Lewitacja ultradźwiękowa i jej zastosowania przemysłowe
Lewitacja ultradźwiękowa / akustyczna to sprawdzona w przemyśle opcja do bezdotykowego przenoszenia lekkich, wrażliwych materiałów, a także do bezdotykowego przenoszenia próbek. Dowiedz się więcej o lewitacji ultradźwiękowej i jej zastosowaniach w przemyśle i nauce!
Zastosowania lewitacji ultradźwiękowej
Lewitacja akustyczna jest naukowo udowodnioną i przemysłowo przyjętą metodą bezdotykowego przenoszenia materiałów i pozycjonowania próbek. Lewitacja ultradźwiękowa jako bezkontaktowa metoda obsługi służy do manipulowania wrażliwymi na powierzchnię i delikatnymi przedmiotami obrabianymi, np. waflami, mikrochipami lub cienkimi szklanymi płytkami, bez wpływu mechanicznego. Ze względu na bezdotykową obsługę materiałów i próbek, lewitacja ultradźwiękowa została wdrożona w zastosowaniach przemysłowych, naukowych i analitycznych.
W przemyśle lewitacja ultradźwiękowa jest stosowana jako niezawodna metoda bezdotykowego, bezkontenerowego przetwarzania mikrochipów i innych małych, delikatnych obiektów, które są podatne na uszkodzenia nawet przy lekkim kontakcie fizycznym. Innym obszarem zastosowań jest obsługa materiałów o bardzo wysokiej czystości lub reagentów chemicznych, na które miałby wpływ pojemnik.
- obiekty wrażliwe na siły fizyczne (np. mikrochipy)
- materiały nieprzewodzące
- Materiały o wysokiej czystości
- reagenty chemiczne
- próbki biologiczne, próbki analityczne
- białka do krystalografii
Zasada działania lewitacji ultradźwiękowej
Lewitacja akustyczna opisuje zastosowanie fal ultradźwiękowych do płynu, zwykle gazu (np. powietrza). Kiedy fala ultradźwiękowa przemieszcza się przez gaz, fala dźwiękowa równoważy siłę grawitacji – w wyniku czego obiekty mogą unosić się w powietrzu bez podparcia. Efekt swobodnego unoszenia się obiektu w fali dźwiękowej wymaga zjawiska fali stojącej. Fala stojąca powstaje, gdy dwie identyczne fale pochodzące z przeciwnych kierunków nakładają się na siebie. Dlatego w układzie lewitacji akustycznej przetwornik ultradźwiękowy jest używany do tworzenia podłużnych fal ciśnienia, a reflektor po drugiej stronie odbija fale, dzięki czemu identyczne fale pochodzące z obu stron mogą się nakładać i tworzyć fale stojące.
Węzły i anty-węzły: Podłużna fala ciśnienia intensywnych ultradźwięków pozwala na bezdotykowe unoszenie się w powietrzu. Takie stojące fale ultradźwiękowe mają zdefiniowane węzły. Węzeł jest obszarem minimalnego ciśnienia, podczas gdy anty-węzeł jest zdefiniowany jako obszar maksymalnego ciśnienia. Węzły fali stojącej znajdują się w centrum lewitacji akustycznej.
Lewitatory ultradźwiękowe działają poprzez pozycjonowanie pola fali stojącej nad sondą ultradźwiękową (tj. sonotrodą) i zastosowanie reflektora.
Sprzęt do lewitacji ultradźwiękowej
Firma Hielscher Ultrasonics posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji i dystrybucji wysokiej jakości, wysokowydajnych urządzeń ultradźwiękowych. W przypadku lewitacji akustycznej firma Hielscher oferuje dwa standardowe typy lewitatorów:
- UP100H – lewitator 30 kHz, 100 W
- UP400St – lewitator 24 kHz, 400 W
- UIP500hdT – lewitator 20 kHz, 500 W
Procesor ultradźwiękowy UP400St to kompaktowy system, w którym przetwornik i generator są połączone w solidnej obudowie. Wydajny lewitator UIP500hdT o mocy 500 W posiada oddzielny przetwornik i generator. Dzięki przetwornikowi o stopniu ochrony IP64, UIP500hdT jest idealny do instalacji w wymagających środowiskach.
Lewitatory ultradźwiękowe mogą być instalowane jako pojedyncze jednostki lub równolegle i są zdolne do pracy w szybkich, wysokowydajnych liniach przetwarzania.
W przypadku specyficznych wymagań firma Hielscher Ultrasonics projektuje i produkuje również niestandardowe i zastrzeżone lewitatory.
Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!
Literatura / Referencje
- 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.