ECOSONIC

초음파 용착기술의 현재와 미래

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초음파 용착기술의 현재와 미래

초음파를 이용한 플라스틱 용착

플라스틱 소재의 초음파용착은 용착산 내의 분자간 결합을 이용합니다. 20kHz, 35kHz의 주파수와 5~50µm의 진폭으로 수직 진동이 압력의 작용하에 플라스틱 소재로 전달됩니다. 초음파 진동은 Tool이나 제품의 특수한 디자인에 의해 집중이 됩니다. 이러한 제품에 있는 특수한 구조를 '용착산(Energy director)'라고 부릅니다. 접합부위의 접점(용착산)은 탄성 변형이 되기위한 에너지가 집중되는 역할을 합니다. 접촉면 분자사슬내에서 발생하는 마찰은 소재를 녹이는 열을 발생시킵니다.

초음파 진동을 이용한 플라스틱의 확산 현상

플라스틱 용착의 기초

초음파 용착은 아래의 사례에 적합합니다.

사출 성형 부품 용착
멤브레인 용착
가죽, 부직포, 직물의 용착
다양한 소재의 스태이킹
스웨이징을 이용한 생산품의 고정
금속부싱 및 자석의 삽입

다음과 같은 응용이 가능합니다.

용착산이 있는 사출물의 용착 / 용착 구조(=용착산)를 통한 에너지 집중

모든 사출물들에 적용됩니다. 이 과정을 '분자간 결합'이라고 부릅니다.

에너지 디렉터

용융 캡슐화

플라스틱 스태이킹은 수년간 산업환경의 생산공정에서 성공적으로 사용되어 왔습니다.
스태이킹은 재료 조합에 대한 제한이 거의 없어 영구적인 결합을 제공하며 빠른 생산사이클, 고효율성과 제품설계 및 생산기술 공정계획을 가능하게 했습니다.
플라스틱 소재 접합시 Clipping, Snapping이나 Gluing같은 방법을 사용할 경우 종종 소재 특성, 작동상의 안전문제나 효율성에서 좋지 않은 경우가 많았습니다.

초음파 스웨이징은 스태킹과 거의 비슷한 방법입니다. 단지 한가지 다른점은 스웨이징은 공정을 위해 둥글거나 수직적인 샤프트를 사용하지 않고 고정할 파트 주위의 플라스틱 소재를 녹여서 변형한다는 것입니다.

용착 전 매쉬 조인트

용착 후 매시 조인트

초음파를 이용한 사출 재형성 / 혼을 통한 에너지 집중

이것을 Stacking, Spot welding 혹은 Swaging이라고 합니다. 혼의 용착 표면과 열가소성 수지가 맞닿으면 녹는 현상이 발생합니다. 이 방법을 통해 다양한 종류의 소재, 예를 들면 플라스틱과 금속, 플라스틱과 유리와 같은 조합의 제품을 용착하는 것이 가능합니다.

혼을 통한 에너지 집중

Staking 후 결합 예시

용착산 디자인

이러한 종류의 용착산 디자인은 사출 금형에서 구현하기가 비교적 쉽습니다. Amorphous 계열의 플라스틱 소재를 사용할 경우 이 용착산 디자인은 외관상 완벽하고 높은 인장력과 기밀구조를 얻기에 적합합니다. 추가적인 장점은 Step joint 구조 자체가 센터링과 인장력 증가에 도움이 된다는 것입니다.

Step joint

Tongue and groove joint

일반적으로 용착강도는 T&G 디자인을 적용 했을 때 가장 크게 나옵니다. 매우 작은 치수의 갭은 녹은 소재가 전체 용착영역에 투과되도록 하는 모세관 효과를 만듭니다. 이 용착산 설계는 비교적 두꺼운 벽이 필요합니다. 모든 조건이 충족된다면 가장 기본적으로 권장되는 디자인입니다.

Tongue and groove joint

Mash joint

Mash joint는 semi-crystalline 소재가 얇은 벽을 갖고 있을때 성공적으로 용착 가능한 것이 증명 되었습니다. 용착 거리가 큰 이 용착산 디자인은 일반적으로 기밀 및 높은 용착강도를 얻을 수 있습니다.

Mash joint

Double V joint

이 용착산은 벽 두께가 1.5mm보다 작은 제품에 추천드리는 디자인입니다. 자동적으로 부품의 정밀한 센터링과 디자인에 의해 정해지는 용착 포지셔닝은 용착 후의 높은 용착강도에 기여를 합니다. 정확한 사출 성형과 정밀한 조정이 절대적으로 필요합니다.

Double V joint

Spot Welding

용착할 사출품이 용착산과 용착 면적이 없이 서로의 상단에 평행하게 놓여있을때 사용할 수 있는 방법입니다. 혼의 끝부분이 상부 파트를 뚫고 하부 파트까지 뚫고 들어갑니다. 그리고 두 파트의 플라스틱에 결합성을 부여합니다. 결과적으로 녹은 소재가 부분적으로 모여 그 부분에 spot weld를 생성하게 됩니다.

Spot Welding

Swaging

스태킹 핀이 필요한 제품을 성형하는 것은 항상 가능한 것은 아닙니다. Swaging은 이러한 종류의 어플리케이션에 적합한 대안책입니다. 혼의 접촉면은 반드시 재성형되는 Swaging형상에 맞게 가공되어야 합니다. 프로세스의 순서와 사이클 타임은 Staking의 방식과 일치 합니다. Swaging은 제품 둘레 전체를 포함한 큰 면적의 용착을 가능하게 합니다.

Swaging

Stacking

Stacking 공법을 사용하면 열가소성수지의 사출물을 금속이나 다른 용착불가능한 소재들과 빠르고 깔끔하게 결합할 수 있습니다.
볼트와 너트, 접착제 와 같은 추가 소비재가 필요 없습니다. Stacking공정으로 인한 열은 공랭식 혼에 의해 제거 될 수 있습니다. 실제 Stacking 공정 후에, 저희 장비는 녹은 소재가 일정한 압력하에 완전히 응고 될 수 있도록 미리 hold time을 세팅 할 수 있습니다. 이러한 방식으로 용착부위가 복원되는 것을 막고 공차가 없는 정확한 용착 결과를 보장합니다

Stacking