Materiaalien ultraäänileikkaus

Ultraäänileikkauksen periaate eroaa täysin perinteisistä materiaalileikkaustekniikoista. Ensimmäisessä tapauksessa käytämme ultraäänienergiaajoka ei vaadi työkalun leikkuureunojen teroitusta ja suuria voimia.

Toisin kuin mekaanisessa leikkauksessa, ultraäänileikkauksessa ei ole lastuja, melua, palaneita reunoja, kuten laseria tai muuta lämpökäsittelyä, ei höyryjä tai kaasuja. Vesisuihkuleikkaukseen verrattuna kosteus ei tunkeudu materiaaliin. Leikkauskustannusten kannalta ultraäänileikkaus on vaihtoehto laser- ja vesileikkaukselle.

Leikkuukärki tärisee ultraäänellä, mikä aiheuttaa hyvin vähän kitkaa ja leikkausmateriaali ei tartu kiinni, mikä on erityisen tärkeää viskooseille ja elastisille materiaaleille, pakasteruokille, kumille ja muille materiaaleille, joita ei voida leikata paineen alaisena.

Ihmiset eivät kuule ultraääniaaltoja. Ultraäänileikkausveitsi värähtelee pituussuunnassa 10-70 µm amplitudilla. Värähtely on mikroskooppista, joten sitä ei voi nähdä. Liike toistetaan 20 000 - 40 000 kertaa sekunnissa (taajuus 20 - 40 kHz).

Pienemmällä taajuudella toimivilla ultraäänilaitteilla on enemmän painoa ja enemmän tehoa. Suurempia amplitudeja voidaan saavuttaa myös matalilla taajuuksilla. Koneet, joiden taajuus on 20 kHz, sopivat paremmin paksujen ja vahvojen materiaalien leikkaamiseen.

Tällaisten laitteiden haittana on, että ultraäänen taajuus on lähellä kuuloaluetta ja melunvaimennustoimenpiteet voivat olla tarpeen käytön aikana.

35 kHz:n laitteet sopivat paremmin ohuemmille materiaaleille, kuten kalvolle, keinonahalle ja tekstiileille, sekä monimutkaisten muotojen käsittelyyn. Samaan aikaan koneet ovat äänettömästi toiminnassa.

Käyttöesimerkkejä ultraäänileikkaukseen

Ultraäänileikkauslaitteet koostuvat ultraäänianturista, navan kärjestä, veitsestä ja virtalähteestä. Ultraäänianturia käytetään muuntamaan sähköenergia mekaaniseksi (ultraääni) energiaksi.

Tällä hetkellä sähköstriktiota käytetään lähes kaikkialla – vaikutus on päinvastainen pietsosähköinen… Tämä tarkoittaa, että ultraääntä tuottavaan keraami- tai kvartsilevyyn muuntimeen syötetään vaihtojännite. Akustinen keskitin lisää lähtevien värähtelyjen amplitudia leikkausalueella.

Materiaali on pehmennetty ja leikattu ultraäänienergialla, ja veitsen terä yksinkertaisesti kohdistaa leikatun kohdan ja tuottaa ultraäänienergiaa. Leikkausvoimat pienenevät noin 75 % ja leikkausprosessin tuottavuus kasvaa merkittävästi muihin leikkausmenetelmiin verrattuna.

Hioma-aineita voidaan käyttää leikkaustehokkuuden lisäämiseen.

Ultraäänileikkauskoneet

Leikkausnopeus riippuu käsiteltävästä materiaalista ja määräytyy yleensä suhteella: V = 4 * X * e, jossa X on suurin värähtelyamplitudi, m, e on ultraäänitaajuus, Hz.

Siten 12 mikronin amplitudilla ja 35 kHz:n taajuudella leikkausnopeus on: 4 * 0,000012 * 35000 = 1,68 m / s.

Kuten muista teknologioista (esim. mekaanisessa leikkauksessa) tiedetään, leikkausnopeuden kasvaessa leikkausvoimien lisäksi myös leikkuutyökalun terän kuluminen vähenee, joten kovametalliteriä suositellaan myös ultraääni leikkaus. Karbidimetalliterien kestävyys voi olla jopa 20 000 m tai enemmän.

Kädessä pidettävä ultraäänileikkauslaite

Ultraäänileikkaus soveltuu sellaisille materiaaleille kuin kumi, PVC, painetut piirilevyt, kalvot, komposiitit, muovit, kaikenlaiset paperit, kankaat, matot, nahka, elintarvikkeet (pakastettu liha, karamelli, leipä, suklaa jne.), ohutkalvo ja materiaalit hunajakennosta, fossiilien puhdistukseen, ruosteen ja maalin poistoon, metallin kaiverrukseen ja kaivertamiseen, metallien merkitsemiseen.

Ultraäänileikkaus voidaan tehdä sekä manuaalisesti että automatisoitujen asennuksien ja robottien avulla, löytyy myös malleja mehiläisten materiaalien 3D-leikkaukseen.