Zgrzewanie ultradźwiękowe
Zgrzewanie ultradźwiękowe służy do pewnego, mocnego i szczelnego spajania elementów formowanych, folii i tekstyliów technicznych z tworzyw termoplastycznych.
Zgrzewanie ultradźwiękowe to bezpieczny dla produktu materiałooszczędny, energooszczędny i zrównoważony proces. Jej największymi zaletami są krótkie czasy cyklu, powtarzalność wyników zgrzewania oraz wysoka wytrzymałość spoin.
Technologia ta jest wszechstronna w użyciu. Zgrzewanie ultradźwiękowe znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach, takich jak przemysł motoryzacyjny, przemysł high-tech czy technologie medyczne.
Które tworzywa można zgrzewać ultradźwiękami i które materiały można łączyć?
Ultradźwięki można wykorzystywać do szczelnego i pewnego spajania elementów formowanych oraz do zgrzewania lub zabezpieczania krawędzi folii i tekstyliów technicznych. Łączone elementy powinny w dużej mierze składać się z tworzyw termoplastycznych, które można podzielić na materiały półkrystaliczne i amorficzne. Do półkrystalicznych tworzyw termoplastycznych zaliczamy POM, CA, LCP, PEEK, PA, PBT, PE, PPS, PP, PTFE. Mianem amorficznych tworzyw sztucznych określane są na przykład ABS, MABS, PMMA, PC, PET, PS lub PCW. Ultradźwięki szczególnie dobrze zgrzewają ze sobą te same tworzywa, ale możliwe jest również wykonywanie połączeń zgrzewanych w niektórych parach.
Tu znajdziesz listę kompatybilnych tworzyw sztucznych.
Jak działa zgrzewanie ultradźwiękowe tworzyw sztucznych?
Definicją „zgrzewania” jest spojenie dwóch lub więcej elementów poddawanych obróbce lub materiałów poprzez przyłożenie ciepła do powierzchni ich złączy i w ten sposób połączenie ich w trwały sposób.
W jaki sposób następuje zgrzanie elementów z tworzywa sztucznego pod wpływem ultradźwięków? - proces zgrzewania ultradźwiękowego w skrócie
Podczas ultradźwiękowego zgrzewania tworzyw termoplastycznych mechaniczne drgania ultradźwiękowe o określonej częstotliwości i amplitudzie oraz określonym ciśnieniu są doprowadzanie do elementów z tworzywa sztucznego przez określony czas. Początkowo drgania powodują tarcie na poziomie cząsteczkowym, a więc i wydzielanie ciepła w samym materiale. Wiązania cząsteczkowe w tworzywie są zrywane przez ciepło i drgania. Proces ten przyspiesza samoczynnie podczas cyklu zgrzewania. Tworzywo sztuczne ulega plastyfikacji, staje się miękkie i topi się. Jeśli doprowadzanie dźwięku zostanie przerwane, tworzywo termoplastyczne na skutek braku dopływu energii ulegnie szybkiemu ochłodzeniu i stwardnieniu. W tym procesie cząsteczki tworzą nowe połączenie w obu elementach z tworzywa sztucznego. Podczas procesu utwardzania ciśnienie spajania należy utrzymywać jeszcze przez krótki czas, aby uzyskać jednorodną strukturę materiału i spoić tworzywa w sposób nierozerwalny.
Krótkie objaśnienie podstaw zgrzewania ultradźwiękowego tworzyw sztucznych
W tym filmie prezentujemy podstawy zgrzewania ultradźwiękowego. Pokażemy Ci, jak dokładnie przebiega proces spajania.
Jakie wymagania może spełnić technologia zgrzewania ultradźwiękowego?
Zgrzewanie ultradźwiękowe należy zweryfikować jako technologię procesową dla własnych zastosowań, jeśli spoina ma wykazywać wysoką wytrzymałość mechaniczną, ponieważ części spajane za pomocą ultradźwięków są odporne na naprężenia i obciążenia mechaniczne. Ponadto połączenie jest bardzo odporne na zerwanie. Spoina jest hermetyczna, co zabezpiecza przed wodą, ciśnieniem i próżnią.
Ale za zastosowaniem technologii ultradźwiękowej przemawiają nie tylko wysokie wymagania dotyczące szczelności czy wytrzymałości. Kolejną zaletą zgrzewania ultradźwiękowego jest to, że ten proces spajania jest wyjątkowo wydajny i szybki. Zgrzewarka ultradźwiękowa jest gotowa do pracy ultraszybko – w czasie nie dłuższym niż uruchomienie komputera.
Kolejna zaleta: spoiny zgrzewane za pomocą ultradźwięków są również bardzo trakcyjne wizualnie i estetyczne. Nie noszą żadnych śladów, elementy formowane nie ulegają odkształceniu, a sama spoina jest bardzo precyzyjna.
Elementy formowane muszą zostać zaprojektowane w sposób kompatybilny z technologią ultradźwiękową – konstrukcja elementów formowanych
Do szybkiego wykonania powtarzalnego i wytrzymałego zgrzewu dwóch elementów formowanych niezbędne są mostki materiałowe o zaostrzonym kształcie znajdujące się na jednym z elementów.
Te mostki, tzw. przekaźniki ukierunkowania energii lub spoiny zaciskane, kierują drgania ultradźwiękowe do drugiego elementu formowanego. W ten sposób oba elementy formowane ulegają jednoczesnemu stopieniu w spoinie i trwałemu połączeniu.
Jeśli nie ma przekaźników ukierunkowania energii lub spoin zaciskanych, zamiast tworzenia spoiny następuje zgrzewanie powierzchniowe. W efekcie wytrzymałość zgrzewu jest nieprawidłowa, czas zgrzewania znacznie się wydłuża i nie można wykluczyć uszkodzenia elementów.
Przyjrzyjmy się bliżej dwóm najczęściej spotykanym geometriom stref spajania:
Przekaźniki ukierunkowania energii
Przekaźniki ukierunkowania energii kierują ją bardzo precyzyjnie w materiał, zazwyczaj mają kształt trójkąta lub profilu w kształcie litery V i są preferowane w przypadku amorficznych tworzyw termoplastycznych. Podczas wprowadzania energii ultradźwiękowej ERG ulegają stopieniu, a nadmiar materiału zostaje wypchnięty na boki. Konstrukcja elementu formowanego określa miejsce wypływu materiału.
Spoina zaciskana
Spoiny zaciskane ze względu na ich kształt nazywane są również spoinami schodkowymi. Są one szczególnie przydatne podczas wykonywania spoin szczelnych oraz podczas wykorzystywania półkrystalicznych tworzyw sztucznych. Ta geometria obszaru spajania jest również wykorzystywana do wykonywana bardzo atrakcyjnych wizualnie spoin.
Zgrzewanie czopowe
Jeśli dwa elementy formowane mają zostać połączone ze sobą mocno, ale nie szczelnie, można wybrać metodę zgrzewania czopowego. Sprawdza się ona w przypadku twardych tworzyw amorficznych i półkrystalicznych.
Konstrukcja elementów formowanych jest bardzo istotna dla szczelności, wytrzymałości i wyglądu zgrzewu. Dlatego ścisła współpraca z RINCO ULTRASONICS jest ważna od samego początku projektu. Chętnie doradzimy. Skontaktuj się z nami pod adresem info@rincoultrasonics.com lub skorzystaj z zamieszczonego poniżej formularza kontaktowego.
Zalety zgrzewania ultradźwiękowego
Ekonomiczność
Zgrzewanie ultradźwiękowe jest technologią bardzo ekonomiczną. W porównaniu do zgrzewania termicznego, zgrzewanie ultradźwiękowe charakteryzuje
- brak czasu oczekiwania na nagrzewanie
- brak fazy chłodzenia
- mniejsza ilość materiału
Wydajność
Cykl zgrzewania trwa zwykle tylko kilka dziesiątych sekundy. Faza usztywniania spoiny również zajmuje tylko ułamek sekundy.
Wąskie spoiny oznaczają dodatkową oszczędność materiału.
Doskonałe spoiny
Spoiny zgrzewane można zaprojektować w sposób w pełni zgodny z wymaganiami klienta. Spoiny są zawsze mocne i precyzyjnie wykonane, niezależnie od tego, czy mają być hermetycznie szczelne, czy wizualnie doskonałe.
Brak dodatków
Zgrzewanie ultradźwiękowe jest bardzo materiałooszczędne, ponieważ łączenie elementów nie wymaga stosowania żadnych dodatków. Umożliwia to również precyzyjny recykling.
Zgrzewanie bez stosowania dodatków takich jak śruby czy kleje sprawia, że produkty – na przykład zabawki dla dzieci – są bezpieczniejsze.
Trójwymiarowe spoiny
Sonotroda – narzędzie realizowane zgrzewanie – jest projektowana i wytwarzana na indywidualne zamówienie klienta. Dzięki indywidualnemu kształtowi możliwe jest również zgrzewanie spoin trójwymiarowych.
Pytania i odpowiedzi dotyczące zgrzewania ultradźwiękowego – FAQ
Czy podczas zgrzewania ultradźwiękowego na powierzchni pojawiają się ślady?
W zależności od ustawień parametrów i kształtu elementów (dokładność wymiarowa) zjawisko to może pojawić się w przypadku kilku zastosowań. W takim przypadku do zabezpieczenia powierzchni można zastosować folie ochronne z odpowiednim przesunięciem. Nie ma to wpływu na wynik zgrzewania.
Jakie są wady zgrzewania ultradźwiękowego?
Nie wszystkie tworzywa sztuczne i nie wszystkie połączenia tworzyw sztucznych można zgrzewać. Obróbce ultradźwiękami można poddawać tworzywa termoplastyczne, ale nie termoutwardzalne. Tekstylia muszą zawierać tworzywa sztuczne, inaczej będą się tylko palić.
Czy ultradźwiękami można zgrzewać również metale?
Tak, za pomocą ultradźwięków można również zgrzewać metale. Zgrzewanie ultradźwiękowe jest szczególnie popularne przy splataniu kabli.
Czy można zgrzewać również tworzywa sztuczne z wypełniaczami?
Tak, tworzywa sztuczne zawierające wypełniacze takie jak włókno szklane, węglan wapnia, talk czy włókno węglowe również można zgrzewać, ale nie jest to oczywiste. Dlatego wskazane jest wykonanie próby zgrzewalności na elementach poddawanych obróbce z tworzyw sztucznych z wypełniaczami. Chętnie doradzimy w tym zakresie.