Ultraheli levitation ja selle tööstuslikud rakendused
Ultraheli / akustiline levitatsioon on tööstuslikult tõestatud võimalus kergekaaluliste tundlike materjalide mittekontaktseks kandmiseks, samuti kontaktivabaks proovide käitlemiseks. Lisateave ultraheli levitatsiooni ja selle rakenduste kohta tööstuses ja teaduses!
Ultraheli levitatsiooni rakendused
Akustiline levitatsioon on teaduslikult tõestatud ja tööstuslikult kasutatav meetod materjalide kontaktivabaks käitlemiseks ja proovide positsioneerimiseks. Ultraheli levitatsiooni kui kontaktivaba käitlemismeetodit kasutatakse pinnatundlike ja habraste toorikute, nt vahvlite, mikrokiipide või õhukeste klaasplaatide manipuleerimiseks ilma mehaanilise mõjuta. Materjalide ja proovide kontaktivaba käitlemise tõttu on ultraheli levitatsiooni rakendatud tööstuslikes, teaduslikes ja analüütilistes rakendustes.
Tööstuses kasutatakse ultraheli levitatsiooni usaldusväärse meetodina mikrokiipide ja muude väikeste, õrnade objektide kontaktivabaks, konteinerivabaks töötlemiseks, mis on isegi kerge füüsilise kontakti tõttu kahjustatud. Teine rakendusala on väga kõrge puhtusastmega materjalide või keemiliste reaktiivide käitlemine, mida mahuti mõjutaks.
- füüsiliste jõudude suhtes tundlikud objektid (nt mikrokiibid)
- mittejuhtivad materjalid
- kõrge puhtusastmega materjalid
- keemilised reagendid
- bioloogilised analüütilised proovid
- valgud kristallograafia jaoks
Ultraheli levitatsiooni tööpõhimõte
Akustiline levitatsioon kirjeldab ultrahelilainete rakendamist vedelikule, tavaliselt gaasile (nt õhule). Kui ultrahelilaine liigub läbi gaasi, tasakaalustab helilaine raskusjõudu – mille tulemusena võivad objektid õhus toetamata hõljuda. See vabalt ujuva objekti mõju helilaines nõuab seisva laine nähtust. Seisev laine moodustub siis, kui kaks vastassuunast tulevat identset lainet asetsevad üksteisega. Seetõttu kasutatakse akustilises levitatsiooni seadistuses pikisuunaliste rõhulainete loomiseks ultraheliandurit ja teisel pool asuv reflektor peegeldab laineid, nii et mõlemalt poolt tulev identne laine võib katta ja moodustada seisvaid laineid.

Väikese jäiga kera akustiline levitatsioon anduri/levitaja ja reflektori vahele rajatud tasapinnalise seisva laine rõhusõlmes.
(uuring ja pildid: © Andrade jt 2018)
Sõlmed ja antinoodid: Intensiivse ultraheli pikisuunaline rõhulaine võimaldab õhus kontaktivabalt hõljuda. Sellistel seisvatel ultrahelilainetel on määratletud sõlmed. Sõlm on minimaalse rõhuga ala, samas kui antinood on määratletud kui maksimaalse rõhu ala. Seisva laine sõlmed on akustilise levitatsiooni keskmes.
Ultraheli levitaatorid töötavad seisva lainevälja paigutamisega ultraheli sondi (s.o sonotrode) kohale ja reflektori kasutamisele.
Ultraheli levitatsiooniseadmed
Hielscher Ultrasonics on pikaajaline ja kogenud kvaliteetsete, suure jõudlusega ultraheliseadmete projekteerimisel, tootmisel ja levitamisel. Akustilise levitatsiooni jaoks pakub Hielscher kahte standardset tüüpi levitaatoreid:
UP400St – a 24kHz, 400W levitaator
UIP500hdT – a 20kHz, 500W levitaator
Ultraheli protsessor UP400St on kompaktne süsteem, kus andur ja generaator on ühendatud tugeva korpusega. 500 vatti võimsal levitaatoril UIP500hdT on eraldi andur ja generaator. Oma IP64-klassi anduriga sobib UIP500hdT ideaalselt paigaldamiseks nõudlikesse keskkondadesse.
Ultraheli levitaatoreid saab paigaldada ühe seadmena või paralleelselt ning need on võimelised töötama kiiretel, suure läbilaskevõimega töötlemisliinidel.
Konkreetsete nõuete täitmiseks kavandab ja toodab Hielscher Ultrasonics ka kohandatud ja patenteeritud levitaatoreid.
Võta meiega ühendust! / Küsi meiega!
Kirjandus/viited
- 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 Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid Lab et tööstuslik suurus.