초음파 융착기(Ultrasonic Welding)

초음파 융착(Ultrasonic Welding)은 고주파 초음파 진동을 이용하여 두 개의 플라스틱 부품을 융합시키는 비접촉식 접합 방식입니다. 이 방법은 열과 압력을 사용하지 않고도 빠르고 효율적으로 접합할 수 있습니다.

(철 : 순간적인 열. 숏트용접-사용예 : 와이어 등)

사용재질 : abs, pp, pc, pvc, pe, ps 등

사용예 : 핸드폰 케이스, 회로 보드, 배터리, 의료기기, 필터, 장난감 등

 

초음파 융착의 원리

 

1. 초음파 진동 발생

• 초음파 융착기는 고주파 전기 신호를 초음파 진동으로 변환하는 변압기(transducer)를 포함합니다.
• 이 변압기는 20kHz에서 40kHz 범위의 고주파 초음파 진동을 생성합니다.

2. 진동 전달

• 생성된 초음파 진동은 혼(sonotrode)을 통해 접합할 부품에 전달됩니다.
• 혼은 진동을 특정 부위로 집중시켜 효율적으로 에너지를 전달하는 역할을 합니다.

3. 열 발생

• 초음파 진동이 부품에 전달되면, 분자 간의 마찰로 인해 열이 발생합니다.
• 이 열은 접합 부위의 플라스틱을 녹이는 데 사용됩니다.

4. 융착 및 냉각

• 부품이 녹으면, 혼이 멈추고 압력이 가해져 부품들이 서로 결합됩니다.
• 결합 부위가 냉각되면서 강한 융착이 형성됩니다.

장점

• 빠른 접합 속도: 몇 초 내에 접합이 완료됩니다.
• 고강도 접합: 접합 부위가 강하게 결합되어 물리적 충격에 견딜 수 있습니다.
• 청결한 접합: 접착제나 용제를 사용하지 않으므로 청결하고 환경친화적입니다.
• 자동화 가능: 자동화 시스템에 쉽게 통합할 수 있어 대량 생산에 적합합니다.
• 비용 효율성: 소비재 및 생산 비용을 절감할 수 있습니다.

단점

• 재료 제한: 초음파 융착은 열가소성 플라스틱에만 적용됩니다. 따라서 다른 재료에는 적용할 수 없습니다.
• 두꺼운 부품에 제한: 두꺼운 부품에는 적용하기 어렵습니다. 초음파의 에너지는 깊은 부품까지 효과적으로 전달되지 않을 수 있습니다.
• 고가 장비 필요: 초음파 융착에는 고가의 특수 장비가 필요합니다. 이는 초기 투자 비용이 높을 수 있다는 것을 의미합니다.
• 접합 부위 디자인: 접합 부위의 디자인이 제한될 수 있습니다. 초음파의 전달과 열 생성에 적합한 디자인이 필요합니다.
• 정확한 프로세스 제어 필요: 초음파 융착은 정확한 프로세스 제어가 필요합니다. 초음파 주파수, 압력, 시간 등의 파라미터가 제어되어야 합니다.
• 초음파 에너지 산란: 초음파가 부품에서 산란되는 현상이 발생할 수 있으며, 이는 부품 표면의 손상을 일으킬 수 있습니다.