Robustes gemeinsames Design für das Ultraschallschweißen von medizinischen Geräten
Während das Konzept des Ultraschallschweißens einfach ist, kann der Entwurf einer robusten Verbindung und die Entwicklung eines effektiven Schweißprozesses ziemlich komplex sein. Normalerweise beginnt es mit einem nominalen Verbindungsdesign, einem Nest- und Horndesign und der Verstärkung des Energiekopplers, um die nominalen Vibrationsamplituden an den verschweißten Oberflächen zu erhalten. Anschließend durchläuft der Prozess zwischen der Anpassung der Geometrie der Verbindung und der Optimierung der Schweißprozessparameter (Energiekoppler-Verstärkung, Energie- und Energiehülle, Druck und Dauer).
Um eine gute Schweißnaht zu erzeugen, müssen die Teile auf einer relativ kleinen Fläche im Vergleich zur fertigen Schweißnaht einen ersten Kontakt herstellen. Dies ermöglicht die Einleitung des Schmelzens bald nach dem Anwenden von Ultraschallschwingungen.
Es gibt zwei gängige Ansätze, um die kleine anfängliche Kontaktfläche zu schaffen: ein Energiedirektorgelenk und ein Schergelenk.
Ein Energiedirektor ist eine Funktion, die in den unteren Teil des oberen Teils eingeformt ist. Der Energiedirektor ist im Querschnitt dreieckig, wobei der Punkt des Dreiecks den ersten Kontakt zwischen den beiden Teilen darstellt. Der Energiedirektor konzentriert die Schwingungsenergie in einer kleinen Kontaktfläche.
Eine Scherfuge bietet Festigkeit und kann zur Herstellung einer hermetischen Abdichtung verwendet werden. Die Teile sind so konzipiert, dass sie zunächst in einem kleinen Bereich stören. Wenn Ultraschallschwingungen angewendet werden und das Horn auf die Teile drückt, schmilzt der obere Teil in den unteren Teil. Viele Verbindungsgeometrien sind möglich, aber alle verwenden einen Weg, um eine kleine anfängliche Kontaktfläche für die Schweißnaht bereitzustellen.
Prozess optimieren
Die Entwicklung einer ultraschallverschweißten Verbindung ist keine exakte Wissenschaft. Jedes Teil und jede Schweißnaht hat ihre individuellen Eigenschaften. Damit das Verbindungsdesign und der Schweißprozess zusammenarbeiten, ist eine gewisse Iteration erforderlich. Bestimmen Sie zunächst, was die Verbindung tun muss und wie Sie ihre Stärke und Funktionalität messen. Zusätzlich zur Sichtprüfung der Schweißnaht können Sie Zug- und Scherprüfung oder Druckleckprüfung durchführen.
Nachdem Sie eine anfängliche Verbindungsgeometrie entwickelt haben, erstellen Sie einen Satz Prototypenteile mit den Nennmaßen und bereiten Sie möglicherweise zwei weitere Sätze mit unterschiedlichen Passungen vor (z. B. fester oder lockerer), während die anderen Abmessungen gleich bleiben. Ein Ansatz für eine scheibenförmige Baugruppe aus zwei Teilen des Teleskops besteht möglicherweise darin, dieselbe ID am äußeren Teil zu verwenden und den Außendurchmesser am inneren Teil zu variieren, um einen engeren oder lockeren Sitz zu erreichen. Passen Sie das Design an und führen Sie weitere Tests durch, bis Sie eine Schweißnaht haben, die gut schweißt.
Wenn Sie ein Verbindungsdesign und einen Schweißprozess erreicht haben, die zusammenarbeiten, können Sie sich darauf freuen, dass Sie bei der Montage von Medizinprodukten stets saubere, schnelle Schweißnähte erhalten.
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