Ana Sayfa Mühendislik Tıbbi Maske Uygulamaları İçin Ultrasonik Kaynak ve Horn Tasarımı

Tıbbi Maske Uygulamaları İçin Ultrasonik Kaynak ve Horn Tasarımı

Ultrasonik kaynak, kaynak endüstrisinde kullanılan en popüler kaynak tekniklerinden biridir. Hızlı, ekonomik, kolay ve seri üretim için çok uygundur. Dakikada 60 parçaya kadar üretim oranları mümkündür. Ultrasonik kaynak, düşük genlikli (1-25 μm) mekanik titreşimler üretmek için yüksek frekanslarda (20–40 kHz) ultrasonik enerji kullanır . Titreşimler, kaynak yapılan parçaların bağlantı arayüzünde ısı üreterek termoplastik malzemelerin erimesine neden olur ve soğuduktan sonra kaynak oluşumu tamamlanır.

Ultrasonik kaynak bilinen en hızlı kaynak tekniğidir ve kaynak süreleri tipik olarak 0.1 ile 1.0 saniye arasındadır. Kaynağa ek olarak, ultrasonik enerji, metal parçaların plastiğe yerleştirilmesi veya termoplastik parçaların farklı malzemelerden yapılmış bileşenleri mekanik olarak sabitlemek için yeniden biçimlendirilmesi gibi işlemler için yaygın olarak kullanılır. Ultrasonik kaynak otomotiv, elektronik gibi neredeyse tüm büyük endüstrilerde kullanılır.

Tıbbi cihazların biyouyumluluğunu etkileyebilecek kaynaklara kirletici maddeler veya degradasyon kaynakları sokmadığı için sağlık sektöründe yaygın olarak kullanılmaktadır. Ultrasonik kaynağın bir sınırlaması, mevcut teknoloji ile, büyük eklemlerin (yani yaklaşık 250 × 300 mm‘den daha büyük; 10 × 12 inç) tek bir işlemde kaynak yapılamamasıdır. Ayrıca, özel olarak tasarlanmış bağlantı detayları gereklidir. Ultrasonik titreşimler elektrikli bileşenlere de zarar verebilir, ancak daha yüksek frekanslı ekipman kullanımı bu hasarı azaltabilir. Ayrıca, kaynak yapılacak parçalara bağlı olarak, fikstürler için takım maliyetleri yüksek olabilir. [1]

Ultrasonik Kaynak için Güç Üniteleri

Ultrasonic Welding
Standart ultrasonik kaynak işleminde kullanılan ekipman [2]
Güç üniteleri analog veya dijital kontrollü olarak tasarlanmaktadır. Analog cihazlar yüksek frekanslı sinyallerin durumunu izleyemediği için horn’ların çatlamasına veya cihazın bozulmasına neden olabilmektedir. Buna karşın dijital kontrollü güç ünitelerinin üniversal olması, yalnızca ufak miktarda bir ayarlama yaparak piyasadaki neredeyse tüm güç ünitelerinin yerini alabileceği kapsamlı bir cihaz haline getirmektedir. Plastik kaynak, metal kaynağı, gıda ürünlerini kesme, temizleme, atomizasyon, ekstraksiyon, ham petrol viskozitesinin azaltılması gibi hemen hemen tüm uygulamalar için kullanılabilir.

Dijital frekans kontrolü ile sistem, kaynak kafasının (horn’un) rezonans frekansını otomatik olarak izler; ısı ve diğer nedenlerden kaynaklanan ayar bozukluğunu telafi eder. Genlik ayarı ile kullanıcının uygulama gereksinimlerine göre hassas/kesin genliği ayarlamasına izin verir, analog sistemlerden daha geniş bir aralık ve ayar tekrarlanabilirliği sağlar. Tüm makinenin aşırı güç tüketimine karşı koruma devresi, güç ünitesinin yüksek akım koruması, güç ünitesinin sürücüsü için düşük voltaj koruması, yüklenme durumu için yüksek voltaj ve akım koruması, aşırı yük gücü koruması, anormal yük empedansı, aralık dışı yük frekansı koruması, aşırı sıcaklık koruması, harici bileşenlerin (selenoid valf çıkışı gibi) yüksek akım koruması, çalışma voltaj aralığı dışındaki durumlarda işlemci koruması dahil birçok koruyucu önlem dijital güç ünitelerinde mevcuttur.

Bazı modellerde plc ile haberleşecek (modbus vs.) yapılar beraberinde gelmektedir. Dijital cihazlar hem kendisini hemde horn’u korumak için tasarlanmıştır. Horn’un optimum çalışacağı frekans aralığını kendisi otomatik olarak tespit edebilir. Düşük genlikte horn üzerine sinyaller göndererek malzemenin rezonans değerini bulmaya çalışır. Çalışma frekansı rezonans değerinin hemen altı veya üstünde olmak zorundadır. Aksi durumda rezonans frekansında salınım yapan malzeme bir süre sonra çatlayacaktır.

Tıbbi Maske Uygulamaları

Özellikle tıbbi maske uygulamalarında dokumasız (non-woven) tekstil kaynağı önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu bölümden itibaren anlatılacak uygulamalar tıbbi maskelerin ultrasonik kaynak süreci için geçerli olacaktır.

Otomatik beslemeli hatlarda en çok tercih edilen güç üniteleri 15 KHz – 20 KHz ve 1000 – 3000 W arasındaki modelleridir. Örneğin 20 KHz 2000W dijital kontrollü güç ünitesi genellikle 18.5 KHz – 21.5 KHz arasında çalışmaktadır. Kullanacağınız hornun çalışma frekansı bu değerlerin arasında olması gerekmektedir. Diğer durumlarda düşük genlikte frekansı bulamaz ve cihaz hata verir. Her malzemenin kendisine özel bir doğal frekansı mevcuttur. Sıcaklık etkileri, malzeme kusurları, çatlak yapılar malzemenin frekansının değişmesine neden olur. Özellikle güç ve çalışma frekansı değerine göre hesaplanmış horn tasarımları daha uzun ömürlü olacak ve kaynak titreşimini tam performansta sağlayacaktır.

Ultrasonik Horn (Sonotrot) Tasarımı

Ultrasonikc Horn Design
Ultrasonik Horn (Sonotrot) Boyutları

Malzeme

Young Modülü [GPa]

Yoğunluk [kg/m3]

Alüminyum 7075 T6

71.7

2810

Alaşımlı Çelik 1.2379

200

7700

Optimum çalışma geometrisini teorik olarak hesaplamak için

 

 

 

Genişlik (w), uzunluk (L) ve kalınlık (R2) en önemli parametrelerdir. 20 KHz Alüminyum hornlar için ideal uzunluk 122 – 129.5 mm arasındadır. Kazanç faktörü ise titreşimin kaç kat arttırılabileceğini göstermektedir. Ancak R2 ve w geometrisinin yüzey alanı mühürlenecek alandan daha büyük olmalısı gerektiğinden kazanç oranı çok yüksek seçilmemelidir.

Alümünyum genellikle daha yüksek genliklerde çalışabilirken çeliklerin genlik değeri düşüktür. Darbeli çalışan sistemlerde alüminyumun deforme olması veya çatlama problemlerinin oluşması nedeniyle alaşımlı çelik, paslanmaz ve titanyum gibi malzemeler tercih edilmektedir.

Danışmanlık ve daha fazla bilgi almak için MEMSA MAKİNA firmasını ziyaret edebilirsiniz.

Kaynak:

  1. Handbook of Plastics Joining (Second Edition), A Practical Guide, 2009, Sayfa 15-35
  2. Grimm, R.A., March 1995. Welding Process for Plastics. Advanced Materials and Processes, ASM International.
arıcılık malzemeleri
Furkan Gümüş
Furkan Gümüş
Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümü mezunu. Yüksek lisans eğitimini Marmara Üniversitesi Makine Mühendisliği bölümünde tamamladı. Doktora eğitimine Yıldız Teknik Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği alanında devam ettiriyor. Uzmanlığı Robot ve Mekatronik Sistemler, Otomatik Kontrol, Mekanik Tasarım, Gömülü Sistem ve Kontrol Yazılımlarıdır.

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.

Yazar Ol arıcılık malzemeleri Proje Yönetimi

Yeni Yazılar

Otonom Araçlar

Otonom araçlar, sahip olduğu donanımsal ve yazılımsal sistemleri kullanarak çevresini algılayabilen ve insan müdahalesi olmadan çalışabilen araçlar olarak tanımlanabilir. Otonom aracın çalışması sırasında, bir...

Maskenin Kalitesi Nasıl Anlaşılır

Tıbbi amaçlı olarak kullanılan birçok maske türü mevcuttur ancak hepsinin ortak bazı özellikleri bulunmaktadır. Bu yazımızda medikal maskelerin kalitesi nasıl anlaşılır, medikal maske alırken...

Meltblown Maske Kumaşı Nasıl Anlaşılır

Pandemi döneminde önemi giderek artan maskelerin bizi ne kadar koruyabildiğine dair herkesin aklında belirli başlı sorular gelmektedir. Bu makalede genel olarak en çok tercih...

Kolonya mı El Dezenfektanı mı?

Kolonya ve el dezenfektanları arasındaki fark nedir? Antiseptik özelliği hangisinde daha fazladır? Kolonya Kolonya, su ve çeşitli esans karışımları ile yüzde 60 ile 80 arasındaki oranlarda...

Mühendislik Maaşları

Uçak Mühendisliği Maaşları

Merhaba arkadaşlar bu yazımızda uçak mühendisliği maaşları hakkında sizlere bilgiler vereceğiz. Öncelikle uçak mühendisliği, genel anlamda hava ile etkileşime geçen her türlü cismin veya...

Fizik Tedavi ve Rehabilitasyon Maaşları

Fizik tedavi ve rehabilitasyon maaşları ve iş imkanlarının geniş olmasından dolayı sayısal öğrencileri arasında oldukça tercih edilen bir bölümdür. Eğitim 4 yıllık lisans programı...

Giyim Üretim Teknolojisi Bölümü Maaşları

Giyim üretim teknolojisi bölümü belli üniversitelerde açılmış olan 2 yıllık bir bölümdür. Genelde meslek liselerinin ilgili bölümlerinden mezun olan öğrencileri puansız geçişle, diğer düz...

Petrol ve Doğal Gaz Mühendisliği Maaşları

Bu yazımızda sizlere petrol ve doğal gaz mühendisliği maaşları hakkında bilgiler vereceğiz. Öncelikle petrol ve doğal gaz mühendisliği nedir; petrol, doğal gaz, buhar, su,...