Какво е ултразвуково заваряване?

Ръководство за производство на медицински части

Работя с ултразвукови заварчици от около дванадесет години, предимно по медицински линии. Катетри, интравенозни комплекти, корпуси на филтри-каквото и да е. Хората ме питат през цялото време какво всъщност е ултразвуковото заваряване и аз им казвам, че основно използва звук за топене на пластмаса. Високо{4}}честотни вибрации, далеч над това, което можете да чуете, генерират топлина от триене точно в ставата. Без лепило, без винтове, без бъркотия.

Как работи машината

Четири части съставляват системата. Захранването поема тока на стената ви и го повишава до 20 или 40 kHz-понякога 15 или 35 в зависимост от вашето приложение. Конверторът се намира отгоре на стека; има пиезоелектрична керамика вътре, която превръща електрическия сигнал във физическо движение. Бустерът в средата или усилва, или намалява това движение. Рогът в долната част всъщност докосва вашата част.

Повечето магазини, в които съм работил, работят с 20 kHz за по-големи части. Когато правите малки съединители или неща с тънки-стени, 40 kHz е по-добре-по-малко сила, по-нежно към деликатната геометрия. Брансън, Дюкейн, Херман-всички правят солидно оборудване. Изберете един и се придържайте към него, честно. Кривата на обучение е достатъчно стръмна без смяна на платформи.

Част отива в приспособлението, клаксонът пада. Машината се задейства при предварително зададена сила или позиция. Започват вибрации. Енергията се концентрира в интерфейса на съединението, където имате вашето енергийно направляващо или срязващо съединение. Пластмасата се топи за части от секундата. Рогът поддържа натиск, докато материалът се охлажда. Готово. Тествайте го, преминете към следващия.

Параметри на процеса

Амплитудата има повече значение, отколкото хората осъзнават. Това е движението-до-пик на лицето на клаксона, измерено в микрони. Обикновено 20-100 микрона в зависимост от материала и размера на фугата. Виждал съм момчета да въртят амплитуда, за да поправят слаба заварка, когато трябваше да гледат геометрията на своя енергиен директор. По-високата амплитуда изхвърля повече енергия в частта, разбира се, но също така рискува изгаряне или маркиране.

Времето за заваряване на медицински части е кратко. Четвърт секунда, половин секунда. Може би цяла секунда на голямо срязващо съединение. По-дълго от това и вероятно правите нещо нередно-или вашият дизайн на ставата има нужда от работа, или материалът ви не е подходящ за ултразвук. Виждал съм хора да изпълняват две-секундни заварки, опитвайки се да спасят лош дизайн на инструмента. Не свършва добре.

Времето за задържане поддържа натиска, докато пластмасата се намести. Половината от вашето време за заваряване е прилична отправна точка. Нарежете го твърде късо върху найлон или полипропилен и съединението ще се разпадне, защото кристалната структура все още не е заключена.

Силата е по-сложна, отколкото звучи. Не е достатъчно и клаксонът отскача, което ви дава непостоянен контакт. Твърде много и смазвате енергийния директор, преди да има шанс да се стопи правилно. Обикновено започвам около 200-400 N за по-малки медицински части и го набирам от там.

Избор на материал

Аморфни пластмаси

ABS е най-лесният материал за заваряване. Точка. Добро предаване на енергия, широк прозорец на процеса, опрощава много грехове. Ако създавате прототипи или обучавате някого на процеса, започнете с ABS. Поликарбонатът също се заварява добре, но внимавайте за остатъчно напрежение от формоването-Компютърът обича да се напуква по напречните щрангове, когато го ударите с ултразвукова енергия. Партида от диагностични корпуси се пропукваха всеки път, докато не го проследим обратно до местоположението на вратата.

Полистиролът и акрилът се държат добре. CYROLITE се появява често в IV конектори и приложения за-контакт с кръв. Аморфните материали омекват постепенно в температурен диапазон, което е точно това, което искате. Стопилката тече, навлажнява повърхността на съединението, веригите се разпространяват през интерфейса. Чисти заварки.

Полукристални пластмаси

Сега навлизаме в трудната територия. Полипропилен, найлон, ацетал, полиетилен-всички полукристални. Те имат подредени молекулярни области, които разпръскват ултразвуковата енергия, вместо да я предават. Рязката точка на топене означава, че материалът бързо преминава от твърдо в течно състояние, след което се втвърдява отново при мигновени спадове на температурата. Много малко работно време.

PP и PE са навсякъде в медицински-спринцовки, контейнери, капачки. Те заваряват, но вие се нуждаете от по-висока амплитуда, настройка в близост до -полето (рог близо до съединението) и срязващи съединения за всичко, което изисква херметично уплътнение. Енергийните директори сами по себе си няма да го отрежат за-непропускливи РР възли. Виждал съм твърде много хора да опитват.

Найлонът абсорбира водата като гъба. Частите, които стоят на рафта в продължение на една седмица, ще бъдат заварени по различен начин от частите, току-що извадени от машината за формоване. Влагата кипи при 100 градуса по време на цикъла на заваряване и създава порьозност във връзката. Изсушете найлона си или го заварете бързо.

Бърза справка

За смесване на материали

Хората питат за заваряване на различни пластмаси. Кратък отговор: предимно не. ABS към PC работи, защото са химически съвместими-ето защо съществуват смеси PC/ABS. Температурите на топене трябва да са в рамките на около 40 градуса F една от друга. PP към PE? забрави го Знам, че и двата са полиолефини, но няма да се свържат.

Стъкленият пълнеж променя нещата. До 20% обикновено помагат-по-твърдият материал да предава енергията по-добре. Над 30% и няма достатъчно полимер в интерфейса на съединението, за да се направи прилична заварка. Забавителите на горенето са проблем. Лубрикантите на повърхността са по-лоши. Веднъж имаше проблем със замърсяване, който се проследи до отделяне на силиконова форма върху частите на доставчика. Отне три дни, за да разбера.

Съвместен дизайн

Всичко в ултразвуковото заваряване се свежда до проектиране на фуги. Лошите фуги не заваряват и точка. Можете да променяте параметрите цял ден и това няма да поправи фундаментално погрешна геометрия.

Енергийни директори

Стандартният енергиен режисьор е триъгълен ръб, формован в една свързваща повърхност. Върхът на триъгълника докосва плоското срещуположно лице. Малката контактна площ означава висока концентрация на енергия. Пластмасата се топи бързо, изтича, за да запълни фугата. 90 градуса включен ъгъл за аморфни неща. 60 градуса за полукристални-по-острата точка компенсира по-бързото втвърдяване.

Височината обикновено варира от 0,5 до 1,0 mm. По-малки части, по-малък ED. Ширината на основата съответства на височината за 90 градусов директор. Едно нещо, което виждам постоянно: износването на мухъл закръгля енергийния директор с течение на времето. Новият инструмент прави страхотни заварки. Шест месеца по-късно заварките са слаби. Проверете вашата ED геометрия, когато това се случи.

Step and Tongue-and-Groove

Стъпалообразното съединение добавя подравняване. Едната част е с повдигната стъпка, а другата с подходяща вдлъбнатина. ED седи на стъпалото. Само-откриване на частите. Светкавицата влиза в пространството, вместо навън. Добър за козметични приложения, където не искате видими заваръчни линии.

Езикът-и-го прави по-напред с изпъкнал език, който пасва в жлеб. Съдържа светкавица от двете страни. Недостатъкът е по-тесните толеранси на инструментите-еднаквата хлабина от двете страни на езика трудно се задържа в матрицата.

Срязващи фуги

Срязващите съединения не-подлежат на обсъждане за херметични уплътнения на полукристални части. Две стени с лека намеса се плъзгат една покрай друга по време на заваряване. Стените се топят, докато се телескопират заедно. Непрекъснатото размазващо действие елиминира кухините и пътищата на течове.

Времето за заваряване е 3-4 пъти по-дълго от ED съединенията. Повече топене на материал, необходима повече енергия. Намесата обикновено е 0,2-0,4 mm на страна. Твърде хлабав и не се разтопява напълно. Твърде стегнат и частите не се сглобяват за заваряване. Контролът на размерите има значение.

Корпуси на филтри, резервоари за течности, всичко, поддържащо налягане-срязващо съединение. Никога не съм получавал надеждно херметично запечатване на PP само с енергиен директор. Някои хора твърдят, че имат. Не съм го виждал да издържа в производството.

Приложения в медицината

IV комплекти са хлябът и маслото. Капкови камери, съединители, шипове, портове-всички заварени. Липсата на лепила означава липса на опасения относно биосъвместимостта относно излугване или остатъци. Един IV комплект може да има четири или пет заварени съединения. Високоскоростните-ротационни системи могат да работят хиляди на час.

Филтрирането е огромно. Кръвни филтри, патрони за диализа, дихателни филтри. Мембраната се вгражда в корпуса. Заварката запечатва периметъра, без да уврежда филтърната среда. Всеки път на теч и филтърът е безполезен-течността заобикаля, вместо да минава през него. Срязващи се фуги, 100% проверка, проучвания на възможностите на процеса. FDA не се занимава с тези неща.

Доставката на лекарства продължава да расте. Инсулинови писалки, авто-инжектори, инхалатори. Множество подвъзли на устройство. Поносими лепенки с тънки мембранни уплътнения-това е мястото, където системите за торсионно заваряване блестят. Редовните линейни вибрации могат да пробият тънки филми. Хоризонталната схема на трептене на торсионните единици е по-мека.

Диагностичните касети работят бързо. Кутии за тест ленти, чаши за проби, ямки за реагент. Времена на цикъл под секунда. Позиционирането е критично, защото тези части са малки и допуските са тесни. Роботизираното манипулиране захранва части към специални заваръчни станции.

Контрол на качеството и процеса

Съвременните заварчици записват всичко. Действително време за заваряване, доставена енергия, пикова мощност, разстояние на свиване. Настройте своите ограничения и машината маркира всичко извън прозореца. Пускаме SPC диаграми на всяко критично съединение. Уловете тенденция, преди да стане отхвърлена.

Тестът за издърпване потвърждава заваръчния шев. Приспособленията за изпитване на опън хващат детайла и измерват силата на скъсване. Пуснете проби в началото на смяната, периодично по време на производството, в края на смяната. Тестване на разрушаване за-възли за задържане на налягане-напълнете го, увеличете налягането, докато се повреди, запишете къде и при какъв PSI.

Напречните-сечения ви казват какво се случва вътре в ставата. Монтирайте го в епоксидна смола, изрежете заваръчния шев, полирайте повърхността, погледнете под увеличение. Пълното стопяване и поток изглежда хомогенно. Непълното сливане показва видим интерфейс. Порьозността означава влага или замърсяване. Направете това по време на разработката, за да оптимизирате параметрите. Правете го периодично в производството, за да проверите.

Отстраняване на неизправности

Слаби заварки

Първото нещо, което проверявам, е геометрията на енергийния директор. Вземете част, погледнете я под увеличение. Върхът остър ли е или е заоблен? Износените форми закръглят EDs и никой не забелязва, докато числата на теста за изтегляне не паднат.

Второто е контактът с клаксона. Неравномерният контакт означава неравномерно доставяне на енергия. Несъответствието поставя цялата енергия от едната страна на ставата. Потърсете свидетелски белези на частта-те ще ви кажат къде всъщност докосва клаксона.

Трето е промяна на партидата на материала. Нова партида смола, параметрите на заваръчния шев, които работеха вчера, днес не работят. Повторното смилане в сместа променя характеристиките на потока. Веднъж се опарихме с това, когато доставчик започна да добавя 15% смилане, без да ни каже.

Времето между формоването и заваряването също има значение. Горещите части, току-що извадени от машината, се държат по различен начин от студените части, които са престояли в кофа за боклук цяла нощ. Стандартизирайте го или го коригирайте.

Проблеми със светкавицата

Твърде много светкавица обикновено означава твърде много енергия. Първо намалете амплитудата. След това време за заваряване. Тогава сила. Една променлива наведнъж или никога няма да разберете какво всъщност го е поправило.

Съвместният дизайн също може да помогне. Светкавицата улавя-малка вдлъбнатина около периметъра на заварката-улавя изместения материал. Стъпаловидни фуги скриват светкавицата в празнината. Вградените-решения побеждават опитите за коригиране с параметри.

Напукване и частична повреда

PC се напуква при концентрации на напрежение. Остри ъгли, остатъци от врати, формовани-под напрежение от охлаждащи градиенти-всички потенциални места за възникване на пукнатини. Понякога поправката е промяна на параметрите на формоване, а не параметрите на заваряване.

Студените части са крехки. Складът достига 50 градуса F през зимата, частите идват на студено, те се напукват, вместо да се стопят. Оставете ги да се затоплят или поставете нагревател в линията пред заварчика.

Следи от рога върху козметични повърхности? Намалете силата на спусъка, полирайте лицето на клаксона или поставете тънък Mylar филм между клаксона и детайла. Филмът поема злоупотребата вместо пластмасата.

Поддръжка на оборудването

Състоянието на клаксона е всичко. Пукнатини, вдлъбнатини, износени бразди-всички те влияят на преноса на енергия. Визуална проверка ежедневно, проверка на импеданса всяка седмица. Пукнатият клаксон звучи различно, когато работи-можете да го чуете как се променя. Сменете, преди да се повреди катастрофално. Виждал съм спукани клаксони да повреждат конвертори и това е скъп ремонт.

Конверторите се разграждат с времето. Пиезокерамиката губи ефективност. Изходът спада достатъчно постепенно, че не забелязвате, докато заварките не започнат да се развалят. Периодичното измерване на продукцията улавя спада. Сменете по график, вместо да чакате повреда.

Износване на тела. Частите стоят на едни и същи места, пластмасата се трие в метал, размерите се променят. Проверявайте периодично спецификациите на чертежа. Ремонтирайте или сменете, когато се отворят толеранси. Износеното приспособление променя позицията на частта, което променя качеството на заваръчния шев и ще преследвате фантомни проблеми, ако не го уловите.

Регулаторни бележки

ISO 13485 обхваща управлението на качеството на медицинските изделия. Валидирането на процеса-IQ, OQ, PQ-показва, че вашата заваръчна операция постоянно прави приемлив продукт. Документирайте всичко. Контролът на промените се прилага за параметри, инструменти, материали. Променете едно нещо без подходяща документация и ще получите несъответствие.

Ултразвуковото заваряване работи добре в чисти помещения. Без изпарения, минимални частици, без капещи или пръскащи течни лепила. Оборудването се интегрира лесно в контролирани среди. Просто спазвайте графика за поддръжка и не замърсявайте частите с машинна грес или масло за рязане.

Мисли за раздяла

Първо изберете своя материал въз основа на приложението. След това разберете дали заварява. ABS и PC ви дават най-широкия прозорец на процеса. PP и найлонът се нуждаят от повече внимание, но те са изпълними. Срязващи съединения за херметични уплътнения на полукристални материали. Енергийни директори за почти всичко останало.

Вземете своя дизайн на съединението точно преди да купите инструмента. Поправянето на лош дизайн на фугата след изрязване на формата е скъпо и разочароващо. Изпратете примерни части на вашия доставчик на оборудване за изпитания за заваряване. Те правят това по цял ден-оставете ги да ви помогнат да намерите точните параметри.

Повечето проблеми се връщат към основите: размери на частите, консистенция на материала, състояние на оборудването. Изисканите системи за наблюдение няма да помогнат, ако вашият енергиен директор е закръглен или устройството ви е износено. Овладейте основите и останалото следва.