Saldatura A Ultrasuoni
La saldatura a ultrasuoni è un metodo di saldatura a stato solido rapido e di alta precisione, realizzato mediante la trasmissione di vibrazioni meccaniche ad alta frequenza (>20 kHz) alla superficie di contatto di due materiali da unire. Questo metodo, preferito soprattutto nella saldatura di materiali termoplastici e di alcune combinazioni di metalli, si distingue per i bassi tempi di ciclo e la qualità ripetibile nelle linee di produzione.
Come funziona il sistema di saldatura a ultrasuoni?
La saldatura a ultrasuoni funziona secondo il principio della conversione dell’energia elettrica in vibrazioni meccaniche e di queste in energia termica. Questa trasformazione di energia avviene attraverso i seguenti componenti:
Componenti di base del sistema
Generatore (alimentazione):
Converte la corrente elettrica alternata in un segnale alternato conforme alla frequenza operativa del sistema (tra 20-40 kHz).
Trasduttore (convertitore):
Converte il segnale elettrico in vibrazioni meccaniche lineari per mezzo di cristalli piezoelettrici.
Booster:
Utilizzato per aumentare o diminuire l’ampiezza meccanica. Inoltre, dirige la vibrazione.
Corno (Sonotrodo):
È l’ultimo elemento che trasmette le vibrazioni alla regione sorgente. La tromba è solitamente progettata in dimensioni λ/2 (mezz’onda) in base alla frequenza di risonanza del sistema.
Meccanismo di pressatura Z-Ax:
Applica la pressione appropriata durante il fissaggio dei pezzi (di solito tra 1-5 bar). Ciò influisce direttamente sulla qualità della saldatura.
Meccanismo di saldatura – Aspetti tecnici
Durante la saldatura a ultrasuoni, l’energia di vibrazione genera un calore localizzato sulla superficie di contatto. Questo calore supera la temperatura di transizione vetrosa (Tg) o di fusione (Tm) del materiale, consentendo alle superfici di formare legami molecolari.
Il processo di saldatura consiste in tre fasi principali:
Applicazione di energia: Inizia la vibrazione, il calore è generato dall’attrito sulle superfici.
Fusione: I materiali si ammorbidiscono localmente e la struttura superficiale si deteriora.
Raffreddamento e solidificazione: La vibrazione cessa, il pezzo si stabilizza e si forma la saldatura.
Vantaggi tecnici della saldatura a ultrasuoni
Caratteristica Descrizione
Breve tempo di ciclo Adatto alla produzione di massa con tempi di saldatura compresi tra 0,1 e 1,0 sec.
Trasferimento di energia senza contatto La fonte di calore viene generata direttamente sulla superficie di contatto, riducendo al minimo i danni ambientali.
Alta qualità Ripetibilità È possibile ottenere una precisione di ±0,05 mm con i parametri di processo corretti.
Nessun prodotto chimico Non vengono utilizzati adesivi, solventi o bulloni.
Basso consumo energetico Il consumo di energia avviene solo nel punto di saldatura.
Aree di applicazione della saldatura a ultrasuoni
Industrie e casi d’uso:
1. Automotive
Condotti dell’aria in materiale ABS e PP
Alloggiamenti per sensori
Alloggiamenti per filtri
2. Settore medico
Fornitura di maschere e grembiuli in tessuto non tessuto
Sistemi di connessione Luer
Sistemi di filtrazione
3. Elettronica
Moduli batteria
Contenitori per circuiti stampati
Raggruppamento di cavi
4. Imballaggio e alimenti
Sigillatura di sacchetti a ultrasuoni
Imballaggi sterili a prova di perdite
5. Tessile
Tecniche di cucitura senza calore
Sigillatura a ultrasuoni dei bordi
Progettazione e importanza della tromba a ultrasuoni
Il corno (sonotrodo) è un componente critico che influisce direttamente sull’efficienza della saldatura. I seguenti parametri devono essere ottimizzati in base al tipo di applicazione:
Parametro Dettaglio tecnico
Materiale Titanio (Ti6Al4V), Alluminio 7075, Acciaio inox
Frequenza operativa 20, 30, 35, 40 kHz (adattata alla risonanza specifica del sistema)
Ampiezza Nell’intervallo di 10-50 μm; deve essere regolata in base al materiale di saldatura
Geometria Piana, scanalata, dentellata o di forma speciale – deve essere ottimizzata mediante analisi FEM
Trattamento della superficie La resistenza allo scivolamento può essere aumentata mediante micro-ruvidità (Rz 3-5 μm)
Come Mikro Makina, produciamo corni a ultrasuoni specifici per le applicazioni, testati alla frequenza di risonanza e bilanciati con la nostra infrastruttura CNC a 5 assi. Le nostre trombe sono progettate con supporto FEM (Finite Element Method) per ridurre al minimo le perdite dovute alle vibrazioni.
Controllo qualità con i parametri di processo
La corretta impostazione dei seguenti parametri è fondamentale per il successo del processo di saldatura a ultrasuoni:
Saldatura a tempo
Sorgente controllata dall’energia (modalità energia)
Saldatura a distanza controllata (distanza di collisione)
Ogni tipo di processo deve essere selezionato in base alla geometria del prodotto e alle proprietà del materiale.
Conclusione Un nuovo standard nella saldatura industriale
La saldatura a ultrasuoni è una soluzione più rapida, pulita e affidabile rispetto ai metodi di saldatura tradizionali. La stabilità del processo può essere ottenuta con la corretta impostazione della frequenza, un design appropriato del corno e un controllo preciso della pressione. Mikro Makina dispone dell’infrastruttura e del know-how necessari per rispondere a tutte le esigenze tecniche legate a questa tecnologia, in particolare alla produzione di corni a ultrasuoni.
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