Hàn siêu âm là gì?

Hướng dẫn sản xuất bộ phận y tế

Tôi đã chạy máy hàn siêu âm được khoảng 12 năm, chủ yếu là về lĩnh vực y tế. Ống thông, bộ truyền dịch, vỏ bộ lọc-bạn có thể đặt tên cho chúng. Mọi người luôn hỏi tôi hàn siêu âm thực sự là gì và tôi nói với họ về cơ bản là sử dụng âm thanh để làm nóng chảy nhựa. Những rung động có tần số-cao, cao hơn mức bạn có thể nghe thấy, tạo ra nhiệt ma sát ngay tại khớp. Không keo, không ốc vít, không lộn xộn.

Máy hoạt động như thế nào

Bốn phần tạo nên hệ thống. Bộ nguồn lấy dòng điện trên tường và tăng lên 20 hoặc 40 kHz-đôi khi là 15 hoặc 35 tùy thuộc vào ứng dụng của bạn. Bộ chuyển đổi nằm ở trên cùng của ngăn xếp; nó có gốm áp điện bên trong biến tín hiệu điện thành chuyển động vật lý. Bộ tăng tốc ở giữa sẽ khuếch đại hoặc làm giảm chuyển động đó. Sừng ở phía dưới thực sự chạm vào phần của bạn.

Hầu hết các cửa hàng tôi từng làm việc đều chạy tần số 20 kHz cho các bộ phận lớn hơn. Khi bạn thực hiện các đầu nối nhỏ hoặc các vật có tường-mỏng, 40 kHz sẽ-ít lực hơn, nhẹ nhàng hơn trên hình học mỏng manh. Branson, Dukane, Herrmann-họ đều chế tạo những thiết bị chắc chắn. Thành thật mà nói, hãy chọn một và gắn bó với nó. Đường cong học tập đủ dốc mà không cần chuyển đổi nền tảng.

Một phần đi vào vật cố định, còi rơi xuống. Máy kích hoạt ở một lực hoặc vị trí đặt trước. Rung động bắt đầu. Năng lượng tập trung tại bề mặt tiếp xúc nơi bạn có bộ điều khiển năng lượng hoặc khớp cắt. Nhựa tan chảy trong một phần giây. Sừng giữ áp suất trong khi vật liệu nguội đi. Xong. Kéo thử nó, chuyển sang cái tiếp theo.

Thông số quy trình

Biên độ quan trọng hơn mọi người nhận ra. Đó là chuyển động đỉnh-đến-đỉnh ở mặt sừng, được đo bằng micron. Thông thường 20-100 micron tùy thuộc vào vật liệu và kích thước khớp. Tôi đã từng thấy những người điều chỉnh biên độ để khắc phục một mối hàn yếu trong khi lẽ ra họ phải nhìn vào hình học giám đốc năng lượng của mình. Chắc chắn, biên độ cao hơn sẽ truyền nhiều năng lượng hơn vào bộ phận, nhưng nó cũng có nguy cơ bị cháy hoặc đánh dấu.

Thời gian hàn trên các bộ phận y tế rất ngắn. Một phần tư giây, nửa giây. Có thể là một giây đầy đủ trên một khớp cắt lớn. Lâu hơn thế thì có thể bạn đã làm sai điều gì đó-hoặc thiết kế mối nối của bạn cần được cải thiện hoặc vật liệu của bạn không phù hợp với sóng siêu âm. Tôi đã thấy mọi người hàn hai-giây để cố gắng cứu vãn một thiết kế công cụ tồi. Không kết thúc tốt đẹp.

Thời gian giữ giữ áp lực trong khi nhựa đông lại. Một nửa thời gian hàn của bạn là điểm khởi đầu tốt. Cắt nó quá ngắn trên nylon hoặc PP và mối nối sẽ bị bung ra vì cấu trúc tinh thể chưa bị khóa chặt.

Lực lượng phức tạp hơn nó có vẻ. Không đủ và còi bị nảy, khiến bạn tiếp xúc không nhất quán. Quá nhiều và bạn đang nghiền nát giám đốc năng lượng trước khi nó có cơ hội tan chảy đúng cách. Tôi thường bắt đầu ở khoảng 200-400 N cho các bộ phận y tế nhỏ hơn và quay số từ đó.

Lựa chọn vật liệu

Nhựa vô định hình

ABS là thứ dễ hàn nhất. Giai đoạn. Truyền năng lượng tốt, cửa sổ xử lý rộng, tha thứ được nhiều tội lỗi. Nếu bạn đang tạo mẫu hoặc dạy ai đó quy trình, hãy bắt đầu với ABS. Polycarbonate cũng hàn tốt nhưng hãy cẩn thận với ứng suất dư từ quá trình đúc-PC rất dễ bị nứt ở các bộ phận tăng ứng suất khi bạn tác động bằng năng lượng siêu âm. Lần nào cũng có một loạt hộp chẩn đoán bị nứt cho đến khi chúng tôi lần theo dấu vết của nó trở lại vị trí cổng.

Polystyrene và acrylic hoạt động tốt. CYROLITE xuất hiện nhiều trong các đầu nối IV và các ứng dụng tiếp xúc với máu. Vật liệu vô định hình mềm dần theo một phạm vi nhiệt độ, đó chính xác là những gì bạn muốn. Chất tan chảy, làm ướt bề mặt khớp, chuỗi khuếch tán qua bề mặt tiếp xúc. Làm sạch mối hàn.

Nhựa bán tinh thể

Bây giờ chúng ta đi vào lãnh thổ khó khăn. Polypropylene, nylon, acetal, polyethylene{1}}tất cả đều ở dạng bán tinh thể. Họ đã ra lệnh cho các vùng phân tử phân tán năng lượng siêu âm thay vì truyền nó đi. Điểm nóng chảy sắc nét có nghĩa là vật liệu chuyển từ dạng rắn sang dạng lỏng nhanh chóng, sau đó đông đặc lại khi nhiệt độ giảm tức thời. Thời gian làm việc rất ít.

PP và PE có ở khắp mọi nơi trong-ống tiêm y tế, hộp đựng, nắp đậy. Chúng hàn nhưng bạn cần biên độ cao hơn, thiết lập gần-trường (sừng gần khớp) và khớp cắt cho bất kỳ thứ gì cần bịt kín. Chỉ riêng giám đốc năng lượng sẽ không giải quyết được vấn đề-các tổ hợp PP kín khít. Tôi đã thấy quá nhiều người cố gắng.

Nylon hút nước như bọt biển. Các bộ phận để trên kệ trong một tuần sẽ hàn khác với các bộ phận mới lấy ra khỏi máy đúc. Độ ẩm sôi ở 100 độ trong chu trình hàn và tạo ra độ xốp trong mối nối. Làm khô nylon của bạn hoặc hàn nó nhanh chóng.

Tham khảo nhanh

Về vật liệu trộn

Mọi người hỏi về việc hàn các loại nhựa khác nhau. Câu trả lời ngắn gọn: hầu hết là không. ABS với PC hoạt động vì chúng tương thích về mặt hóa học-đó là lý do tại sao hỗn hợp PC/ABS tồn tại. Nhiệt độ nóng chảy cần cách nhau khoảng 40 độ F. PP sang PE? Quên nó đi. Tôi biết cả hai đều là polyolefin nhưng chúng không liên kết với nhau.

Kính lấp đầy thay đổi mọi thứ. Lên đến 20% thường giúp-vật liệu cứng hơn truyền năng lượng tốt hơn. Quá 30% và không có đủ polyme ở bề mặt tiếp xúc để tạo mối hàn tốt. Chất chống cháy đang gặp rắc rối. Chất bôi trơn trên bề mặt tệ hơn. Đã từng gặp vấn đề về ô nhiễm bắt nguồn từ việc nhả khuôn silicon trên các bộ phận của nhà cung cấp. Mất ba ngày để tìm ra.

Thiết kế chung

Mọi thứ trong hàn siêu âm đều phụ thuộc vào thiết kế chung. Các khớp xấu không hàn được, chấm hết. Bạn có thể điều chỉnh các tham số cả ngày và nó sẽ không khắc phục được hình dạng thiếu sót về cơ bản.

Giám đốc năng lượng

Giám đốc năng lượng tiêu chuẩn là một sườn núi hình tam giác được đúc thành một bề mặt giao phối. Điểm của tam giác chạm vào mặt phẳng đối diện. Diện tích tiếp xúc nhỏ có nghĩa là nồng độ năng lượng cao. Nhựa nóng chảy nhanh, chảy ra lấp đầy mối nối. 90 độ bao gồm góc cho vật liệu vô định hình. 60 độ cho bán tinh thể-điểm sắc nét hơn bù đắp cho quá trình đông đặc nhanh hơn.

Chiều cao thường dao động từ 0,5 đến 1,0 mm. Các bộ phận nhỏ hơn, ED nhỏ hơn. Chiều rộng cơ sở phù hợp với chiều cao của giám đốc 90 độ. Một điều tôi thường xuyên thấy: nấm mốc làm mòn bộ phận giám đốc năng lượng theo thời gian. Công cụ mới tạo ra mối hàn tuyệt vời. Sáu tháng sau, mối hàn yếu đi. Kiểm tra hình học ED của bạn khi điều đó xảy ra.

Bước và Lưỡi-và-Rãnh

Bước khớp thêm sự liên kết. Một phần có bậc nâng lên, phần còn lại có phần lõm phù hợp. ED ngồi trên bậc thềm. Các bộ phận tự-định vị. Flash đi vào khoảng trống thay vì ra ngoài. Tốt cho các ứng dụng thẩm mỹ mà bạn không muốn nhìn thấy các đường hàn.

Lưỡi-và-rãnh tiến xa hơn nhờ lưỡi nhô ra vừa khít với rãnh. Có đèn flash ở cả hai bên. Nhược điểm là dung sai dụng cụ chặt chẽ hơn-khe hở bằng nhau ở cả hai bên lưỡi khó giữ được trong khuôn.

Cắt khớp

Các mối nối cắt là không thể-thương lượng được đối với các vòng đệm kín trên các bộ phận bán tinh thể. Hai bức tường có giao thoa nhẹ sẽ trượt qua nhau trong quá trình hàn. Các bức tường tan chảy khi chúng nhìn vào nhau. Hành động bôi bẩn liên tục giúp loại bỏ các khoảng trống và đường dẫn rò rỉ.

Thời gian hàn dài hơn 3-4 lần so với khớp ED. Vật liệu nóng chảy nhiều hơn, cần nhiều năng lượng hơn. Sự can thiệp thường là 0,2-0,4 mm mỗi bên. Quá lỏng lẻo và bạn không thể tan chảy hoàn toàn. Quá chặt và các bộ phận sẽ không lắp ráp được để hàn. Vấn đề kiểm soát kích thước.

Vỏ bộ lọc, bình chứa chất lỏng, bất cứ thứ gì giữ áp suất-khớp cắt. Tôi chưa bao giờ có được con dấu kín đáng tin cậy trên PP chỉ với một bộ giám đốc năng lượng. Một số người cho rằng họ có. Tôi chưa từng thấy nó tồn tại trong quá trình sản xuất.

Ứng dụng trong y tế

Bộ IV là bánh mì và bơ. Buồng nhỏ giọt, đầu nối, gai, cổng-tất cả đều được hàn. Không có chất kết dính có nghĩa là không có mối lo ngại về khả năng tương thích sinh học về việc lọc hoặc tồn dư. Một bộ IV có thể có bốn hoặc năm mối hàn. Hệ thống quay tốc độ cao-có thể chạy hàng nghìn chiếc mỗi giờ.

Lọc là rất lớn. Bộ lọc máu, hộp lọc máu, bộ lọc hô hấp. Màng được nhúng vào trong vỏ. Mối hàn bịt kín chu vi mà không làm hỏng vật liệu lọc. Mọi đường dẫn rò rỉ và bộ lọc đều là-đường dẫn chất lỏng vô dụng thay vì đi qua. Các mối nối cắt, kiểm tra 100%, nghiên cứu khả năng xử lý. FDA không loay hoay với những thứ này.

Việc cung cấp thuốc tiếp tục phát triển. Bút insulin,-ống tiêm insulin tự động, ống hít. Nhiều cụm con cho mỗi thiết bị. Các miếng vá có thể đeo được với miếng đệm màng mỏng-đó là nơi hệ thống hàn xoắn tỏa sáng. Rung động tuyến tính thông thường có thể làm thủng màng mỏng. Kiểu dao động ngang của bộ phận xoắn nhẹ nhàng hơn.

Hộp mực chẩn đoán chạy nhanh. Vỏ que thử, cốc đựng mẫu, giếng thuốc thử. Thời gian chu kỳ dưới một giây. Định vị là rất quan trọng vì những bộ phận này rất nhỏ và dung sai rất chặt chẽ. Robot xử lý cung cấp các bộ phận cho trạm hàn chuyên dụng.

Kiểm soát chất lượng và quy trình

Thợ hàn hiện đại ghi lại mọi thứ. Thời gian hàn thực tế, năng lượng cung cấp, công suất cực đại, khoảng cách thu gọn. Thiết lập giới hạn của bạn và máy sẽ gắn cờ mọi thứ bên ngoài cửa sổ. Chúng tôi chạy biểu đồ SPC trên mọi khớp quan trọng. Nắm bắt xu hướng trước khi nó trở thành sự từ chối.

Kiểm tra kéo xác nhận mối hàn. Thiết bị kiểm tra độ bền kéo lấy bộ phận và đo lực đứt. Chạy mẫu khi bắt đầu ca, định kỳ trong suốt quá trình sản xuất, cuối ca. Thử nghiệm liên tục các cụm-giữ áp suất-làm đầy nó, tăng áp suất cho đến khi nó hỏng, ghi lại vị trí và mức PSI.

Mặt cắt ngang cho bạn biết điều gì đang xảy ra bên trong khớp. Gắn nó bằng epoxy, cắt qua mối hàn, đánh bóng bề mặt, quan sát dưới độ phóng đại. Hoàn toàn tan chảy và dòng chảy trông đồng nhất. Sự hợp nhất không hoàn chỉnh hiển thị một giao diện có thể nhìn thấy được. Độ xốp có nghĩa là độ ẩm hoặc ô nhiễm. Làm điều này trong quá trình phát triển để tối ưu hóa các thông số. Làm điều đó định kỳ trong sản xuất để xác minh.

Khắc phục sự cố

Mối hàn yếu

Điều đầu tiên tôi kiểm tra là hình học của giám đốc năng lượng. Lấy một phần, nhìn nó dưới độ phóng đại. Điểm có sắc nét hay bị làm tròn không? Các khuôn mòn làm tròn ED và không ai để ý cho đến khi số lần kiểm tra kéo giảm xuống.

Thứ hai là tiếp xúc với còi. Tiếp xúc không đồng đều có nghĩa là cung cấp năng lượng không đồng đều. Sai lệch sẽ dồn toàn bộ năng lượng vào một bên của khớp. Hãy tìm dấu hiệu nhân chứng trên bộ phận đó-họ sẽ cho bạn biết chiếc sừng thực sự chạm vào đâu.

Thứ ba là sự thay đổi hàng loạt nguyên liệu. Rất nhiều nhựa mới, các thông số hàn đã hoạt động ngày hôm qua không hoạt động ngày hôm nay. Nghiền lại trong hỗn hợp sẽ làm thay đổi đặc tính dòng chảy. Đã từng thất bại trong việc này khi một nhà cung cấp bắt đầu thêm 15% bột xay lại mà không thông báo cho chúng tôi.

Thời gian giữa quá trình đúc và hàn cũng rất quan trọng. Các bộ phận nóng mới ra khỏi máy hoạt động khác với các bộ phận lạnh nằm trong thùng qua đêm. Chuẩn hóa nó hoặc điều chỉnh cho nó.

Sự cố về đèn flash

Quá nhiều đèn flash thường có nghĩa là quá nhiều năng lượng. Lùi lại biên độ đầu tiên. Sau đó là thời gian hàn. Sau đó ép buộc. Mỗi lần một biến, nếu không bạn sẽ không bao giờ tìm ra điều gì thực sự đã sửa nó.

Thiết kế chung cũng có thể hữu ích. Bẫy chớp-một hốc nhỏ xung quanh chu vi mối hàn-bắt vật liệu dịch chuyển. Các khớp bước giấu đèn flash trong khe hở. Các giải pháp-tích hợp sẵn giúp khắc phục vấn đề bằng các tham số.

Nứt và hư hỏng một phần

PC bị nứt ở nồng độ ứng suất. Các góc nhọn, vết tích cổng, được đúc khuôn-do ứng suất từ ​​độ dốc làm mát-tất cả các vị trí có khả năng bắt đầu vết nứt. Đôi khi cách khắc phục là thay đổi thông số đúc chứ không phải thông số hàn.

Các bộ phận lạnh dễ vỡ. Kho đạt tới 50 độ F vào mùa đông, các bộ phận bị lạnh, chúng nứt ra thay vì tan chảy. Để chúng ấm lên hoặc đặt lò sưởi ở phía trước thợ hàn.

Dấu sừng trên bề mặt mỹ phẩm? Giảm lực kích hoạt, đánh bóng mặt sừng hoặc đặt một màng Mylar mỏng giữa sừng và các bộ phận. Bộ phim lấy sự lạm dụng thay vì nhựa.

Bảo trì thiết bị

Tình trạng còi là tất cả. Các vết nứt, rỗ, mòn rãnh- đều ảnh hưởng đến việc truyền năng lượng. Kiểm tra trực quan hàng ngày, kiểm tra trở kháng hàng tuần. Tiếng còi bị nứt nghe có vẻ khác khi chạy-bạn có thể nghe thấy tiếng nó thay đổi. Thay thế trước khi nó thất bại thảm hại. Tôi đã từng thấy các bộ chuyển đổi bị hỏng sừng và đó là một sửa chữa tốn kém.

Bộ chuyển đổi xuống cấp theo thời gian. Gốm Piezo mất hiệu quả. Đầu ra giảm dần đến mức bạn không nhận thấy cho đến khi các mối hàn bắt đầu hỏng. Đo lường sản lượng định kỳ nắm bắt được sự suy giảm. Thay thế theo lịch trình thay vì chờ đợi sự cố.

Đồ đạc mặc. Các bộ phận nằm ở cùng một vị trí, nhựa cọ xát với kim loại, kích thước bị lệch. Kiểm tra thông số kỹ thuật bản vẽ định kỳ. Xây dựng lại hoặc thay thế khi dung sai mở ra. Một vật cố định bị mòn sẽ thay đổi vị trí bộ phận, làm thay đổi chất lượng mối hàn và bạn sẽ gặp phải các vấn đề ảo nếu không nắm bắt được nó.

Ghi chú quy định

ISO 13485 bao gồm quản lý chất lượng cho các thiết bị y tế. Xác thực quy trình-IQ, OQ, PQ-chứng minh rằng hoạt động hàn của bạn luôn tạo ra sản phẩm có thể chấp nhận được. Ghi lại mọi thứ. Kiểm soát thay đổi áp dụng cho các thông số, dụng cụ, vật liệu. Thay đổi một thứ mà không có tài liệu thích hợp và bạn sẽ gặp phải sự không phù hợp.

Hàn siêu âm hoạt động tốt trong phòng sạch. Không có hơi, hạt tối thiểu, không có chất kết dính lỏng nhỏ giọt hoặc bắn tung tóe. Thiết bị tích hợp dễ dàng vào môi trường được kiểm soát. Chỉ cần tuân thủ lịch bảo trì và không làm nhiễm bẩn các bộ phận bằng dầu mỡ máy hoặc dầu cắt.

Ý Tưởng Chia Tay

Chọn tài liệu của bạn dựa trên ứng dụng đầu tiên. Sau đó tìm hiểu xem nó có hàn không. ABS và PC cung cấp cho bạn cửa sổ xử lý rộng nhất. PP và nylon cần được chú ý nhiều hơn nhưng chúng có thể thực hiện được. Cắt các khớp nối kín cho vật liệu bán tinh thể. Giám đốc năng lượng cho hầu hết mọi thứ khác.

Nhận thiết kế chung của bạn ngay trước khi bạn mua dụng cụ. Việc sửa chữa thiết kế mối nối xấu sau khi cắt khuôn rất tốn kém và khó chịu. Gửi các bộ phận mẫu tới nhà cung cấp thiết bị của bạn để thử nghiệm hàn. Họ làm việc này cả ngày-hãy để họ giúp bạn tìm ra thông số phù hợp.

Hầu hết các vấn đề đều bắt nguồn từ những điều cơ bản: kích thước bộ phận, tính nhất quán của vật liệu, tình trạng thiết bị. Các hệ thống giám sát ưa thích sẽ không giúp ích gì nếu bộ giám sát năng lượng của bạn bị làm tròn hoặc thiết bị cố định của bạn bị mòn. Nắm vững các nguyên tắc cơ bản và phần còn lại theo sau.