisseur a exactement le même coefficient d’expansion que le quartz lorsque la lampe chauffe et refroidit. Tous deux s’épandent et se contractent légèrement ensemble, maintenant un joint parfaitement hermétique entre le vide intérieur de la lampe et l’atmosphère extérieure. Un fil de molybdène est assemblé à l’autre bout de la feuille de molybdène et l’unit à un embout en métal ou l’étend au dehors du corps de la lampe à travers un embout en céramique avec l’attache d’un câble PTFE isolé.
Spécifications électriques des lampes MPMA
En raison de la nature électrique d’une lampe à vapeur de mercure moyenne pression, la tension de secteur ne suffit habituellement pas pour faire fonctionner la lampe. Un transformateur élévateur de tension est donc requis. Ce transformateur doit être correctement assorti aux exigences d’électricité de chaque taille et type de lampe.
Un contrôle de lampe peut être effectué en utilisant un système inductif ou capacitif. Avec un système inductif, la lampe est connectée directement sur la sortie du transformateur. Lorsque la tension d’entrée fluctue, la sortie du transformateur varie proportionnellement. Ce qui modifie l'émission UV de la lampe. Lorsqu’une baisse de tension d’entrée survient, l'émission UV de lampe baisse proportionnellement.
Le système capacitif surmonte ce problème en utilisant des condensateurs connectés en série à la lampe. Cela a pour effet de maintenir une sortie constante à la lampe tandis que les entrées peuvent varier. Ce système est appelé système à puissance régulée et est, par la nature de sa conception, le plus efficace.
Circuit Typique de Watts Constants
Alimentation électronique:
Durant les dernières années, les alimentations électroniques se sont généralisées. Comparé au ballast au centre de fer conventionnel, les principaux avantages sont les suivants:
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Compact et léger
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Unité de facteur de puissance
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Compatible avec la forme des lampes à mercure et aux halogénures
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Contrôle de la puissance complètement variable et sans à-coup
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Amélioration de la durée de vie de la lampe due à la réduction de variations extrêmes de courant à l’allumage et durant le fonctionnement de la lampe.
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Peut être transféré sur alimentation électrique triphasée.
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La puissance de la lampe ne subit pas l’éventuelle variation du voltage de l’alimentation principale.
Emissions Spectrales typiques :
Les lampes Primarc avec et sans électrodes peuvent être fabriquées au mercure standard ou avec l’ajout d’halogénures de manière à satisfaire les besoins des clients selon leurs applications spécifiques.
La lampe à mercure est de loin la plus commune et dans la majorité des applications, une lampe standard à mercure assure un traitement suffisant. Cela dit il existe certaines applications dans lesquelles il est avantageux d’utiliser une lampe au spectre enrichi aux halogénures.
Le Gallium se caractérise par ses longueurs d’ondes particulièrement importantes et efficaces autour des 417nm et il est essentiellement utilisé dans la fabrication de meubles qui requit un traitement plus en profondeur pour les résines, finitions de surfaces laquées etc. On l’utilise aussi pour le traitement de finitions blanches sur les meubles qui ont une importante concentration d’oxyde de titane qui élimine par filtrage les longueurs d’ondes les plus courtes.
Le Plomb et le Fer sont communément utilisés pour les applications inkjet qui incluent des utilisations sur surfaces exceptionnelles et nécessitent un traitement sans relâche.
Le Fer est essentiellement utilisé sur le marché asiatique et pour la production de PCB (Printed Cicruit Board), pour l’impression de légende et photorésistance où la chimie des composés est particulièrement adaptée aux fréquences produites par ces lampes.
Les lampes enrichies aux halogénures sont plus difficiles à allumer et à contrôler, et elles exigent une température de refroidissement plus précise que leur homologue standard au mercure. Il est essentiel que la distribution spectrale de la lampe soit exactement adaptée à la distribution du photo initiateur dans le matériel à traiter. Par exemple, il est possible qu’une lampe à mercure ait une puissance de traitement amplement supérieure qu’une lampe enrichie au fer ou au gallium si le composé à traiter est plus sensible à ses fréquences. Et inversement lorsqu’il s’agit d’un composé, d’une encre ou d’une surface à traiter qui est sensible au fer ou au gallium.
Une lampe enrichie au fer, au gallium, à l’étain, au plomb ou à d’autres halogénures aura la même puissance de sortie qu’une lampe à mercure. Cela dit la distribution spectrale sera redistribuée, c’est-à-dire diminuée et accentuée sur certaines longueurs d’ondes selon l’halogénure ajouté. Toute lampe modifiée aux halogénures doit contenir du mercure pour permettre à l’halogénure additif d’entrer en action dans l’arc.
Longévité d’une lampe
Les lampes à vapeur de mercure moyenne pression ne grilleront pas soudainement comme des ampoules domestiques. L’efficacité décroît relativement lentement jusqu’à ce que l’émission de la lumière UV ne suffise plus à procurer un séchage efficace. Ce déclin est causé principalement par la détérioration de la transparence UV de la gaine de quartz et dépend de plusieurs facteurs : efficacité de refroidissement de la lampe, puissance nominale, courant nominal des électrodes, efficacité de refroidissement des électrodes, contamination de la surface externe de la lampe (poussière, etc.) et fréquence de commutation.
Bien utilisées, les lampes UV Primarc sont assurées de produire une efficacité élevée de séchage pour au moins 1 500 heures¥, et bien manipulées, elles peuvent continuer de procurer au moins 75 % de l’émission originale.
¥ Lampes UV à vapeur de mercure standard.
Primarc
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