Czyszczenie ultradźwiękowe
Czyszczenie ultradźwiękowe to proces wykorzystujący ultradźwięki (zwykle od 20 do 40 kHz ) do mieszania płynu z efektem czyszczenia . Myjki ultradźwiękowe są dostępne w różnych rozmiarach, od małych jednostek biurkowych o pojemności wewnętrznej mniejszej niż 0,5 litra (0,13 galona amerykańskiego), po duże jednostki przemysłowe o pojemności dochodzącej do 1000 litrów (260 galonów amerykańskich).
Zasada ultradźwiękowej maszyny czyszczącej polega na przekształceniu energii dźwiękowej źródła częstotliwości ultradźwiękowej w wibracje mechaniczne przez przetwornik. Wibracje generowane przez falę ultradźwiękową są przenoszone na płyn czyszczący przez ścianę zbiornika czyszczącego, dzięki czemu mikropęcherzyki w płynie w zbiorniku mogą wibrować pod wpływem fali dźwiękowej, niszcząc i oddzielając brudną adsorpcję na powierzchni powierzchnia obiektu.
W zależności od czyszczonego przedmiotu proces może przebiegać bardzo szybko, całkowicie czyszcząc zabrudzony przedmiot w ciągu kilku minut. W innych przypadkach czyszczenie może być wolniejsze i przekraczać 30 minut.
Myjki ultradźwiękowe są używane do czyszczenia wielu różnych typów przedmiotów, w tym biżuterii , próbek naukowych, soczewek i innych części optycznych, zegarków , narzędzi dentystycznych i chirurgicznych , narzędzi , monet , piór wiecznych , kijów golfowych , kołowrotków wędkarskich , rolet okiennych , elementów broni palnej , wtryskiwacze paliwa samochodowego , instrumenty muzyczne, płyty gramofonowe , części maszyn przemysłowych i sprzęt elektroniczny. Znajdują zastosowanie w wielu warsztatach jubilerskich, zegarmistrzowskich , warsztatach naprawy elektroniki, laboratoriach naukowych.
Historia
Czyszczenie ultradźwiękowe jest stosowane w przemyśle od dziesięcioleci, [ kiedy? ] szczególnie do czyszczenia małych, skomplikowanych części oraz do przyspieszania procesów obróbki powierzchni.
Wydaje się, że myjki ultradźwiękowe rozwinęły się jako naturalna ewolucja kilku wcześniejszych wynalazków, które wykorzystywały wibracje do mieszania i mieszania substancji, a zatem nie ma wyraźnego „wynalazcy” czyszczenia ultradźwiękowego. Patent US 2815193 , wydany w grudniu 1954 , jest najwcześniejszym zarejestrowanym patentem, który konkretnie używa terminu „czyszczenie ultradźwiękowe”, chociaż wcześniejsze patenty odnoszą się do stosowania ultradźwięków do „intensywnego mieszania”, „obróbki” i „polerowania”, np. US 2651148 .
W połowie lat pięćdziesiątych istniało co najmniej trzech producentów myjek ultradźwiękowych w Stanach Zjednoczonych i dwóch w Wielkiej Brytanii; a do lat 70. XX wieku myjki ultradźwiękowe były szeroko stosowane w przemyśle i gospodarstwach domowych.
Charakterystyka procesu
Czyszczenie ultradźwiękowe wykorzystuje pęcherzyki kawitacyjne wywołane falami ciśnienia (dźwiękowymi) o wysokiej częstotliwości do mieszania cieczy. Mieszanie wytwarza duże siły na zanieczyszczeniach przylegających do podłoży, takich jak metale, tworzywa sztuczne, szkło, guma i ceramika. Działanie to penetruje również ślepe otwory , pęknięcia i zagłębienia. Ma to na celu dokładne usunięcie wszelkich śladów zanieczyszczeń mocno przylegających lub osadzonych na powierzchniach stałych. Woda lub inne rozpuszczalniki można zastosować w zależności od rodzaju zanieczyszczenia i przedmiotu obrabianego. Zanieczyszczenia mogą obejmować kurz, brud, olej, pigmenty, rdzę, tłuszcz, glony, grzyby, bakterie, kamień wapienny, związki polerskie, topniki, odciski palców, wosk sadzy i środki antyadhezyjne, brud biologiczny, taki jak krew i tak dalej. Czyszczenie ultradźwiękowe może być stosowane do szerokiego zakresu kształtów, rozmiarów i materiałów obrabianych przedmiotów i może nie wymagać demontażu części przed czyszczeniem.
Przedmioty nie mogą leżeć na dnie urządzenia podczas procesu czyszczenia, ponieważ zapobiegnie to wystąpieniu kawitacji na części przedmiotu nie mającej kontaktu z rozpuszczalnikiem.
Konstrukcja i zasada działania
W myjce ultradźwiękowej czyszczony przedmiot umieszcza się w komorze zawierającej odpowiedni roztwór (w rozpuszczalniku wodnym lub organicznym, w zależności od zastosowania). W wodnych środkach czyszczących środki powierzchniowo czynne (np. detergent do prania), aby umożliwić rozpuszczenie związków niepolarnych, takich jak oleje i smary. Przetwornik generujący ultradźwięki wbudowany w komorę lub zanurzony w płynie wytwarza fale ultradźwiękowe w płynie, zmieniając rozmiar zgodnie z sygnałem elektrycznym oscylującym z częstotliwością ultradźwiękową. Tworzy to fale kompresji w cieczy w zbiorniku, które „rozrywają” ciecz, pozostawiając wiele milionów mikroskopijnych „pustek”/„częściowych pęcherzyków próżni” (kawitacja). Te bąbelki zapadają się z ogromną energią; uzyskuje się temperatury i ciśnienia rzędu 5000 K i 135 MPa; są jednak tak małe, że nie robią nic poza czyszczeniem i usuwaniem brudu i zanieczyszczeń z powierzchni. Im wyższa częstotliwość, tym mniejsze węzły między punktami kawitacji, co pozwala na czyszczenie bardziej skomplikowanych szczegółów.
Przetworniki są zwykle piezoelektryczne (np. wykonane z tytanianu cyrkonianu ołowiu (PZT), tytanianu baru itp.), ale czasami są magnetostrykcyjne . Często ostre chemikalia stosowane jako środki czyszczące w wielu gałęziach przemysłu nie są potrzebne lub są stosowane w znacznie niższych stężeniach przy mieszaniu ultradźwiękowym. Ultradźwięki są wykorzystywane do czyszczenia przemysłowego, a także wykorzystywane w wielu technikach medycznych i dentystycznych oraz procesach przemysłowych.
Roztwór czyszczący
W niektórych okolicznościach myjki ultradźwiękowe mogą być używane z czystą wodą, ale w większości przypadków używany jest roztwór czyszczący . To rozwiązanie ma na celu maksymalizację skuteczności czyszczenia ultradźwiękowego. Podstawowym rozpuszczalnikiem może być woda lub węglowodór (w przeszłości toksyczne rozpuszczalniki, takie jak tetrachlorek węgla i 1,1,1-trichloroetan były stosowane w przemyśle, ale zostały wycofane). Istnieje kilka preparatów, w zależności od czyszczonego przedmiotu i rodzaju zabrudzenia (np. odtłuszczanie metalu, czyszczenie płytki obwodów drukowanych , usuwanie materiału biologicznego itp.).
Zmniejszenie napięcia powierzchniowego zwiększa kawitację, więc roztwór zwykle zawiera dobry środek zwilżający (środek powierzchniowo czynny ). Wodne roztwory czyszczące zawierają detergenty , środki zwilżające i inne składniki, które mają duży wpływ na proces czyszczenia. Właściwy skład roztworu jest bardzo zależny od czyszczonego przedmiotu. Podczas pracy z metalami, białkami i smarami szczególnie zalecany może być zasadowy roztwór detergentu. Roztwory są zwykle podgrzewane, często do około 50–65 °C (122–149 °F), jednak w zastosowaniach medycznych ogólnie przyjmuje się, że czyszczenie powinno odbywać się w temperaturze poniżej 45 °C (113 °F), aby zapobiec koagulacja białek , która może skomplikować czyszczenie.
Niektóre myjki ultradźwiękowe są zintegrowane z odtłuszczaczami parowymi wykorzystującymi węglowodorowe płyny czyszczące: Trzy zbiorniki są używane kaskadowo. Dolny zbiornik zawierający brudny płyn jest podgrzewany, co powoduje odparowanie płynu. W górnej części maszyny znajduje się wężownica chłodnicza. Płyn skrapla się na wężownicy i opada do górnego zbiornika. Górny zbiornik ostatecznie przelewa się i stosunkowo czysty płyn wpływa do zbiornika roboczego, w którym odbywa się czyszczenie. Cena zakupu jest wyższa niż w przypadku prostszych maszyn, ale na dłuższą metę takie maszyny mogą być bardziej ekonomiczne. Ten sam płyn może być wielokrotnie używany, co minimalizuje straty i zanieczyszczenie.
Używa
Większość twardych, niechłonnych materiałów (metale, tworzywa sztuczne itp.), które nie są chemicznie zaatakowane płynem czyszczącym, nadaje się do czyszczenia ultradźwiękowego. Idealnymi materiałami do czyszczenia ultradźwiękowego są drobne części elektroniczne, kable, pręty, druty i detale, a także przedmioty wykonane ze szkła, plastiku, aluminium czy ceramiki.
Czyszczenie ultradźwiękowe nie sterylizuje czyszczonych przedmiotów, ponieważ po czyszczeniu pozostaną na nich zarodniki i wirusy. W zastosowaniach medycznych sterylizacja zwykle następuje po czyszczeniu ultradźwiękowym jako oddzielny etap.
Przemysłowe myjki ultradźwiękowe są stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, sportowym, poligraficznym, morskim, medycznym, farmaceutycznym, galwanicznym, komponentach dysków, inżynierii i przemyśle zbrojeniowym.
Czyszczenie ultradźwiękowe służy do usuwania zanieczyszczeń z przemysłowych urządzeń procesowych, takich jak rury i wymienniki ciepła.
Ograniczenia
Czyszczenie ultradźwiękowe jest szeroko stosowane do usuwania pozostałości topnika z lutowanych płytek drukowanych. Jednak niektóre elementy elektroniczne, w szczególności MEMS , takie jak żyroskopy , akcelerometry i mikrofony, mogą ulec uszkodzeniu lub zniszczeniu w wyniku wibracji o dużej intensywności, którym są poddawane podczas czyszczenia. Brzęczyki piezoelektryczne mogą pracować w odwrotnej kolejności i wytwarzać napięcie, które może stanowić zagrożenie dla ich obwodów napędowych.
Bezpieczeństwo
- Myjki ultradźwiękowe mogą wytwarzać irytujące dźwięki o wysokiej częstotliwości, a w przypadku ciągłego narażenia mogą być potrzebne środki ochrony słuchu .
- Zaleca się unikanie łatwopalnych środków czyszczących, ponieważ myjki ultradźwiękowe podwyższają temperaturę nawet wtedy, gdy nie są wyposażone w grzałkę. (Niektóre jednostki przemysłowe są specjalnie certyfikowane jako przeciwwybuchowe ).
- Podczas pracy urządzenia kontakt z roztworem czyszczącym może spowodować obrażenia termiczne lub chemiczne ; działanie ultradźwięków jest stosunkowo łagodne dla żywej tkanki, ale może powodować dyskomfort i podrażnienie skóry.
- Myjki ultradźwiękowe są zasilane elektrycznie, co oznacza ryzyko porażenia prądem w przypadku nieprawidłowego działania, zwłaszcza w przypadku kontaktu roztworu czyszczącego z elementami pod napięciem.
Zobacz też
- Czyszczenie części
- Czyszczenie akustyczne
- Pralka
- Autoklaw
- Macrosonics
- Sonikacja
- Wykańczanie bębnowe
- Wykańczanie wibracyjne
| Kontrola władz : krajowa |
|---|
