Como especificar uma placa de aquecimento para um rolo contínuo de alta{{0}velocidade-para{2}}laminar uma linha de gravação a quente?

Uma linha de gravação a quente-a-rolo converte continuamente um filme de polímero liso e sem características em uma folha micro{2}}óptica de precisão, por exemplo, um filme-que aumenta o brilho para uma tela LCD, a velocidades de metros por minuto. O núcleo desta máquina é o tambor de gravação aquecido primário, um grande cilindro giratório de precisão-moído que estampa o desenho nanoscópico no plástico fluido. Este tambor é basicamente uma placa de aquecimento curva e giratória e suas especificações são de classe mestre em engenharia térmica e mecânica de alta-velocidade e ultra{10}}uniforme.

Placa de aquecimento rotativa como uma máquina térmica precisa
A especificação da gravação a quente com um rolo de impressão aquecido para rolar em um processo de alta-rolagem-para{2}}rolo deve abranger três domínios interdependentes, ou seja, a uniformidade térmica, a durabilidade da superfície e a precisão mecânica. Não é um bloco estático, mas sim um cilindro de aço de grande diâmetro (geralmente 300-600 mm de diâmetro e 1-2 m de comprimento) que gira continuamente enquanto mantém uma temperatura exata na superfície. O filme de polímero é pressionado contra o tambor, amolece e assume o padrão microscópico impresso na superfície do tambor. Qualquer mudança na temperatura de um lado para o outro ou ao longo do perímetro produz profundidade de gravação irregular, produto rejeitado e menor velocidade da linha.

Especificação Térmica: Múltiplas Zonas, Super Uniformidade
O grande tambor de aço deve ser aquecido internamente para atingir ±1 grau de uniformidade na temperatura da superfície em toda a largura e circunferência operacional do tambor. Você não pode ter essa quantidade de uniformidade com uma única fonte de calor não controlada.
 

Existem dois tipos básicos de aquecimento, empregados isoladamente ou em conjunto:

Zonas de aquecimento de cartucho incorporadas: Vários aquecedores de cartucho, cada um operado separadamente, são incorporados em furos axiais perfurados perto da superfície interna do tambor. O tambor está dividido numa pluralidade de zonas de aquecimento (por exemplo, esquerda, centro, direita ou divisões mais finas de 10-20 zonas). Cada zona é equipada com seu próprio sensor de temperatura (termopar ou RTD) e controlador PID de malha fechada. Este método permite que o perfil térmico seja ajustado com precisão ao longo do comprimento do tambor para compensar as perdas de calor nas extremidades do tambor.

Sistema de circulação de óleo quente. Um fluido de transferência de calor (óleo) circula através de um canal helicoidal ou de passagem múltipla dentro do tambor. O óleo é aquecido externamente e alimentado ao tambor através de uma união rotativa. Os sistemas de óleo quente têm uma uniformidade muito boa, uma vez que o fluido em movimento irá naturalmente compensar as regiões quentes. Porém, eles têm um tempo de reação térmica mais lento do que os aquecedores elétricos de cartucho.

Para as aplicações mais precisas, é utilizado um sistema híbrido. Os aquecedores de cartucho permitem um controle rápido e localizado, enquanto o circuito de circulação de óleo proporciona estabilidade geral da temperatura. Em qualquer caso, a expansão térmica do tambor (o aço se expande cerca de 11-13 μm/m·grau) deve ser considerada para o desenho do padrão de gravação. Se o padrão for cortado em um tambor frio, ele alterará o tom quando atingir a temperatura durante a operação. Assim, o tambor é usinado em temperatura operacional ou o padrão é corrigido para expansão térmica no projeto computacional.

Especificações de superfície: revestimento antiaderente-de longa duração
A superfície externa do tambor de aquecimento é a ferramenta de trabalho. Deve ser retificado até obter um acabamento espelhado (Ra < 0,1 μm) e revestido com uma camada de liberação fina, dura e durável. O revestimento tem que suportar a abrasão constante da película de polímero em movimento, resistir a qualquer ataque químico por aditivos na película e permitir a simples libertação do plástico em relevo sem aderir.

Os dois revestimentos mais solicitados são:

Diamante-como carbono (DLC) Um revestimento duro e amorfo de carbono com espessura de 1 a 3 μm. DLC tem atrito muito baixo (coeficiente de atrito<0.1), good wear resistance and great heat conductivity. It is perfect for high speed, high pressure embossing lines.

Nitreto de Cromo (CrN): Revestimento cerâmico, depositado por deposição física de vapor (PVD). CrN oferece grande dureza (até 2.000 HV), boa resistência à oxidação de até 700 graus e superfície anti-aderente. Geralmente é mais espesso que o DLC (5–15 μm) e é adequado para procedimentos de adição de filme mais agressivos.

O revestimento deve ser aplicado de forma consistente em todo o círculo e comprimento do tambor. Qualquer irregularidade na espessura ou aderência do revestimento causará aderência localizada ou desgaste prematuro. A especificação deve especificar o material de revestimento, dureza mínima (por exemplo, > 1500 HV), tolerância de espessura (por exemplo, ± 10%) e técnica de teste de adesão (por exemplo, teste de risco ou teste de descascamento da fita).

Especificações Mecânicas: União Rotativa, Equilíbrio e Excentricidade
Um tambor girando a uma velocidade tremenda. Talvez centenas de revoluções por minuto. Para estar devidamente equilibrado. Qualquer desequilíbrio causa vibração que é transmitida ao filme em relevo gerando uma distorção visível do padrão (ou vibração mecânica). A especificação deve especificar um grau de balanceamento dinâmico, normalmente G2.5 ou superior para ISO 1940-1.

A tolerância ao desvio é igualmente importante. Para gravação micro{1}óptica de alta precisão, o desvio total indicado (TIR) ​​da superfície externa do tambor em relação ao eixo de rotação do tambor deve ser inferior a 5 μm. Isto significa que o espaço entre o tambor e o rolo de contrapressão é sempre consistente e, portanto, a profundidade da gravação é sempre a mesma em toda a largura do filme.

O grande tambor incandescente é uma bigorna curva e giratória, um rolo perfeitamente quente e liso que estampa um milhão de padrões minúsculos por minuto. Mas toda a perfeição térmica e mecânica de nada adianta se os aquecedores ou sensores internos não puderem ser conectados corretamente. A união rotativa (ou chamada junta giratória) deve:

Manuseie circuitos elétricos de alta temperatura (aquecedores de cartucho) ou óleo quente sob pressão (sistemas de circulação) sem vazamentos.

Funciona a plena rotação, com menos atrito e desgaste.

Suporte ao controle de aquecedores de várias{0}zonas em vários canais independentes.

Inclui anéis coletores integrados para sinais de termopar ou RTD.

Contatos{0}}prateados ou escovas de metal-líquido são fornecidos para tambores aquecidos eletricamente em uniões rotativas multi-canais para garantir baixa resistência elétrica e longa vida útil. Para tambores aquecidos-a óleo, é empregada uma união rotativa-de fluxo duplo, com vedações mecânicas (por exemplo, carbono-grafite versus carboneto), classificadas para temperatura operacional máxima (geralmente até 250 graus para óleos sintéticos) e pressão (10–20 bar).

Rolo-para{1}}Lista de verificação completa de especificações da placa de aquecimento do rolo
Todo o documento de especificações para um tambor de gravação a quente inclui o seguinte:

Especificação de parâmetro de categoriaSpec/valor típico
Forma Diâmetro × comprimento 400 mm × 1500 mm (exemplo) Espessura da parede da casca 25-50 mm (rigidez estrutural)
Temperatura da superfície térmica Faixa de 100-250 grausUniformidade de temperatura ±1 grau em toda a extensãoÁrea de aquecimento6–24 zonas autônomasMétodo de aquecimentoAquecedores de cartucho ou óleo quenteSensores de temperaturaTermopares tipo K de superfície ou RTDs PT100Acabamento de superfície (Ra)<0.1 μm (Mirror finish)Coating DLC or CrNCoating hardness >1500HV±10% Espessura do revestimento 2-10 μm
Grau de qualidade de balanceamento dinâmico mecânico ISO 1940-1 G2.5Excentricidade total (TIR)<5 micronsMax. rotation speed 50-300 r/min (depends on procedure)
União rotativa Nº de circuitos elétricos 6-24 (para aquecedores de cartucho) Classificação do circuito 10 a 30 Amps Material de vedação PTFE ou grafite de alta temperatura Taxa de vazamento (óleo)<1 drop per hour at rated pressure.
Conclusão: o auge do design da placa
A última palavra em engenharia de placas é a especificação de um tambor de gravação aquecido para uma máquina de gravação a quente de-rolo a-de alta velocidade. É um dispositivo térmico e mecânico giratório rápido,{4}}rápido e ultrapreciso que-produz em massa os padrões invisíveis da óptica moderna-desde filmes-de aprimoramento de brilho para telas até placas guia-de luz para retroiluminação. Todos os parâmetros, como uniformidade térmica de ± 1 grau,<5 μm runout tolerance and durable DLC coating must be defined, validated and recorded. The most advanced production equipment are constructed on the most completely engineered spinning hot cylinders. A well-designed heated platen does more than just emboss plastic, it provides a profitable, high-yield, continuous production line. Compromises in the specification immediately result in rejected film, down time and lost income.