การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม
การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์ / คลื่นเสียงเป็นทางเลือกที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในอุตสาหกรรมสำหรับการรองรับวัสดุน้ำหนักเบาที่ไวต่อการสัมผัสโดยไม่สัมผัส รวมถึงการจัดการตัวอย่างโดยไม่สัมผัส เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์และการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์!
การประยุกต์ใช้การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์
การทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียงเป็นวิธีที่ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์และนำมาใช้ในอุตสาหกรรมสำหรับการจัดการวัสดุและการจัดตำแหน่งตัวอย่างโดยไม่สัมผัส การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์ซึ่งเป็นวิธีจัดการโดยไม่สัมผัส ใช้เพื่อเคลื่อนย้ายและจัดตำแหน่งชิ้นงานที่มีพื้นผิวไวต่อการสัมผัสและเปราะบาง เช่น เวเฟอร์ ไมโครชิป หรือแผ่นแก้วบาง โดยไม่เกิดแรงกระทบเชิงกล ด้วยความสามารถในการจัดการวัสดุและตัวอย่างโดยไม่สัมผัส การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์จึงถูกนำมาใช้ในงานอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการวิเคราะห์
ในอุตสาหกรรม การทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์ใช้เป็นวิธีที่เชื่อถือได้สำหรับการแปรรูปไมโครชิปและวัตถุขนาดเล็กที่บอบบางอื่น ๆ โดยไม่สัมผัสและไม่ใช้ภาชนะ ซึ่งวัตถุเหล่านี้อาจเสียหายได้แม้จากการสัมผัสทางกายภาพเพียงเล็กน้อย อีกขอบเขตหนึ่งของการประยุกต์ใช้คือการจัดการวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงมากหรือสารตั้งต้นในปฏิกิริยาเคมี ซึ่งจะได้รับผลกระทบจากภาชนะ
ตำแหน่งการลอยตัวของทรงกลมพอลิโพรพิลีนในเครื่องทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียงแบบแกนเดียว เครื่องทำให้ลอยตัว / โซโนโทรดอยู่ด้านบน ตัวสะท้อนอยู่ด้านล่าง (b) H1 = 7.45 mm; (d) H3 = 21.55 mm
(การศึกษาและภาพ: © Andrade et al. 2018)
ในทางเคมี หยดของเหลวที่ลอยอยู่สามารถทำหน้าที่เป็นภาชนะปฏิกิริยาขนาดจิ๋ว ทำให้นักวิจัยสามารถผสมสารรีเอเจนต์และสังเกตปฏิกิริยาได้ พร้อมทั้งลดการปนเปื้อนจากผนังภาชนะ
นักวิทยาศาสตร์วัสดุใช้ตัวอย่างที่ลอยตัวเพื่อศึกษาการระเหย การตกผลึก และการก่อตัวของอนุภาค ขณะที่นักวิจัยด้านการวิเคราะห์สามารถตรวจสอบตัวอย่างที่ลอยอยู่ด้วยเทคนิคทางแสงและสเปกโทรสโกปี
ระบบจัดการด้วยคลื่นเสียงเฉพาะทางยังรองรับการขนย้ายชิ้นส่วนที่เปราะบาง รวมถึงเวเฟอร์ซิลิคอน ไมโครชิป และแก้วบาง โดยมีความเสี่ยงต่อความเสียหายเชิงกลลดลง
สำหรับหุ่นยนต์ของเหลวที่มีเกราะอนุภาค (Particle-armored liquid roBots, PBs) การทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียงเป็นแนวทางการวิจัยที่มีแนวโน้มดี ได้แก่ การขนส่งสารรีเอเจนต์ที่ห่อหุ้มไว้ การนำหยดของเหลวมารวมกันเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ควบคุมได้ และการเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ระหว่างสถานีแปรรูป พร้อมทั้งลดการสัมผัสกับพื้นผิวโดยรอบให้เหลือน้อยที่สุด อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำให้หุ่นยนต์ของเหลวที่มีเกราะอนุภาคลอยตัวด้วยคลื่นเสียง!
- วัตถุที่ไวต่อแรงทางกายภาพ (เช่น ไมโครชิป)
- วัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า
- วัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูง
- สารตั้งต้นในปฏิกิริยาเคมี
- ตัวอย่างทางชีวภาพและตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์
- โปรตีนสำหรับผลึกศาสตร์
หลักการทำงานของการทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์
การทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียงหมายถึงการใช้คลื่นอัลตราซาวนด์กับของไหล ซึ่งโดยทั่วไปเป็นก๊าซ (เช่น อากาศ) เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์เคลื่อนที่ผ่านก๊าซ คลื่นเสียงจะถ่วงดุลแรงโน้มถ่วง – ส่งผลให้วัตถุสามารถลอยอยู่ในอากาศได้โดยไม่มีสิ่งรองรับ ผลของการที่วัตถุลอยอย่างอิสระในคลื่นเสียงนี้ต้องอาศัยปรากฏการณ์คลื่นนิ่ง คลื่นนิ่งเกิดขึ้นเมื่อคลื่นที่เหมือนกันสองคลื่นซึ่งเดินทางมาจากทิศทางตรงข้ามซ้อนทับกัน ดังนั้น ในชุดอุปกรณ์สำหรับการทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียง จึงใช้ทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์สร้างคลื่นความดันตามยาว และใช้ตัวสะท้อนที่อยู่อีกด้านหนึ่งสะท้อนคลื่น เพื่อให้คลื่นที่เหมือนกันซึ่งมาจากทั้งสองด้านซ้อนทับกันและก่อตัวเป็นคลื่นนิ่ง
การทำให้ทรงกลมแข็งขนาดเล็กลอยตัวด้วยคลื่นเสียงที่บัพความดันของคลื่นนิ่งระนาบ ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างทรานสดิวเซอร์/เครื่องทำให้ลอยตัวกับตัวสะท้อน
(การศึกษาและภาพ: © Andrade et al. 2018)
บัพและปฏิบัพ: คลื่นความดันตามยาวของอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงทำให้วัตถุลอยอยู่ในอากาศได้โดยไม่สัมผัส คลื่นอัลตราซาวนด์นิ่งดังกล่าวมีบัพที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน บัพคือบริเวณที่มีความดันต่ำสุด ส่วนปฏิบัพหมายถึงบริเวณที่มีความดันสูงสุด บัพของคลื่นนิ่งมีบทบาทสำคัญในการทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียง
เครื่องทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์ทำงานโดยจัดให้สนามคลื่นนิ่งอยู่เหนือหัวโพรบอัลตราซาวนด์ (กล่าวคือ โซโนโทรด) และใช้ตัวสะท้อน
อุปกรณ์ทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์
Hielscher Ultrasonics มีประสบการณ์อันยาวนานและเชี่ยวชาญในการออกแบบ ผลิต และจัดจำหน่ายอุปกรณ์อัลตราซาวนด์คุณภาพสูงและสมรรถนะสูง สำหรับการทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียง Hielscher มีเครื่องทำให้ลอยตัวแบบมาตรฐานสองประเภท:
- UP100H – เครื่องทำให้ลอยตัว 30kHz, 100 W
- UP400ST – เครื่องทำให้ลอยตัว 24kHz, 400W
- UIP500hdT – เครื่องทำให้ลอยตัว 20kHz, 500W
เครื่องประมวลผลด้วยอัลตราซาวนด์ UP400St เป็นระบบขนาดกะทัดรัดที่รวมทรานสดิวเซอร์และเครื่องกำเนิดสัญญาณไว้ในตัวเรือนที่แข็งแรง เครื่องทำให้ลอยตัว UIP500hdT กำลังสูง 500 วัตต์มีทรานสดิวเซอร์และเครื่องกำเนิดสัญญาณแยกจากกัน ด้วยทรานสดิวเซอร์ที่มีระดับการป้องกัน IP64 เครื่อง UIP500hdT จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งในสภาพแวดล้อมที่มีข้อกำหนดการใช้งานเข้มงวด
เครื่องทำให้ลอยตัวด้วยอัลตราซาวนด์สามารถติดตั้งเป็นเครื่องเดี่ยวหรือหลายเครื่องทำงานขนานกัน และสามารถทำงานในสายการแปรรูปที่มีความเร็วสูงและปริมาณงานสูงได้
สำหรับข้อกำหนดเฉพาะ Hielscher Ultrasonics ยังออกแบบและผลิตเครื่องทำให้ลอยตัวที่ปรับแต่งตามความต้องการและเครื่องที่เป็นกรรมสิทธิ์เฉพาะด้วย
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- Hyobin Jeon, K. Park, j.-Y. Sun, H.-Y. Kim (2025): Particle-armored liquid robots. Science Advances Volume 11, Issue 12, 21 Mar 2025.
- Andrade, M.A.B.; Pérez, N.; Adamowski, J.C. (2018): Review of Progress in Acoustic Levitation. Brazilian Journal of Physics 48, 2018. 190–213.
- Malte Junk, Jörn Hinrichs, Fritz Polt, Jonas Fechner, Werner Pauer (2020): Quantitative experimental determination of evaporation influencing factors in single droplet levitation. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 149, 2020.
- Junk, Malte (2019): Tropfenverdunstung im akustischen Levitator. Dissertation Universität Hamburg. Fachbereich Chemie der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften, Universität Hamburg 2019.
เครื่องทำให้ลอยตัวด้วยคลื่นเสียง UP100H ของ Hielscher ซึ่งทำให้หยดของเหลวลอยอยู่กลางอากาศระหว่างโซโนโทรดกับตัวสะท้อน
Hielscher Ultrasonics ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราซาวนด์สมรรถนะสูงตั้งแต่ ขนาดห้องปฏิบัติการ ไปจนถึง ขนาดอุตสาหกรรม