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Che cos’è la saldatura a ultrasuoni?

La saldatura a ultrasuoni di materie plastiche è l’unione o la riformazione di materiali termoplastici attraverso l’uso del calore generato dal movimento meccanico ad alta frequenza. Ciò avviene convertendo l’energia elettrica ad alta frequenza in movimento meccanico ad alta frequenza. Quel movimento meccanico, associato alla forza applicata, crea calore da attrito sulle superfici di accoppiamento dei componenti plastici (area di giunzione); in questo modo il materiale plastico si scioglie e forma un legame molecolare tra le parti.

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Ultrasonic Welding Process

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PANORAMICA DEI PRODOTTI

Parts in Fixture
1. Parts in Fixture
Horn Descends & Contacts
2. Horn Descends & Contacts
Force Applied
3. Force Applied
Weld Time
4. Weld Time
Hold Time
5. Hold Time
Horn Retracts
6. Horn Retracts
  1. Parti in fissaggio: Le due parti termoplastiche da assemblare sono poste insieme, una sopra l'altra, in un nido di supporto chiamato fixture.
  2. Contatto ultrasonico del sonotrodo: un componente in titanio o alluminio chiamato sonotrodo viene messo in contatto con la parte superiore in plastica.
  3. Forza applicata: una forza controllata o pressione viene applicata alle parti, bloccandole insieme contro il dispositivo.
  4. Tempo di saldatura: il sonotrodo ultrasonico viene fatto vibrare verticalmente 20.000 (20 kHz) o 40.000 (40 kHz) volte al secondo, a distanze misurate in millesimi di pollice (micron), per un periodo di tempo predeterminato chiamato tempo di saldatura. Attraverso un'attenta progettazione delle parti, questa energia meccanica vibratoria viene diretta a punti di contatto limitati tra le due parti. Le vibrazioni meccaniche vengono trasmesse attraverso i materiali termoplastici all'interfaccia del giunto per creare calore da attrito. Quando la temperatura all'interfaccia del giunto raggiunge il punto di fusione, la plastica si scioglie e scorre, e la vibrazione si interrompe. Ciò consente alla plastica fusa di iniziare a raffreddarsi.
  5. Tempo di tenuta: la forza di serraggio viene mantenuta per un periodo di tempo predeterminato per consentire alle parti di fondersi mentre la plastica fusa si raffredda e si solidifica. Questo è noto come tempo di tenuta. (Nota: è possibile ottenere una migliore resistenza articolare ed ermeticità applicando una forza maggiore durante il tempo di tenuta. Ciò si ottiene utilizzando una doppia pressione).
  6. Il sonotrodo si ritrae: una volta che la plastica fusa si è solidificata, la forza di serraggio viene rimossa e il sonotrodo ultrasonico viene retratto. Le due parti in plastica sono ora unite come se fossero stampate insieme e vengono rimosse dal dispositivo come un unico blocco.

Considerazioni sul materiale

 

  • Per unire i componenti termoplastici è necessario che i materiali siano chimicamente compatibili. In caso contrario, anche se i materiali venissero fusi assieme, non vi sarebbe alcun legame molecolare. 
  • Un buon esempio può essere quello di provare a fondere il polietilene con il polipropilene. Entrambi questi materiali semicristallini hanno un aspetto simile e molte proprietà fisiche in comune. Tuttavia, non sono chimicamente compatibili e quindi non possono essere saldati tra loro.
  • I termoplastici (ovvero i materiali con le stesse proprietà chimiche) si salderanno su se stessi. Ad esempio, una parte in ABS verrà saldata su un’altra parte in ABS.
  • I termoplastici eterogenei possono essere compatibili soltanto se la loro temperatura di fusione è di massimo 40ºF (6ºC) e se hanno una struttura molecolare simile. Ad esempio: è possibile saldare una parte in ABS con una parte in acrilico poiché le loro proprietà chimiche sono compatibili.
  • In genere, solo i polimeri amorfi simili hanno un’ottima probabilità di essere saldati tra di loro. Le proprietà chimiche di qualsiasi materiale semicristallino fanno sì che essi possano essere saldati soltanto tra di loro. Quando i materiali da saldare sono compatibili, ci sono molti altri fattori che potrebbero influenzare la saldabilità delle parti, tra i quali l’igroscopicità, gli agenti distaccanti, i lubrificanti, i plastificanti, i riempitivi, i ritardanti di fiamma, la rimacina, i pigmenti e la resina.

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