I VANTAGGI DELLA SALDATURA PLASTICA A ULTRASUONI: PIÙ PRECISA, PIÙ EFFICIENTE, PIÙ ECOLOGICA E NON SOLO

Rispetto ad altre opzioni di collegamento delle materie termoplastiche, la tecnologia a ultrasuoni offre molteplici vantaggi, risultando infatti più veloce, sicura, pulita, efficiente, ecologica, precisa, trasparente e molto altro ancora.

La tecnologia di giunzione a ultrasuoni si dimostra quindi vantaggiosa per ogni industria, anche in settori esigenti come la tecnologia biomedicale, il Food&Packaging, l’automotive o i prodotti per l’igiene.

LA SALDATURA PLASTICA IN PAROLE SEMPLICI

I giunti saldati mediante ultrasuoni sono una soluzione ottimale ed efficiente per il collegamento di materie termoplastiche.

Soprattutto negli ambiti sopracitati, caratteristiche come l’efficienza energetica, l’ermeticità e l’elevata riproducibilità sono imprescindibili. In questo contesto, è fondamentale che il cliente garantisca una configurazione ottimale delle parti di giunzione.

Come effetto della forza esercitata, le oscillazioni longitudinali, con frequenze di 20-40 kHz, e le ampiezze di saldatura di 10-60 μm, vengono applicate nelle parti in plastica. Il materiale si fonde e le due parti si uniscono l’una all’altra creando un collegamento permanente in corrispondenza del cordone.

Una configurazione ottimale dei componenti permette di conseguire ottimi risultati. La concentrazione dell’energia ottenuta grazie al design intelligente dei componenti è infatti la chiave per la riuscita del processo. Una volta collegate, le parti possono essere lavorate ulteriormente nelle fasi successive del processo.

Qui sono disponibili maggiori dettagli in relazione al settore biomedicale.

TIPI DI PROCEDURE

Saldatura a ultrasuoni longitudinale

La procedura è fondata sulla variazione longitudinale, pulsante e molto rapida del movimento del sonotrodo in un intervallo tra 15 e 60 µm. L’energia ultrasonica viene quindi introdotta nel componente con un angolo di 90° rispetto alla superficie di contatto del sonotrodo. L’energia si concentra quindi sul piano di saldatura, progettato in modo ottimale, e provoca la fusione del materiale termoplastico. Il risultato finale, in seguito al raffreddamento della fusione, è un giunto solido.
Si tratta della procedura più diffusa nell’ambito della saldatura a ultrasuoni delle materie termoplastiche.

Saldatura a ultrasuoni torsionale

Anche con questa procedura il sonotrodo viene applicato con un angolo di 90° sul componente. Il processo è basato su un movimento rotatorio, pulsante e molto rapido in un intervallo tra 15 e 60 µm. Questo fa sì che le parti si muovano l’una rispetto all’altra. Sul piano di saldatura, con un’apposita struttura, il materiale viene fuso. Il risultato finale, in seguito al raffreddamento della fusione, è un giunto solido.
Il vantaggio di questa tecnologia è la ridotta sollecitazione delle parti derivante dall’applicazione di energia rotatoria. Il processo si presta pertanto a parti di giunzione sensibili, pellicole e membrane.

I VANTAGGI DELLA SALDATURA PLASTICA

+ Processi molto brevi
+ Effetto termico ridotto sul componente e sull’ambiente circostante grazie a utensili di saldatura impiegati quasi a temperatura ambiente
+ Ridotto fabbisogno energetico durante la saldatura e, di conseguenza, maggiore rendimento
+ Nessuna necessità di solventi e additivi (riciclo conforme)
+ Risultati di saldatura costanti e riproducibili grazie alle diverse possibilità di parametrizzazione
+ Materiali termoplastici diversi possono essere parzialmente saldati tra loro
+ Gli utensili di saldatura non si riscaldano, riducendo così i tempi di messa a punto e smontaggio. Nessuna attesa per il riscaldamento e il raffreddamento e conseguente rapidità di sostituzione degli utensili
+ Nessun pericolo di lesioni dovute alle parti calde della macchina
+ Ottima integrabilità nei sistemi automatici
+ Possibilità di collegamento in rete intelligente e di autocontrollo – Industria 4.0

Configurazione dei giunti

Possibilità di giunzione offerte dalla saldatura delle materie plastiche

Giunto di saldatura senza ottimizzazione

Ampia superficie di contatto
Saldatura superficiale indefinita
Elevato fabbisogno energetico
Elevato apporto di energia

Design ottimizzato delle giunture

Superficie di contatto ridotta e definita
Buona miscelazione della massa fusa nell’area del giunto
Tempi di saldatura ridotti
Carico termico ridotto
Forza e fabbisogno energetico ridotti

Criteri per la configurazione dei giunti

La configurazione strutturale deve rispondere ai requisiti del giunto saldato. Le parti esistenti che non sono state concepite per la saldatura a ultrasuoni, generalmente non risultano adatte.

I criteri fondamentali del componente determinano spesso la scelta del collegamento e, di conseguenza, la struttura del componente:

Materiale
Aspetto (scarto di fusione esterno, impronte)
Parallelismo
Prevenzione di particelle di plastica e massa fusa all’interno del componente
Tenuta (gas, olio, liquidi)
Capacità di carico del giunto in termini di trazione, sforzo di taglio, pressione
Componenti interni

Posizione della zona di giunzione
Tolleranza di accoppiamento di parte superiore e inferiore
Superficie di accoppiamento del sonotrodo
Corsa di penetrazione libera (corsa di saldatura)
Sostegno/appoggio nel supporto pezzo
Posizionamento del componente da saldare

Panoramica delle varianti di giunzione: saldatura

Giunto di testa (sensore di direzione dell’energia semplice)
Giunto a gradino
Giunto maschio/femmina
Saldatura per schiacciamento

Saldatura di perni (variante della saldatura per schiacciamento)
Giunto a parete sottile (Giunto a V)
Configurazione giunto con guarnizione inserita

Giunto di testa

Giunto a gradino

Giunto maschio/femmina

Saldatura per schiacciamento

Giunto a V

Con guarnizione inserita

Giunto di testa (sensore di direzione dell’energia semplice)

Applicazione prevalentemente nelle materie plastiche amorfe
Non impone grandi requisiti in termini di stampaggio a iniezione

Giunto a gradino

Autocentrante
Elevata resistenza
Aspetto esterno gradevole
Possibilità di miglioramento estetico mediante spazi d’ombra

Giunto maschio/femmina

Resistenza molto elevata
Autocentrante
Aspetto ottimale, scarto di fusione non visibile
La massa fusa rimane nella zona di giunzione (effetto capillare)
Adatto per materiali semicristallini come PA e POM

Saldatura per schiacciamento

Autocentrante
Resistenza molto elevata
Utilizzata soprattutto per le saldature a tenuta
Ideale anche per pezzi a parete sottile
Adatto per sollecitazioni di taglio e torsione
Adatto soprattutto per materie termoplastiche semicristalline, in particolare PA e POM
Ottimo aspetto, in quanto la massa fusa rimane nella zona di giunzione
Processo di saldatura verticale, i componenti scorrono l’uno nell’altro

Saldatura di perni (variante della saldatura per schiacciamento)

Autocentrante
Elevata resistenza
Nessuno scarto di fusione
Tempi ed energia di saldatura ridotti
Adatta per pezzi a pareti sottili che non permettono la configurazione del giunto
Adatta anche per il fissaggio contemporaneo delle piastrine

Configurazione giunto con guarnizione inserita

Collegamento ermetico grazie all’elemento di guarnizione
Nessuna necessità di elementi di giunzione
Collegamento resistente grazie al cordone di saldatura a ultrasuoni

Giunto a parete sottile (Giunto a V)

Autocentrante, appoggio definito
Saldatura a tenuta
Elevati valori di resistenza
Il materiale rimane nella zona di giunzione

Varianti di giunzione

Saldatura a punti

Nessuna configurazione del giunto necessaria
La punta del sonotrodo penetra la piastra superiore o il pezzo stampato fino a 1/3, massimo 1/2, del materiale inferiore
Compressione circolare del materiale plastificato attorno alla punta del sonotrodo

Aggraffatura

Membrana (Membrana DAE)
Tessuto non tessuto, filtri, tappetini isolanti

Chiodatura

Accoppiamento geometrico di materiali termoplastici con materiali differenti
Collegamento fisso e privo di fessure
Resilienza elastica della plastica compensata

Rivetto tubolare	Rivetto pieno	Rivetto longitudinale

Bordatura

Variante della chiodatura
Per collegare materiali di tipo diverso
Accoppiamento geometrico
La massa fusa deriva dalla geometria del sonotrodo e dall’angolo di attacco del sonotrodo

Punzonatura a ultrasuoni

Possibilità di punzonare anche le superfici verniciate senza danneggiarle
Durante la stessa operazione è possibile imprimere dei raggi sul bordo di punzonatura

Incasso

Accoppiamento geometrico
Metallo in plastica
Legno in plastica
Plastica con basso punto di fusione in plastica con alto punto di fusione, ad es. POM in ABS