چرا باید از دستگاه‌ التراسونیک استفاده کنیم؟

در این مطلب قرار است به دستگاه‌های التراسونیک بپردازیم. دستگاه‌هایی که می‌توان از آن‌ها در کارخانه، کارگاه و حتی خانه استفاده کرد و شگفت‌زده شد. آیا می‌دانستید که در بسیاری از موارد، می‌توان بجای نخ و سوزن و چسب و پیچ و مهره، از امواج صوتی استفاده کرد و حتی با کمک این امواج، قطعات را تمیزکاری کرد؟ با استفاده از امواج صوتی فرکانس بالا یا به اصطلاح امواج « التراسونیک» قادر خواهیم بود با دقت و سرعت قابل‌توجهی، قطعاتی از جنس‌های محتلف را به هم متصل کنیم، آنها را برش دهیم، تمیز کنیم و حتی مورد آزمایش قرار دهیم.

دستگاه‌های التراسونیک چه کاربردهایی دارند؟

بهتر است از یک مثال عینی که این روزها همه ما با آن سر و کار داریم شروع کنیم. در حال حاضر به دلیل شیوع بیماری کرونا، اقلامی نظیر ماسک، خواهان زیادی پیدا کرده است. تولید ماسک از جمله کاربردهای حیاتی التراسونیک است. التراسونیک در فرایند تولید ماسک‌های پزشکی، اهمیت زیادی دارد. آنچنان که اگر بعنوان مثال، بند ماسک با روشی به جز التراسونیک و مثلاً با چسب به ماسک متصل شده باشد بدون معطلی باید آن ماسک را دور بیندازید! زیرا ماسکی که در ساخت آن از التراسونیک استفاده نشده، استاندارد نبوده و کارآیی لازم را نخواهد داشت

اتصال بند به ماسک  بطور استاندارد و به روش التراسونیک انجام شده است.

کاربرد التراسونیک در حوزه مبارزه با کرونا فقط به ماسک‌ها محدود نمی‌شود. در تولید همه اقلام محافظتی بهداشتی نظیر گان‌، شیلد و حتی پاپوش‌های بهداشتی، از التراسونیک استفاده می‌شود. البته این یکی از ده‌ها کاربردی است که التراسونیک در زندگی ما دارد. شما وقتی در یک لیوان کاغذی چای می‌نوشید، وقتی برای خرید، ساک پارچه‌ای به بازار می‌برید و حتی وقتی خودروی خود را به منظور شستشوی انژکتور به تعمیرگاه می‌سپارید در‌واقع یکی از کاربردهای التراسونیک را تجربه می‌کنید.

انواع دستگاه‌‌های التراسونیک

دستگاه‌های التراسونیک که در مدل‌های دستی، رومیزی و یا کارگاهی عرضه می‌شوند به شما این امکان را می‌دهند تا بسیاری از کارهای دشوار و زمان‌بر را به آن‌ها سپرده و بهترین نتیجه را با صرف کمترین هزینه دریافت کنید. در این مقاله، قرار نیست بطور مفصل به نحوه عملکرد دستگاه‌های التراسونیک بپردازیم. بلکه تا حد امکان سعی می‌کنیم مختصر و مفید به برخی جنبه‌های مهم دستگاه‌های التراسونیک اشاره کنیم. با قرار دادن این دستگاه‌ها در دو گروه کلی، ایده بهتری از آنچه در بازار وجود دارد بدست خواهیم آورد. گروهی از دستگاه‌های التراسونیک برای متصل کردن و یا بریدن قطعات بکار می‌روند. دسته پر کاربرد دیگری از دستگاه‌های التراسونیک، امکان پاکسازی قطعات را در اختیار ما قرار می‌دهند.

دوختن، برش دادن، متصل کردن و تمیزکاری قطعات از جمله فرایندهای پرکاربردی هستند که در صنایع بزرگ، کارگاه‌ها و حتی مشاغل خانگی استفاده می‌شوند. می‌توان بعنوان مثال برای متصل کردن قطعات، قرار دادن مغزی فلزی در پوسته پلاستیکی، اتصال بند به ماسک‌های پزشکی و تمیزکاری حفره‌های غیرقابل دسترس یک قطعه حساس، بجای استفاده از نخ و چسب، شوینده‌ها و یا دستگاه‌های پیچیده، از التراسونیک کمک گرفت. بد نیست قبل از پرداختن بیشتر به کاربردهای التراسونیک در صنعت، نگاه کوتاهی به مفهوم التراسونیک بیندازیم تا بدانیم دقیقاً از چه چیزی سخن می‌گوییم.

التراسونیک چیست؟

صدایی که می‌شنویم نتیجه ارتعاش ذرات هواست. بطورمثال وقتی بلندگو را به کامپیوتر متصل می‌کنید، با پخش شدن موسیقی، کامپیوتر امواج الکترونیکی را برای بلندگو ارسال می‌کند و این امواج الکتریکی، صفحه بلندگو را به ارتعاش در می‌آورد. به بیان دیگر، ارتعاشات الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌شود. لرزش صفحه بلندگو به نوبه‌ خود سبب به ارتعاش درآمدن هوای اطرافش شده و به همین ترتیب ارتعاش منتقل شده تا به گوش ما برسد.

ارتعاشات الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌شود

نمایی گرافیکی از این ماجرا را نشان می‌دهد. در بالا، موج صوتی بصورت ریاضی تصویر شده است و در پایین، آنچه در دنیای واقعی اتفاق می‌افتد را می‌بینید؛ اینکه چطور ذرات به ارتعاش در می‌آیند و این ارتعاشات را به ذرات مجاور خود انتقال می‌دهند. برای اینکه صدایی را بشنویم سرعت این لرزش‌ها باید در محدوده ۲۰ هرتز تا ۲۰ هزار هرتز قرار داشته باشد. صداهایی که سرعت ارتعاش آن‌ها بیش از این باشد « فراصوت» یا « مافوق‌صوت» و در اصطلاح صنعتی « التراسونیک» خوانده می‌شود. از آنجاییکه فرکانس این امواج فراصوت در محدود شنوایی ما نیست، نمی‌توانیم آن‌ها را به خوبی بشنویم ( شاید به صورت سوت و صداهای آزاردهنده یا لرزش‌هایی آن‌ها را تشخیص دهیم). اما این امواج مافوق صوت، اثرات مکانیکی قابل‌توجهی دارند. التراسونیک یا همان فراصوت با ایجاد ارتعاشات در ساختار مولکول‌های جسم، باعث بالارفتن حرارت جسم می‌شود تا جایی که آن بخش از جسم شروع به ذوب شدن می‌کند. اگر چه ممکن است این اثرات مکانیکی به چشم نیایند اما ارتعاشاتی چنان سریع را سبب می‌شوند که می‌توان از این ارتعاشات برای گرم‌کردن موضعی یک قطعه استفاده کرد و یا با این لرزش‌های بسیار سریع، قطعات را تمیز کرد. از این قابلیت امواج التراسونیک بطور گسترده‌ای در صنایع مختلف از پتروشیمی و خودروسازی گرفته تا صنعت و پوشاک و تهیه لوازم بهداشتی و حتی پاکسازی قطعات خودرو استفاده می‌شود. حالا وقت آن رسیده است تا نگاهی کلی به دو گروه از این دستگاه‌ها بیندازیم.

امواجی که می‌دوزند، می‌بُرند و جوش می دهند

گروهی از دستگاه‌های التراسونیک با هدف اتصال قطعات یا برش زدن آن‌ها عرضه می‌شوند. این گروه، مدل‌های بسیار متنوعی دارد. بسته به نوع کاربردی که در نظر دارید، دستگاه‌های مختلف با توانایی‌ها و البته قیمت‌های متفاوتی را در بازار خواهید یافت. برخی امکان دوختن پارچه‌های بی‌بافت را فراهم می‌کنند. مثالی از پارچه‌های بی‌بافت، پارچه‌ای است که در تولید ماسک‌های جراحی یا لباس کادر درمان استفاده می‌شود. در این کاربرد، همانطور که گفته شد برای دوختن پارچه‌ها، از نخ و سوزن استفاده نمی‌شود. بلکه پارچه‌ها بین دو فک دستگاه قرار می‌گیرند. یکی از فک‌ها با فرکانس التراسونیک یعنی با سرعتی بیش از ۲۰هزار هرتز می‌لرزد. از آنجایی که پارچه، بین این فک و فک دیگر تحت فشار است، امواج التراسونیک این فرصت را می‌یابند تا پارچه‌هایی که بین این دو فک قرار گرفته‌اند را بطور مؤثری گرم کند. در نتیجه‌ این فرایند، اتصالی محکم بین پارچه‌ها ایجاد می‌شود

امواجی که می‌دوزند، می‌بُرند و متصل می‌کنند

دستگاه‌های دوخت التراسونیک، در انواع مختلفی ساخته می‌شوند. برخی را می‌توان مثل هویه در دست گرفت و کار را انجام داد

دستگاه‌های دوخت التراسونیک، در انواع مختلفی ساخته می‌شوند

و برخی هم در ظاهر شبیه چرخ‌های خیاطی مرسوم هستند

 برخی هم در ظاهر شبیه چرخ‌های خیاطی مرسوم هستند

چون التراسونیک سبب ایجاد حرارت موضعی بر روی کار می‌شود این امکان وجود دارد که قطعه را بطور همزمان برش زده و بدوزد

این امکان وجود دارد که قطعه را بطور همزمان برش زده و بدوزد

اصول برش زدن به روش التراسونیک هم نظیر دوختن است. در این روش، لبه‌های برش خورده بسیار تمیز از کار در می‌آیند. دستگاه‌هایی با عنوان جوش التراسونیک هم در بازار موجود هستند که اصول اولیه عملکردشان همان است که پیش از این گفته شد با این تفاوت که معمولاً برای متصل کردن قطعاتی از جنس پلاستیک و در برخی موارد، انواعی از فلزات استفاده می‌شوند. این امکان وجود دارد که قطعاتی از جنس‌های مختلف در حالات مختلفی به هم متصل شده و یا به اصطلاح « جوش بخورند»

 اصول برش زدن به روش التراسونیک هم نظیر دوختن است.

در اینجا هم ارتعاشات مافوق صوت ( التراسونیک) از طریق ابزار به قطعه منتقل شده و سبب ذوب شدن محلی قطعات و در هم رفتن ساختار آن‌ها می‌شود. نتیجه، یک اتصال محکم و مطمئن خواهد بود

امواجی که می‌دوزند، می‌بُرند و متصل می‌کنند

تمیزکاری قطعات با کمک التراسونیک

دستگاه‌های التراسونیک که برای تمیزکاری قطعات ساخته می‌شوند را « حمام التراسونیک» یا « التراسونیک کلینر» می‌گویند. این دستگاه‌ها معمولاً مجهز به مخزنی موسوم به وان هستند. مبدل امواج مافوق‌ صوت‌ ( التراسونیک) در زیر وان قرار می‌گیرد. این مبدل، لرزش‌های التراسونیک را به وان منتقل می‌کند و مایع درون وان را با سرعت بسیار زیادی به لرزش در می‌آورد. این لرزش سبب تولید حباب‌‌های بسیار ریزی درون مایع می‌شود. تولید شدن و ترکیدن این حباب‌های بسیار ریز در اطراف سطح قطعه، آلودگی‌های روی آنرا جدا می‌کند

تمیزکاری قطعات با کمک التراسونیک

این یک روش ایده‌آل برای پاکسازی قطعات ظریف و یا قطعاتی است که مجراها و روزنه‌های زیادی دارند و نمی‌توان با روش‌های معمول همه بخش‌های آن‌ها را تمیز کرد. حمام‌های التراسونیک امکان شستشو و پاک‌سازی انواع قطعات، از تجهیزات پالایشگاه‌ها گرفته تا قطعات خودرو و حتی بردهای مدار چاپی، مادربردها و ابزارهای پزشکی را فراهم می‌کند. شاید بد نیست بدانید که از حمام‌ التراسونیک برای عصاره‌گیری و همگن‌سازی محلو‌ل‌ها نیز استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها در ابعاد و با توان‌های مختلفی ساخته می‌شوند. بطوریکه برخی از آن‌ها را می‌توان روی میز قرار داد

قطعات عظیم پالایشگاهی را در آن فرو برده و شستشو می‌دهند

مثالی از اهمیت التراسونیک در دنیای امروز

بنابر پیش‌بینی سازمان بهداشت جهانی، به دلیل شیوع ویروس کرونا، ماهانه در جهان به ۸۹ میلیون ماسک فقط برای تأمین نیاز کادر درمان احتیاج خواهیم داشت. بسیاری از مردم عادی هم یا مجبور به خریدن ماسک هستند یا باید خودشان از روش‌های خانگی برای تهیه ماسک استفاده کنند. بر همین اساس پیش‌بینی می‌شود که طی پنج تا هفت سال آینده تقاضا برای تولید ماسک افزایش چشمگیری خواهد داشت. یکی از بازارهایی که در نتیجه افزایش این تقاضا رونق گرفته است بازار دستگاه‌های دوخت التراسونیک است. البته در دوران شیوع کرونا، کاربرد دستگاه‌های دوخت التراسونیک فقط محدود به تولید ماسک نمی‌شود بلکه تولید تجهیزات حفاظتی کادر درمان نظیر ماسک و گان و پاپوش و البسه بیمارستانی را نیز در بر می‌گیرد.

نگاهی به برخی از مزایای دستگاه‌های التراسونیک

برخلاف روش‌هایی نظیر استفاده از چسب برای اتصال قطعات، در روش التراسونیک اتصال بصورت مکانیکی انجام می‌شود. چنین اتصالی مقاوم‌تر است و در دماهای بالاتری استحکام خود را حفظ می‌کند. از سوی دیگر به دلیل اینکه برای اتصال از مواد شیمیایی استفاده نمی‌شود می‌توان روش التراسونیک را یک راهکار دوستدار محیط زیست به حساب آورد. از آنجاییکه در اتصال به روش التراسونیک، از حرارت ارتعاشات و اعمال فشار برای متصل کردن مستقیم مواد استفاده می‌شود، عملا نیازی به استفاده از چسب‌ و حلال‌، پیج و مهره و حتی استفاده از ابزار برای کنار هم قرار دادن قطعات نبوده و لازم نیست برای محکم شدن آن‌ها انتظار بکشیم. روشن است که این مزایا سبب صرفه‌جویی قابل‌توجهی در هزینه و زمان خواهد شد. می‌توان بر حسب قطعه، مواردی نظیر فرکانس و میزان فشار اعمال شده را تنظیم کرد. و اما یک نکته جالب توجه دیگر اینکه دستگاه‌های التراسونیک فقط زمانی که در حال تولید ارتعاش هستند برق مصرف می‌کنند. به بیان دیگر، چون در این روش امواج فقط در همان لحظه دوخت یا برش تولید شده و حرارت ایجاد می‌شود، در نتیجه در مقایسه با سایر روش‌های مرسوم به میزان چشمگیری در مصرف برق صرفه‌جویی خواهد شد

یک سرمایه‌گذاری جذاب

هرچند ممکن است در ابتدا برای خرید و راه‌اندازی تجهیزات التراسونیک در چنین کاربردهایی به سرمایه نسبتاً قابل‌توجهی نیاز باشد، اما این، یک سرمایه‌گذاری بلندمدت است و سودی که از این راه بدست می‌آید ارزش این سرمایه‌گذاری را به خوبی توجیه می‌کند. زیرا اگر چه در ظاهر برای تهیه دستگاه و تجهیزات التراسونیک هزینه به نسبت زیادی صرف می‌شود اما از سوی دیگر، در طول فرآیند بهره‌برداری، به مواد مصرفی نظیر چسب و حلال و نظایر آن نیازی نخواهد بود، فرآیند کار با دقت و سرعت بیشتر و البته صرف هزینه و زمان کمتری انجام خواهد شد و مهم‌تر اینکه اتوماسیون و خودکارسازی فرایند به خوبی امکان‌پذیر است