Kaj je ultrazvočno varjenje?

Vodnik za izdelavo medicinskih delov

Ultrazvočne varilnike upravljam že približno dvanajst let, večinoma na medicinskih linijah. Katetri, intravenski kompleti, ohišja filtrov-če želite. Ljudje me ves čas sprašujejo, kaj je pravzaprav ultrazvočno varjenje, in povem jim, da v bistvu uporablja zvok za taljenje plastike. Visoko{4}}vibracije, ki so precej višje od tistega, kar lahko slišite, ustvarjajo toploto zaradi trenja neposredno na sklepu. Brez lepila, brez vijakov, brez nereda.

Kako stroj deluje

Sistem sestavljajo štirje deli. Napajalnik prevzame vaš zidni tok in ga poviša na 20 ali 40 kHz-včasih 15 ali 35, odvisno od vaše aplikacije. Pretvornik sedi na vrhu sklada; v notranjosti ima piezoelektrično keramiko, ki spremeni električni signal v fizično gibanje. Ojačevalnik na sredini bodisi poveča ali ublaži to gibanje. Rog na dnu se dejansko dotika vašega dela.

Večina trgovin, v katerih sem delal, uporablja 20 kHz za večje dele. Ko delate z majhnimi konektorji ali tanko{2}}stenskimi zadevami, je 40 kHz boljši-manj sile, nežnejši do občutljive geometrije. Branson, Dukane, Herrmann-vsi izdelujejo solidno opremo. Izberite enega in se ga iskreno držite. Krivulja učenja je dovolj strma brez zamenjave platforme.

Del gre v napeljavo, hupa se spusti. Stroj se sproži pri vnaprej nastavljeni sili ali položaju. Začnejo se vibracije. Energija se koncentrira na spojnem vmesniku, kjer imate usmerjevalnik energije ali strižni spoj. Plastika se stopi v delčku sekunde. Rog zadržuje pritisk, medtem ko se material ohlaja. Končano. Preizkusite ga, pojdite na naslednjega.

Parametri procesa

Amplituda je pomembnejša, kot se ljudje zavedajo. To je gibanje od vrha-do-vrha na strani roga, merjeno v mikronih. Običajno 20-100 mikronov, odvisno od materiala in velikosti spoja. Videl sem fante, ki so vrteli amplitudo, da bi popravili šibek zvar, ko bi morali gledati na svojo geometrijo usmerjevalnika energije. Večja amplituda seveda prenese več energije v del, vendar obstaja tudi nevarnost opeklin ali madežev.

Čas varjenja na medicinskih delih je kratek. Četrt sekunde, pol sekunde. Morda celo sekundo na velikem strižnem spoju. Dlje od tega in verjetno delate nekaj narobe-bodisi je treba vaš sklep popraviti ali pa vaš material ni primeren za ultrazvok. Videl sem ljudi, ki izvajajo dve-sekundni varjenje, da bi rešili slabo zasnovo orodja. Ne konča se dobro.

Čas zadrževanja ohranja pritisk, medtem ko se plastika strdi. Polovica vašega varilnega časa je spodobno izhodišče. Odrežite ga prekratko na najlonu ali PP in spoj se razmakne, ker se kristalna struktura še ni zaklenila.

Sila je bolj zapletena, kot se sliši. Ni dovolj in hupa odskoči, kar povzroči nedosleden stik. Preveč in zdrobite usmerjevalnik energije, še preden ima možnost, da se pravilno stopi. Običajno začnem okoli 200-400 N za manjše medicinske dele in ga od tam nastavim.

Izbira materiala

Amorfna plastika

ABS je najlažji material za varjenje. Pika. Dober prenos energije, široko procesno okno, odpušča veliko grehov. Če izdelujete prototipe ali nekoga učite postopka, začnite z ABS. Tudi polikarbonat se dobro vari, vendar bodite pozorni na preostalo napetost zaradi oblikovanja-PC rad poči na napetostnih nastavkih, ko ga udarite z ultrazvočno energijo. Serija diagnostičnih ohišij je vsakič počila, dokler je nismo izsledili do lokacije vrat.

Polistiren in akril se lepo obnašata. CYROLITE se pogosto pojavlja v intravenskih konektorjih in aplikacijah za-krvni kontakt. Amorfni materiali se postopoma mehčajo v določenem temperaturnem območju, kar je točno tisto, kar želite. Talina teče, zmoči spojno površino, verige se razpršijo po vmesniku. Čisti zvari.

Polkristalna plastika

Zdaj pridemo na težko področje. Polipropilen, najlon, acetal, polietilen-vsi polkristalni. Imajo urejene molekularne regije, ki razpršijo ultrazvočno energijo, namesto da bi jo prenašale. Ostro tališče pomeni, da material hitro preide iz trdnega v tekoče, nato pa ponovno strdi takojšnje padce temperature. Zelo malo delovnega časa.

PP in PE sta povsod v medicinskih-brizgah, posodah, zamaških. Varijo, vendar potrebujete višjo amplitudo, nastavitev blizu-polja (rog blizu spoja) in strižne spoje za vse, kar zahteva hermetično tesnjenje. Energetski direktorji sami ne bodo rezali za-tesne PP sklope. Preveč ljudi sem videl poskusiti.

Najlon vpija vodo kot goba. Deli, ki bodo teden dni ležali na polici, se bodo varili drugače kot deli, ki so bili pravkar iz stroja za oblikovanje. Vlaga med varjenjem vre pri 100 stopinjah in ustvari poroznost v spoju. Posušite svoj najlon ali ga hitro zvarite.

Hitra referenca

O mešanju materialov

Ljudje sprašujejo o varjenju različne plastike. Kratek odgovor: večinoma ne. ABS na PC deluje, ker sta kemično združljiva-zato obstajajo mešanice PC/ABS. Temperature taljenja morajo biti med seboj znotraj približno 40 stopinj F. PP v PE? Pozabi. Vem, da sta oba poliolefina, vendar se ne vežeta.

Stekleno polnjenje spremeni stvari. Do 20 % običajno pomaga, da-trši material bolje prenaša energijo. Več kot 30 % in na vmesniku spoja ni dovolj polimera, da bi naredil spodoben zvar. Zaviralci gorenja so težava. Maziva na površini so slabša. Nekoč je prišlo do težave z onesnaženjem, ki je izvirala iz sprostitve silikonskega kalupa na dobaviteljevih delih. Potrebovali smo tri dni, da smo ugotovili.

Skupno oblikovanje

Pri ultrazvočnem varjenju je vse odvisno od oblikovanja spojev. Slabi spoji se ne varijo in pika. Parametre lahko spreminjate ves dan in to ne bo popravilo bistveno napačne geometrije.

Energetski direktorji

Standardni usmerjevalnik energije je trikotni greben, oblikovan v eno nasprotno površino. Konica trikotnika se dotika ravne nasprotne ploskve. Majhna kontaktna površina pomeni visoko koncentracijo energije. Plastika se hitro stopi, izteče, da zapolni fugo. 90 stopnja vključenega kota za amorfno snov. 60 stopnja za polkristalno-ostrejša točka kompenzira hitrejše strjevanje.

Višina je običajno od 0,5 do 1,0 mm. Manjši deli, manjši ED. Osnovna širina se ujema z višino 90-stopinjskega vodila. Nenehno opažam eno stvar: obraba plesni sčasoma zaokroži usmerjevalnik energije. Novo orodje naredi odlične zvare. Šest mesecev kasneje so zvari šibki. Ko se to zgodi, preverite svojo geometrijo ED.

Step and Tongue-and-Greove

Stopenjski spoj doda poravnavo. En del ima dvignjeno stopnico, drugi pa ustrezno vdolbino. ED sedi na stopnici. Deli se sami-poiščejo. Flash gre v prostor namesto ven. Dobro za kozmetične aplikacije, kjer ne želite vidnih zvarov.

Pero-in-žleb gre še dlje s štrlečim perom, ki se prilega utoru. Vsebuje bliskavico na obeh straneh. Slaba stran so strožje tolerance orodja-enako razdaljo na obeh straneh peresa je težko zadržati v kalupu.

Strižni spoji

Za hermetična tesnila na polkristalnih delih ni-mogoče pogajati o strižnih spojih. Dve steni z rahlimi motnjami drsita druga mimo druge med varjenjem. Stene se stopijo, ko se teleskopirajo skupaj. Neprekinjeno mazanje odpravlja praznine in poti puščanja.

Časi varjenja so 3-4x daljši kot pri spojih ED. Več materiala se tali, več energije je potrebno. Interferenca je običajno 0,2-0,4 mm na stran. Preveč ohlapno in se ne stopi v celoti. Pretesno in deli se ne bodo sestavili za varjenje. Nadzor dimenzij je pomemben.

Ohišja filtrov, rezervoarji za tekočine, vse, kar drži tlačni-strižni spoj. Nikoli nisem dobil zanesljivega hermetičnega tesnila na PP samo z energetskim direktorjem. Nekateri trdijo, da imajo. Nisem videl, da bi zdržal v proizvodnji.

Aplikacije v medicini

IV sklopi so kruh in maslo. Odcejalne komore, konektorji, konice, odprtine-vse privarjeno. Brez lepil pomeni, da ni skrbi glede biokompatibilnosti glede izpiranja ali ostankov. Posamezen IV komplet ima lahko štiri ali pet varjenih spojev. Rotacijski-sistemi z visoko hitrostjo lahko delujejo na tisoče na uro.

Filtracija je ogromna. Krvni filtri, dializni vložki, dihalni filtri. Membrana je vgrajena v ohišje. Zvar tesni obod, ne da bi poškodoval filtrirni medij. Morebitna pot puščanja in filter je neuporaben-tekočina obide, namesto da bi šla skozi. Strižni spoji, 100-odstotni pregled, študije zmogljivosti procesa. FDA se s temi stvarmi ne ukvarja.

Dostava zdravil še naprej raste. Inzulinski injekcijski peresniki, avtomatski -injektorji, inhalatorji. Več podsestavov na napravo. Nosljivi obliži s tankimi membranskimi tesnili-tam blestijo torzijski varilni sistemi. Redne linearne vibracije lahko predrejo tanke plasti. Horizontalni vzorec nihanja torzijskih enot je blažji.

Diagnostične kartuše delujejo hitro. Ohišja testnih trakov, lončki za vzorce, vdolbinice za reagente. Časi ciklov pod sekundo. Pozicioniranje je ključnega pomena, ker so ti deli majhni in tolerance ozke. Robotsko ravnanje dovaja dele v namenske varilne postaje.

Kontrola kakovosti in procesov

Sodobni varilci beležijo vse. Dejanski čas varjenja, dobavljena energija, konična moč, razdalja zrušitve. Nastavite svoje omejitve in naprava bo označila vse, kar je zunaj okna. Na vsakem kritičnem sklepu izvajamo karte SPC. Ujemite trend, preden postane zavrnjen.

Pull test potrdi zvar. Vpenjala za natezno testiranje zgrabijo del in izmerijo prelomno silo. Zaženite vzorce na začetku izmene, občasno med proizvodnjo, na koncu izmene. Testiranje porušitve za-sklope za zadrževanje tlaka-napolnite, povečajte tlak, dokler ne odpove, zabeležite, kje in pri kolikšnem PSI.

Prečni-prerezi vam povedo, kaj se dogaja znotraj sklepa. Namestite ga v epoksi, prerežite zvar, zloščite površino, poglejte pod povečavo. Popolna talina in pretok sta videti homogena. Nepopolna fuzija kaže viden vmesnik. Poroznost pomeni vlago ali onesnaženje. Naredite to med razvojem, da optimizirate parametre. Naredite to občasno v proizvodnji, da preverite.

Odpravljanje težav

Šibki zvari

Prva stvar, ki jo preverim, je geometrija energetskega usmerjevalnika. Zgrabite del, poglejte ga pod povečavo. Je konica ostra ali zaobljena? Obrabljeni kalupi zaokrožijo ED-je in nihče tega ne opazi, dokler ne padejo številke testa vleke.

Drugi je stik s hupo. Neenakomeren stik pomeni neenakomerno dovajanje energije. Neusklajenost usmeri vso energijo na eno stran sklepa. Poiščite oznake prič na delu-ki vam bodo povedale, kje se rog dejansko dotika.

Tretja je sprememba serije materiala. Nova serija smole, parametri zvara, ki so delovali včeraj, danes ne delujejo. Ponovno mletje v mešanici spremeni značilnosti pretoka. Enkrat sem se opekel na to, ko je dobavitelj začel dodajati 15 % ponovnega mletja, ne da bi nam povedal.

Pomemben je tudi čas med oblikovanjem in varjenjem. Vroči deli, ki so bili pravkar s stroja, se obnašajo drugače kot hladni deli, ki so čez noč ležali v smetnjaku. Standardizirajte ali prilagodite.

Težave z bliskavico

Preveč bliskavice običajno pomeni preveč energije. Najprej zmanjšajte amplitudo. Nato čas za varjenje. Potem silo. Ena spremenljivka naenkrat ali pa nikoli ne boste ugotovili, kaj je dejansko popravilo.

Pomaga lahko tudi skupno oblikovanje. Ujame blisk-majhno vdolbino okoli oboda zvara-lovi premaknjeni material. Stopničasti spoji skrijejo blisk v reži. Vgrajene-rešitve premagajo poskus popravljanja s parametri.

Razpoke in poškodbe delov

PC poči pri koncentracijah napetosti. Ostri vogali, ostanki vrat, oblikovani-v napetosti zaradi gradientov ohlajanja-vsa potencialna mesta nastanka razpok. Včasih je popravek spreminjanje parametrov oblikovanja, ne parametrov varjenja.

Hladni deli so krhki. Skladišče pozimi doseže 50 stopinj F, deli pridejo na hladno, počijo, namesto da bi se stopili. Pustite jih, da se segrejejo ali postavite grelec v linijo pred varilcem.

Rogovi na kozmetičnih površinah? Zmanjšajte silo sprožilca, zloščite sprednjo stran roga ali položite tanek Mylar film med rog in del. Film namesto plastike posname zlorabo.

Vzdrževanje opreme

Stanje roga je vse. Razpoke, luknjice, obrabni utori-vplivajo na prenos energije. Vizualni pregled vsak dan, preverjanje impedance tedensko. Počen rog zveni drugače, ko teče-lahko slišite, kako se spremeni. Zamenjajte, preden katastrofalno odpove. Videl sem, da počene hupe poškodujejo pretvornike in to je drago popravilo.

Pretvorniki se sčasoma poslabšajo. Piezo keramika izgubi učinkovitost. Izhod pada dovolj postopoma, da ne opazite, dokler zvari ne začnejo odpovedovati. Občasno merjenje proizvodnje ujame upad. Zamenjajte po urniku, namesto da čakate na napako.

Obraba napeljave. Deli sedijo na istih mestih, plastika se drgne ob kovino, dimenzije se premikajo. Občasno preverite specifikacije risb. Obnovite ali zamenjajte, ko se odprejo tolerance. Obrabljeno vpenjalo spremeni položaj dela, kar spremeni kakovost zvara, in lovili boste fantomske težave, če ga ne boste ujeli.

Regulativne opombe

ISO 13485 zajema upravljanje kakovosti medicinskih pripomočkov. Validacija postopka-IQ, OQ, PQ-dokazuje, da je vaš postopek varjenja dosledno sprejemljiv izdelek. Vse dokumentirajte. Nadzor sprememb velja za parametre, orodja, materiale. Spremenite eno stvar brez ustrezne dokumentacije in dobili boste neskladnost.

Ultrazvočno varjenje dobro deluje v čistih prostorih. Brez hlapov, minimalna količina delcev, brez kapljanja ali brizganja tekočih lepil. Oprema se enostavno integrira v nadzorovana okolja. Držite se le urnika vzdrževanja in ne onesnažujte delov s strojno mastjo ali rezalnim oljem.

Ločilne misli

Najprej izberite material glede na aplikacijo. Nato ugotovite, ali vari. ABS in PC vam omogočata najširše procesno okno. PP in najlon potrebujeta več pozornosti, vendar sta izvedljiva. Strižni spoji za hermetična tesnjenja na polkristalnih materialih. Energetski direktorji za večino vse ostalo.

Zagotovite si načrt spoja tik preden kupite orodje. Popravljanje slabega sklepa po rezanju kalupa je drago in frustrirajoče. Pošljite vzorčne dele svojemu dobavitelju opreme za preskuse varjenja. To počnejo ves dan-naj vam pomagajo najti prave parametre.

Večina težav izvira iz osnov: dimenzije delov, skladnost materiala, stanje opreme. Modni nadzorni sistemi ne bodo pomagali, če je vaš energetski usmerjevalnik zaokrožen ali če je vaša napeljava obrabljena. Obvladajte osnove in ostalo sledi.