Υπερήχων αιώρηση και βιομηχανικές εφαρμογές της
Η υπερηχητική / ακουστική αιώρηση είναι μια βιομηχανικά αποδεδειγμένη επιλογή για ρουλεμάν χωρίς επαφή ελαφρών ευαίσθητων υλικών καθώς και για χειρισμό δειγμάτων χωρίς επαφή. Μάθετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική αιώρηση και τις εφαρμογές της στη βιομηχανία και την επιστήμη!
Εφαρμογές της υπερηχητικής αιώρησης
Η ακουστική αιώρηση είναι μια επιστημονικά αποδεδειγμένη και βιομηχανικά υιοθετημένη μέθοδος για χειρισμό υλικών χωρίς επαφή και τοποθέτηση δειγμάτων. Η υπερηχητική αιώρηση ως μέθοδος χειρισμού χωρίς επαφή χρησιμοποιείται για το χειρισμό επιφανειακών ευαίσθητων και εύθραυστων τεμαχίων εργασίας, π.χ. γκοφρέτες, μικροτσίπ ή λεπτές γυάλινες πλάκες, χωρίς μηχανική κρούση. Λόγω του χειρισμού υλικών και δειγμάτων χωρίς επαφή, η υπερηχητική αιώρηση έχει εφαρμοστεί σε βιομηχανικές, επιστημονικές και αναλυτικές εφαρμογές.
Στη βιομηχανία, η υπερηχητική αιώρηση χρησιμοποιείται ως αξιόπιστη μέθοδος για την επεξεργασία μικροτσίπ και άλλων μικρών, ευαίσθητων αντικειμένων χωρίς επαφή, χωρίς δοχεία, τα οποία είναι επιρρεπή σε βλάβες ακόμη και από ελαφριά φυσική επαφή. Ένα άλλο πεδίο εφαρμογής είναι ο χειρισμός υλικών πολύ υψηλής καθαρότητας ή χημικών αντιδραστηρίων, τα οποία θα επηρεαστούν από ένα δοχείο.
Θέσεις αιώρησης σφαιρών πολυπροπυλενίου σε ακουστικό αιωρητή ενός άξονα. Αιωρητής / sonotrode στην κορυφή, ανακλαστήρας στο κάτω μέρος (β) H1 = 7,45 mm. δ) H3 = 21,55 mm
(μελέτη και φωτογραφίες: © Andrade et al. 2018)
- αντικείμενα ευαίσθητα σε φυσικές δυνάμεις (π.χ. μικροτσίπ)
- μη αγώγιμα υλικά
- υλικά υψηλής καθαρότητας
- χημικά αντιδραστήρια
- βιολογικά, αναλυτικά δείγματα
- Πρωτεΐνες για κρυσταλλογραφία
Αρχή εργασίας της υπερηχητικής αιώρησης
Η ακουστική αιώρηση περιγράφει την εφαρμογή κυμάτων υπερήχων σε ένα υγρό, συνήθως αέριο (π.χ. αέρα). Όταν το κύμα υπερήχων ταξιδεύει μέσω του αερίου, το ηχητικό κύμα αντισταθμίζει τη δύναμη της βαρύτητας – με αποτέλεσμα τα αντικείμενα να αιωρούνται χωρίς υποστήριξη στον αέρα. Αυτή η επίδραση ενός ελεύθερα αιωρούμενου αντικειμένου σε ένα ηχητικό κύμα απαιτεί το φαινόμενο ενός στάσιμου κύματος. Ένα στάσιμο κύμα σχηματίζεται όταν δύο πανομοιότυπα κύματα που προέρχονται από τις αντίθετες κατευθύνσεις υπερτίθενται μεταξύ τους. Επομένως, σε μια ρύθμιση ακουστικής αιώρησης χρησιμοποιείται ένας μορφοτροπέας υπερήχων για τη δημιουργία διαμήκων κυμάτων πίεσης και ένας ανακλαστήρας στην άλλη πλευρά αντανακλά τα κύματα, έτσι ώστε το ίδιο κύμα που προέρχεται και από τις δύο πλευρές να μπορεί να επικαλύψει και να σχηματίσει στάσιμα κύματα.
Ακουστική αιώρηση μικρής άκαμπτης σφαίρας στον κόμβο πίεσης ενός επίπεδου στάσιμου κύματος που δημιουργείται μεταξύ ενός μορφοτροπέα/αιωρητή και ενός ανακλαστήρα.
(μελέτη και φωτογραφίες: © Andrade et al. 2018)
Κόμβοι και Antinodes: Το διαμήκες κύμα πίεσης του έντονου υπερήχου επιτρέπει την αιώρηση χωρίς επαφή στον αέρα. Τέτοια στάσιμα κύματα υπερήχων έχουν καθορισμένους κόμβους. Ένας κόμβος είναι η περιοχή της ελάχιστης πίεσης, ενώ ένας αντικόμβος ορίζεται ως η περιοχή της μέγιστης πίεσης. Οι κόμβοι ενός στάσιμου κύματος βρίσκονται στο κέντρο της ακουστικής αιώρησης.
Οι υπερηχητικοί αιωρητές λειτουργούν τοποθετώντας το στάσιμο πεδίο κύματος πάνω από έναν υπερηχητικό καθετήρα (δηλαδή sonotrode) και τη χρήση ενός ανακλαστήρα.
Υπερηχητικός εξοπλισμός αιώρησης
Hielscher Υπέρηχοι είναι μακροχρόνια και έμπειρη στο σχεδιασμό, την κατασκευή και τη διανομή υψηλής ποιότητας, υψηλής απόδοσης εξοπλισμού υπερήχων. Για ακουστική αιώρηση, Hielscher προσφέρει δύο τυπικούς τύπους αιωρητών:
- UP100Η – έναν αιωρητή 30kHz, 100 W
- UP400St – έναν αιωρητή 24kHz, 400W
- UIP500hdT – έναν αιωρητή 20kHz, 500W
Ο υπερηχητικός επεξεργαστής UP400St είναι ένα συμπαγές σύστημα, όπου ο μετατροπέας και η γεννήτρια συνδυάζονται σε ένα στιβαρό περίβλημα. Ο ισχυρός αιωρητής 500 watt UIP500hdT διαθέτει ξεχωριστό μορφοτροπέα και γεννήτρια. Με τον μορφοτροπέα βαθμού IP64, το UIP500hdT είναι ιδανικό για εγκατάσταση σε απαιτητικά περιβάλλοντα.
Οι υπερηχητικοί αιωρητές μπορούν να εγκατασταθούν ως ενιαία μονάδα ή παράλληλα και είναι σε θέση να λειτουργούν σε γραμμές επεξεργασίας υψηλής ταχύτητας, υψηλής απόδοσης.
Για συγκεκριμένες απαιτήσεις, Hielscher Υπέρηχοι σχεδιάζει και κατασκευάζει προσαρμοσμένους και ιδιόκτητους αιωρητές, πάρα πολύ.
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Βιβλιογραφία / Αναφορές
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
Hielscher Υπέρηχοι κατασκευάζει υψηλής απόδοσης υπερήχων ομογενοποιητές από εργαστήριο προς βιομηχανικό μέγεθος.