초음파 용접이란 무엇입니까?

의료 부품 제조 가이드

저는 약 12년 동안 주로 의료 분야에서 초음파 용접기를 사용해 왔습니다. 카테터, IV 세트, 필터 하우징-이름을 지정하세요. 사람들은 나에게 초음파 용접이 실제로 무엇인지 항상 묻습니다. 저는 기본적으로 소리를 사용하여 플라스틱을 녹이는 것이라고 대답합니다. 우리가 들을 수 있는 것보다 훨씬 높은 고주파-진동은 관절 바로 옆에 마찰열을 발생시킵니다. 접착제도, 나사도, 엉망도 없습니다.

기계 작동 방식

4개의 조각이 시스템을 구성합니다. 전원 공급 장치는 벽면 전류를 받아 애플리케이션에 따라 최대 20kHz 또는 40kHz-때때로 15kHz 또는 35kHz까지 높입니다. 변환기는 스택 상단에 위치합니다. 내부에는 전기 신호를 물리적 움직임으로 바꾸는 압전 세라믹이 있습니다. 중앙에 있는 부스터는 해당 동작을 증폭하거나 감소시킵니다. 하단의 뿔이 실제로 부품에 닿습니다.

내가 일한 대부분의 상점에서는 더 큰 부품을 위해 20kHz를 실행했습니다. 작은 커넥터나 얇은 벽 작업을 수행할 때-40kHz는 더 좋고{4}}힘이 적고 섬세한 기하학적 구조에 더 부드럽습니다. Branson, Dukane, Herrmann-모두 견고한 장비를 만듭니다. 솔직히 하나를 선택하고 고수하십시오. 플랫폼을 전환하지 않고도 학습 곡선이 충분히 가파릅니다.

부품이 고정 장치에 들어가고 혼이 내려옵니다. 기계는 미리 설정된 힘이나 위치에서 트리거됩니다. 진동이 시작됩니다. 에너지 디렉터 또는 전단 조인트가 있는 조인트 인터페이스에 에너지가 집중됩니다. 플라스틱은 1초도 안 되는 시간에 녹습니다. 혼은 재료가 냉각되는 동안 압력을 유지합니다. 완료. 테스트를 해보고 다음으로 넘어갑니다.

프로세스 매개변수

진폭은 사람들이 인식하는 것보다 더 중요합니다. 이는 미크론 단위로 측정되는 혼 표면의 최고-대-움직임입니다. 일반적으로 재료와 조인트 크기에 따라 20-100미크론입니다. 나는 에너지 디렉터 형상을 살펴보아야 할 때 약한 용접을 수정하기 위해 진폭을 크랭크하는 사람들을 본 적이 있습니다. 진폭이 높을수록 부품에 더 많은 에너지가 투입되지만 화상이나 자국이 생길 위험도 있습니다.

의료 부품의 용접 시간이 짧습니다. 1/4초, 0.5초. 어쩌면 큰 전단 조인트에서는 1초 정도 걸릴 수도 있습니다. 그보다 더 오래 걸리면 뭔가 잘못되었을 가능성이 높습니다.-조인트 설계에 작업이 필요하거나 재료가 초음파에 적합하지 않습니다. 저는 사람들이 잘못된 도구 설계를 만회하기 위해 2{5}}초 용접을 실행하는 것을 본 적이 있습니다. 좋게 끝나지 않습니다.

플라스틱이 굳어지는 동안 유지 시간이 계속해서 압력을 가합니다. 용접 시간의 절반이 적절한 출발점입니다. 나일론이나 PP를 너무 짧게 자르면 결정 구조가 아직 고정되지 않았기 때문에 접합부가 분리됩니다.

힘은 생각보다 까다롭습니다. 충분하지 않으면 경적이 튕겨져 일관되지 않은 접촉이 발생합니다. 너무 많이 넣으면 에너지 디렉터가 제대로 녹기 전에 부서질 수 있습니다. 나는 일반적으로 작은 의료 부품의 경우 약 200-400N부터 시작하여 거기에서 다이얼을 돌립니다.

재료 선택

비정질 플라스틱

ABS는 용접하기 가장 쉬운 재료입니다. 기간. 좋은 에너지 전달, 넓은 프로세스 창, 많은 죄를 용서합니다. 프로세스를 프로토타이핑하거나 다른 사람에게 가르치고 있다면 ABS로 시작하세요. 폴리카보네이트도 잘 용접되지만 성형으로 인한 잔류 응력에 주의하세요.-PC는 초음파 에너지로 충격을 가하면 응력 상승에 균열이 생기는 것을 좋아합니다. 게이트 위치를 추적할 때까지 매번 진단 하우징에 균열이 발생했습니다.

폴리스티렌과 아크릴은 잘 작동합니다. CYROLITE는 IV 커넥터 및 혈액{1}}접촉 응용 분야에 많이 사용됩니다. 비정질 재료는 온도 범위에 걸쳐 점진적으로 부드러워지며, 이는 정확히 원하는 것입니다. 용융물이 흐르고 접합 표면을 적시고 체인이 경계면을 따라 확산됩니다. 용접을 청소하십시오.

반결정성 플라스틱

이제 우리는 어려운 영역에 들어갑니다. 폴리프로필렌, 나일론, 아세탈, 폴리에틸렌-모두 반결정질입니다. 그들은 초음파 에너지를 전달하는 대신 초음파 에너지를 산란시키는 정렬된 분자 영역을 가지고 있습니다. 날카로운 녹는점은 물질이 고체에서 액체로 빠르게 변한 다음 순간적인 온도 강하를 재응고화한다는 것을 의미합니다. 작업 시간이 거의 없습니다.

PP와 PE는 의료용-주사기, 용기, 마개 등 어디에나 사용됩니다. 용접이 가능하지만 밀폐 밀봉이 필요한 모든 것에 대해 더 높은 진폭, 근거리장 설정(조인트에 가까운 혼) 및 전단 조인트가 필요합니다. 에너지 디렉터만으로는 누출-밀폐 PP 어셈블리에 적합하지 않습니다. 나는 너무 많은 사람들이 시도하는 것을 보았습니다.

나일론은 스펀지처럼 물을 흡수합니다. 일주일 동안 선반에 방치된 부품은 성형기에서 막 꺼낸 부품과 다르게 용접됩니다. 용접 사이클 동안 수분은 100도에서 끓고 조인트에 다공성을 생성합니다. 나일론을 말리거나 빨리 용접하세요.

빠른 참조

재료 혼합에 관하여

사람들은 서로 다른 플라스틱을 용접하는 것에 대해 묻습니다. 짧은 대답: 대부분 그렇지 않습니다. ABS와 PC는 화학적으로 호환되기 때문에 작동합니다.-이것이 PC/ABS 혼합이 존재하는 이유입니다. 용융 온도는 서로 약 40°F 이내에 있어야 합니다. PP에서 PE로? 잊어버리세요. 나는 둘 다 폴리올레핀이라는 것을 알고 있지만 접착되지는 않습니다.

유리 채우기가 상황을 변화시킵니다. 일반적으로 최대 20%는-더 단단한 재료가 에너지를 더 잘 전달하는 데 도움이 됩니다. 30%를 넘으면 적절한 용접을 만들기에 조인트 인터페이스에 폴리머가 충분하지 않습니다. 난연제는 문제입니다. 표면의 윤활유가 더 나쁩니다. 공급업체 부품의 실리콘 몰드 이형으로 인해 오염 문제가 발생한 적이 있습니다. 알아내는 데 3일이 걸렸습니다.

공동 디자인

초음파 용접의 모든 것은 접합 설계로 귀결됩니다. 나쁜 조인트는 용접되지 않습니다. 하루 종일 매개변수를 조정할 수 있지만 근본적으로 결함이 있는 형상은 수정되지 않습니다.

에너지 이사

표준 에너지 디렉터는 하나의 결합 표면으로 성형된 삼각형 능선입니다. 삼각형의 점은 편평한 반대면에 닿습니다. 접촉 면적이 작다는 것은 에너지 집중도가 높다는 것을 의미합니다. 플라스틱은 빠르게 녹고 흘러나와 접합부를 채웁니다.{3}} 무정형 물질의 포함각. 60 반결정질의 각도-뾰족한 점이 더 빠른 응고를 보상합니다.

높이는 일반적으로 0.5~1.0mm입니다. 더 작은 부품, 더 작은 ED. 베이스 너비는 90도 디렉터의 높이와 일치합니다. 내가 끊임없이 보는 한 가지는 금형 마모가 시간이 지남에 따라 에너지 디렉터를 완성한다는 것입니다. 새로운 도구는 훌륭한 용접을 만듭니다. 6개월이 지나면 용접이 약해집니다. 그런 일이 발생하면 ED 형상을 확인하십시오.

스텝과 텅-및-그루브

스텝 조인트가 정렬을 추가합니다. 한 부분에는 융기된 계단이 있고 다른 부분에는 일치하는 홈이 있습니다. ED는 계단에 앉아 있다. 부품 자체를-찾습니다. 플래시는 외부가 아닌 클리어런스 안으로 들어갑니다. 눈에 띄는 용접선을 원하지 않는 미용 분야에 적합합니다.

혀-와-홈은 튀어나온 혀가 홈에 맞아 더욱 발전합니다. 양면에 플래시가 포함되어 있습니다. 단점은 툴링 공차가 더 엄격하다는 것입니다.-텅 양쪽의 동일한 클리어런스는 금형에 고정하기 어렵습니다.

전단 접합

반결정 부품의 밀봉 밀봉에는 전단 접합이 허용되지 않습니다.{0}} 용접 중에 약간의 간섭이 있는 두 벽이 서로 미끄러져 지나갑니다. 함께 망원경을 보면서 벽이 녹아내립니다. 지속적인 스미어링 작업으로 공극과 누출 경로가 제거됩니다.

용접 시간은 ED 조인트보다 3~4배 더 깁니다. 재료가 더 많이 녹을수록 더 많은 에너지가 필요합니다. 간섭은 일반적으로 측면당 0.2-0.4mm입니다. 너무 느슨하면 완전히 녹지 않습니다. 너무 빡빡하면 부품이 용접을 위해 조립되지 않습니다. 치수 제어가 중요합니다.

필터 하우징, 유체 저장소, 압력-전단 접합부를 유지하는 모든 것. 나는 에너지 디렉터만으로는 PP에 대한 신뢰할 수 있는 밀봉 씰을 얻은 적이 없습니다. 어떤 사람들은 그렇다고 주장합니다. 생산이 중단되는 것을 본 적이 없습니다.

의료 분야의 응용

IV 세트는 빵과 버터입니다. 드립 챔버, 커넥터, 스파이크, 포트-가 모두 용접되었습니다. 접착제가 없다는 것은 침출이나 잔류물에 대한 생체 적합성 문제가 없음을 의미합니다. 단일 IV 세트에는 4~5개의 용접 조인트가 있을 수 있습니다. 고속-회전 시스템은 시간당 수천 개를 작동할 수 있습니다.

여과는 엄청납니다. 혈액 필터, 투석 카트리지, 호흡 필터. 멤브레인이 하우징에 내장됩니다. 용접은 필터 매체를 손상시키지 않고 주변을 밀봉합니다. 모든 누출 경로와 필터는 쓸모가 없습니다.-유체는 통과하는 대신 우회합니다. 전단 접합부, 100% 검사, 공정 능력 연구. FDA는 이런 문제를 다루지 않습니다.

약물 전달이 계속 증가하고 있습니다. 인슐린 펜, 자동-주사기, 흡입기. 장치당 여러 하위 어셈블리. 얇은 멤브레인 씰이 있는 웨어러블 패치-가 비틀림 용접 시스템의 장점입니다. 규칙적인 선형 진동은 얇은 필름에 구멍을 낼 수 있습니다. 비틀림 단위의 수평 진동 패턴은 더 완만합니다.

진단 카트리지가 빠르게 실행됩니다. 테스트 스트립 하우징, 샘플 컵, 시약 웰. 1초 미만의 사이클 시간. 이러한 부품은 작고 공차가 엄격하기 때문에 위치 지정이 중요합니다. 로봇 핸들링은 전용 용접 스테이션에 부품을 공급합니다.

품질 및 공정 관리

현대 용접공은 모든 것을 기록합니다. 실제 용접 시간, 전달된 에너지, 최대 출력, 붕괴 거리. 한계를 설정하면 기계가 창 밖의 모든 것에 플래그를 지정합니다. 우리는 모든 중요한 관절에 대해 SPC 차트를 실행합니다. 거부되기 전에 추세를 파악하세요.

인장 테스트는 용접을 검증합니다. 인장 시험 장치는 부품을 잡고 파단력을 측정합니다. 교대 시작 시, 생산 전반에 걸쳐 주기적으로, 교대 종료 시 샘플을 실행합니다. 압력-고정 어셈블리-에 대한 버스트 테스트를 통해 압력을 채우고, 실패할 때까지 압력을 높이고, PSI 위치와 PSI를 기록합니다.

단면은-관절 내부에서 일어나는 일을 알려줍니다. 에폭시에 장착하고, 용접부를 절단하고, 표면을 연마하고, 확대하여 살펴보세요. 완전한 용융 및 흐름은 균일해 보입니다. 불완전한 융합은 가시적인 인터페이스를 보여줍니다. 다공성은 습기 또는 오염을 의미합니다. 매개변수를 최적화하려면 개발 중에 이 작업을 수행하세요. 검증을 위해 프로덕션 환경에서 주기적으로 수행하십시오.

문제 해결

약한 용접

가장 먼저 확인하는 것은 에너지 디렉터 기하학입니다. 부품을 잡고 확대해서 살펴보세요. 끝이 날카롭나요, 아니면 둥글게 처리되어 있나요? 마모된 금형으로 인해 ED가 완성되고 풀 테스트 수치가 떨어질 때까지 아무도 눈치채지 못합니다.

두 번째는 혼 콘택트(Horn Contact)입니다. 고르지 못한 접촉은 고르지 않은 에너지 전달을 의미합니다. 잘못된 정렬은 관절의 한쪽에 모든 에너지를 집중시킵니다. 부품에서 목격자 표시를 찾으세요.{3}}경적이 실제로 닿는 부분이 어디인지 알려줄 것입니다.

세 번째는 재료 배치 변화입니다. 새로운 수지 로트, 어제 작동했던 용접 매개변수가 오늘 작동하지 않습니다. 혼합물의 재분쇄는 흐름 특성을 변화시킵니다. 공급업체가 우리에게 알리지 않고 15% 재분쇄물을 추가하기 시작했을 때 이것 때문에 화상을 입은 적이 있습니다.

성형과 용접 사이의 타이밍도 중요합니다. 기계에서 갓 나온 뜨거운 부품은 밤새 통에 넣어두었던 차가운 부품과 다르게 반응합니다. 이를 표준화하거나 조정하십시오.

플래시 문제

플래시가 너무 많으면 일반적으로 에너지가 너무 많다는 의미입니다. 먼저 진폭을 줄이십시오. 그런 다음 용접 시간. 그런 다음 강제로. 한 번에 하나의 변수를 사용하지 않으면 실제로 문제를 해결한 것이 무엇인지 알 수 없습니다.

공동 설계도 도움이 될 수 있습니다. 플래시 트랩은-용접 둘레 주위의 작은 홈에-옮겨진 재료를 포착합니다. 스텝 조인트는 여유 공간에 플래시를 숨깁니다. 내장된-솔루션은 매개변수를 사용하여 문제를 해결하는 것보다 뛰어납니다.

균열 및 부품 손상

PC는 응력 집중으로 인해 균열이 발생합니다. 날카로운 모서리, 게이트 흔적, -냉각 경사로 인한 응력에 의해 성형된-모든 잠재적인 균열 시작 지점. 때로는 용접 매개변수가 아닌 성형 매개변수를 변경하여 수정하는 경우도 있습니다.

차가운 부분은 부서지기 쉽습니다. 창고 온도가 겨울에 화씨 50도에 도달하면 부품이 차가워져 녹는 대신 균열이 발생합니다. 워밍업을 시키거나 용접공 앞 라인에 히터를 설치하십시오.

화장품 표면의 뿔 자국? 방아쇠 힘을 낮추고 혼 표면을 연마하거나 혼과 부품 사이에 얇은 Mylar 필름을 넣으십시오. 영화는 플라스틱 대신 학대를 받아들인다.

장비 유지관리

혼 상태가 전부입니다. 균열, 패임, 마모 홈-모두 에너지 전달에 영향을 미칩니다. 매일 육안으로 검사하고 매주 임피던스를 확인합니다. 금이 간 경적은 작동할 때 다른 소리가 납니다.-변화하는 소리를 들을 수 있습니다. 심각한 오류가 발생하기 전에 교체하십시오. 뿔이 갈라져 변환기가 손상되는 것을 본 적이 있는데 수리 비용이 많이 듭니다.

변환기는 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 피에조 세라믹은 효율성을 잃습니다. 출력은 용접이 실패하기 시작할 때까지 눈치채지 못할 만큼 점차적으로 떨어집니다. 주기적인 출력 측정으로 감소를 포착합니다. 고장을 기다리지 말고 일정에 따라 교체하십시오.

설비가 마모되었습니다. 부품이 같은 위치에 있고, 플라스틱이 금속과 마찰하고, 치수가 변동합니다. 주기적으로 도면 사양을 확인하세요. 공차가 열리면 재구축하거나 교체하십시오. 마모된 고정 장치는 부품 위치를 변경하여 용접 품질을 변경하며 이를 파악하지 못하면 환상의 문제를 쫓게 됩니다.

규제 사항

ISO 13485는 의료기기의 품질 관리를 다루고 있습니다. 프로세스 검증-IQ, OQ, PQ-는 귀하의 용접 작업이 지속적으로 허용 가능한 제품을 만들고 있음을 보여줍니다. 모든 것을 문서화하세요. 변경 제어는 매개변수, 툴링, 재료에 적용됩니다. 적절한 문서 없이 한 가지를 변경하면 부적합이 발생합니다.

초음파 용접은 클린룸에서 잘 작동합니다. 증기가 없고 미립자가 최소화되며 액체 접착제가 떨어지거나 튀는 일이 없습니다. 장비는 통제된 환경에 쉽게 통합됩니다. 유지보수 일정을 준수하고 기계 그리스나 절삭유로 부품을 오염시키지 마십시오.

이별의 생각

먼저 용도에 따라 재료를 선택하세요. 그런 다음 용접되는지 알아보세요. ABS와 PC는 가장 넓은 프로세스 범위를 제공합니다. PP와 나일론은 더 많은 주의가 필요하지만 실행 가능합니다. 반결정질 재료의 밀봉 씰용 전단 조인트입니다. 대부분의 모든 것에 대한 에너지 디렉터.

툴링을 구입하기 직전에 조인트 디자인을 얻으십시오. 금형을 절단한 후 잘못된 조인트 디자인을 수정하는 것은 비용이 많이 들고 실망스럽습니다. 용접 시험을 위해 장비 공급업체에 샘플 부품을 보내십시오. 그들은 하루 종일 이 작업을 수행하며-올바른 매개변수를 찾는 데 도움을 줍니다.

대부분의 문제는 부품 치수, 재료 일관성, 장비 상태 등 기본 사항에서 비롯됩니다. 에너지 디렉터가 마무리되거나 설비가 마모된 경우 멋진 모니터링 시스템은 도움이 되지 않습니다. 기본 사항을 익히면 나머지는 따라옵니다.