Oscillazioni con una frequenza superiore a quella della gamma percepibile dall’orecchio umano > 20 kHz.

Nelle applicazioni tecniche le oscillazioni vengono generate mediante ceramica piezoelettrica. In questo contesto, la tensione alternata sinusoidale viene convertita in un’oscillazione meccanica sinusoidale.

Un sonotrodo oscillante taglia il materiale (tessuto non tessuto o simile) su un posaggio a supporto libero. Il profilo del posaggio è progettato in modo che le cuciture dei bordi del materiale vengano saldate contemporaneamente. Si tratta perlopiù di un processo continuo.

È possibile tagliare tessuti non tessuti, stoffe e pellicole con parti termoplastiche, oltre che alimenti come formaggio o prodotti da forno, anche congelati.

L’energia necessaria per la fusione dei componenti viene applicata mediante le oscillazioni meccaniche di un sonotrodo. Le parti trasmettono tale energia al piano di saldatura. I materiali si mescolano e, dopo un periodo di raffreddamento, diventano stabili in termini di dimensioni e forma.

Tutti materiali termoplastici, indipendentemente dalla loro struttura amorfa o semicristallina, possono essere sottoposti alla saldatura a ultrasuoni. Esempi: PS, PVC, PMMA, PC, SAN, ABS, PE, PP, PIM, PA, NFPP, ecc.

Al sonotrodo viene contrapposta una matrice che copre l’intero profilo di punzonatura. A questo punto, il sonotrodo oscillante viene condotto attraverso il materiale da punzonare. L’uso degli ultrasuoni riduce la forza necessaria per la punzonatura e aumenta la qualità del processo.

Tutti i materiali termoplastici con uno spessore fino a circa 10 mm possono essere lavorati con la punzonatura a ultrasuoni, persino se verniciati. È inoltre possibile punzonare stoffe, tessuti non tessuti e pellicole.

È possibile sigillare tessuti con o senza parti termoplastiche su un materiale termoplastico. Il processo fonde soltanto una delle due parti di giunzione. Un sonotrodo oscillante viene posizionato sul materiale da sigillare e fonde la matrice termoplastica sottostante, la quale penetra nel tessuto e accoppia i materiali dinamicamente.

Il processo di sigillatura a ultrasuoni è applicabile a pellicole in materiali termoplastici, substrati rivestiti, bicchieri, vaschette, sacchetti e tubetti.

Un sonotrodo oscillante taglia il materiale (tessuto non tessuto o simile) su un posaggio. Il profilo del posaggio è progettato in modo che le cuciture dei bordi del materiale vengano saldate contemporaneamente. Si tratta perlopiù di un processo intermittente.

I tessuti non tessuti e le stoffe con parti termoplastiche si prestano al taglio e alla saldatura marginale.

Questa applicazione permette di unire i materiali termoplastici anche con materiali non termoplastici. Il processo fonde soltanto una delle due parti di giunzione. Si tratta di un collegamento ad accoppiamento dinamico. Un sonotrodo, dal profilo adattato alla chiodatura, fonde il chiodo e lo rimodella in modo da accoppiare il secondo materiale dinamicamente.

Tutti i materiali termoplastici possono venire lavorati con gli ultrasuoni. Questa tecnologia consente di collegare materiali termoplastici identici o diversi, sia tra di loro che con materiali non termoplastici.

Nell’ambito della saldatura a ultrasuoni è solo la zona di giunzione del componente a riscaldarsi, mentre la matrice del polimero si mescola. In seguito al raffreddamento, la stabilità dimensionale è garantita.

In base al materiale utilizzato e alla struttura delle parti di giunzione, il processo di saldatura, incluso il tempo di raffreddamento, può durare da 100 ms fino a 3 s.

In linea di principio, l’unione di materie plastiche uguali, ad es. PA con PA o PA con PA GF, è la soluzione ideale. Tuttavia, è possibile unire anche alcune materie plastiche diverse tra loro, ad es. PC – PMMA – ABS. Anche la chiodatura e l’aggraffatura permettono la giunzione di materiali diversi.

Sì, la saldatura del metallo con gli ultrasuoni è un processo consolidato. Ad esempio, trova impiego nell’applicazione dei conduttori in rame all’interno dei fasci di cablaggio in ambito automobilistico. Al contrario della saldatura delle materie plastiche, i materiali non si mescolano. Si tratta di una saldatura a freddo a frizione.

Sono numerosi. Ecco i più importanti:

+ Processi molto brevi
+ Effetto termico ridotto o inesistente sul componente grazie agli utensili di saldatura impiegati a freddo
+ Ridotto fabbisogno energetico e, di conseguenza, maggiore rendimento
+ Nessuna necessità di solventi e additivi (riciclo conforme)
+ Risultati di saldatura riproducibili e costanti grazie a diversi parametri di saldatura
+ Nessuna attesa per il riscaldamento e il raffreddamento degli utensili di saldatura e conseguente rapidità di sostituzione degli stessi
+ Nessun pericolo di lesioni dovute alle parti calde della macchina
+ Tempi di raffreddamento ridotti grazie alla fusione mirata

Le diverse tecnologie a ultrasuoni sono dei metodi molto convenienti che trovano impiego nei seguenti settori: automotive, tecnologia di imballaggio/alimentare, minuteria automobilistica, industria tessile, settore biomedicale, beni di consumo, componenti elettrici.

Taglio a ultrasuoni:
automotive, tecnologia di imballaggio/alimentare, industria tessile, settore biomedicale

Saldatura a ultrasuoni:
automotive, industria tessile, settore biomedicale, beni di consumo, componenti elettrici

Punzonatura a ultrasuoni:
automotive, industria tessile, settore biomedicale

Sigillatura a ultrasuoni:
automotive, settore biomedicale, componenti elettrici

Saldatura e taglio a ultrasuoni:
settore biomedicale, industria tessile, componenti elettrici

Chiodatura a ultrasuoni:
automotive, settore biomedicale, beni di consumo, componenti elettrici

Natura:
per la localizzazione o l’orientamento degli animali.

Applicazioni tecniche:
Saldatura di materie plastiche e metallo, tecnologia medica per diagnosi e terapia, telemetria delle automobili, misurazione della profondità in acqua, misurazione della portata dei liquidi, sensori di movimento, misurazione dello spessore di uno strato, misurazione del livello di riempimento, prova dei materiali, pulizia dei componenti, taglio di tessuti biologici e molto altro.

Esistono diversi processi, quali: saldatura a piastra calda, saldatura per elettrofusione, saldatura laser, saldatura circolare, saldatura a ultrasuoni, saldatura a vibrazione, saldatura a gas caldo. La scelta del processo dipende dal componente, dai requisiti e dalle esigenze qualitative, nonché dall’efficienza economica del processo

La saldatura a ultrasuoni si distingue dalle applicazioni mediche soprattutto per le frequenze e le potenze utilizzate. La saldatura di materiali termoplastici richiede frequenze comprese tra 20kHz e 60 kHz e potenze comprese tra 200W e 6000 W. La gamma di frequenze per scopi terapeutici va da 200 kHz a 5 MHZ, per scopi diagnostici da 5 MHz a 50 MHz. Le potenze impiegate sono estremamente basse rispetto a quelle della saldatura.

Un’unità di risonanza è composta da convertitore, trasformatore di ampiezza e sonotrodo. Il convertitore rappresenta l’interfaccia tra le parti elettriche e meccaniche. Attraverso l’effetto piezoelettrico converte l’oscillazione elettrica in oscillazione meccanica e la trasferisce all’ampiezza e quindi al sonotrodo. Il trasformatore di ampiezza (detto anche booster) incrementa o riduce l’ampiezza derivante dal convertitore. Il sonotrodo trasferisce quindi l’oscillazione meccanica nel componente fungendo da utensile di saldatura vero e proprio. Di norma, l’unità di risonanza è sempre adattata e allineata individualmente al componente.

Gli ultrasuoni vengono raggruppati mediante il dispositivo di direzionamento dell’energia e quindi immessi nel componente in modo mirato. Mediante questa focalizzazione l’energia viene impiegata in maniera efficiente e il cordone di saldatura ottenuto risulterà impeccabile.
A incidere sulla focalizzazione dell’energia sono il dispositivo di direzionamento, il design del sonotrodo e la struttura del posaggio.