소리의 힘: 산업 분야에서의 초음파 세척기 살펴보기

빠른 가이드:

1 소개

2 초음파 세척기 소개

3 초음파 세척기의 응용 분야

4 사례 연구: 산업에서 초음파 세척기의 구체적인 용도

5 결론

1 소개

초음파는 파장이 매우 짧은 기계 파동으로, 주파수 대역의 하한 경계가 사람의 청각 범위를 초과하기 때문에 이름이 붙여졌습니다. 캐비테이션 효과로 인해 액체 매질에 초음파를 가하면 액체가 속이 빈 미세 기포를 형성하게 됩니다. 이 기포는 빠르게 팽창하고 수축하여 엄청난 압력을 발생시킵니다. 이로 인해 유화가 일어나고 일부 단단한 불순물이 깨질 수 있으므로 세척 용도로 자주 사용됩니다. 초음파 세척기는 뛰어난 세척 효과로 인해 일상 생활, 과학 연구 실험 및 산업 생산에 널리 사용됩니다. 이 기사에서는 초음파 세척기의 원리와 산업 응용 분야에 대해 설명하여 구매에 대한 참조를 제공합니다.

2 초음파 세척기 소개

2.1 초음파의 특성과 초음파 세척기의 작동 원리

공기 중에서 초음파는 2cm 이하의 파장을 의미하며 주파수는 20kHz 기계파를 초과합니다. 이 파장은 매우 짧고 일반적인 인간 청각의 하한선 (2cm) 이하이므로 사람들은 이러한 들리지 않는 기계 파를 초음파라고 부릅니다.

초음파는 초음파 및 가청 음파와 마찬가지로 반사, 굴절, 회절, 산란 및 기타 전파의 매체에서 근본적인 차이 없이 동일한 법칙을 따릅니다. 그러나 초음파의 파장은 수 센티미터 또는 수천분의 1밀리미터에 불과할 정도로 매우 짧습니다.

그림 1 초음파의 주파수 범위

초음파는 다른 파동과 비교할 때 많은 특성을 가지고 있습니다:

전파 특성 - 초음파의 파장은 매우 짧으며, 일반적으로 장애물은 초음파의 파장보다 몇 배 더 큽니다. 따라서 초음파의 투과율이 떨어지고 회절 능력이 떨어지며 산란하기 쉽습니다. 초음파는 균일한 매질에서 일직선으로 전파되지만 회절이 어렵습니다. 파장이 짧을수록 이 특성은 더욱 중요해집니다. 또한, 레이리의 산란 법칙에 따르면 산란된 파동의 강도는 파장의 4승에 반비례합니다. 초음파 파장이 매우 짧기 때문에 산란이 매우 심각하고 침투력이 좋지 않습니다.

캐비테이션 - 초음파가 매체를 통해 전파될 때 양상과 음상이 번갈아 가며 발생합니다. 양의 단계에서 초음파는 매체의 분자를 압축하여 매체의 원래 밀도를 변경하고 증가시킵니다. 음의 단계에서는 분자를 더 희박하게 만들어 분자를 더 분산시키고 매체의 밀도를 감소시킵니다. 충분히 높은 강도의 초음파가 액체 매질에 작용하면 분자 사이의 평균 거리가 매질의 임계 분자 거리를 유지하는 데 필요한 거리를 초과하여 매질이 파손되고 미세 기포가 형성됩니다. 이 작은 구멍이 빠르게 팽창하고 닫히면서 액체 입자가 격렬한 충격 사이에서 발생하여 수천에서 수만 기압의 압력을 발생시킵니다. 입자 간의 이러한 격렬한 상호 작용은 혼합에 좋은 역할을하여 두 가지 혼합 불가능한 액체 (예 : 물과 기름)가 유화되고 용질의 용해를 가속화합니다. 작지만 강력한 충격파와 마이크로 제트에 의해 생성된 버블 파열은 물체 표면의 먼지와 오염 물질을 효과적으로 제거하고 제거할 수도 있습니다. 액체에서 이러한 종류의 초음파 작용은 초음파 캐비테이션으로 알려진 다양한 효과로 인해 발생하며 초음파 세척기가 원리를 청소하는 역할을 할 수도 있습니다.

그림 2 캐비테이션

2.2 초음파 세척기의 구조

1. 초음파 발생기

초음파 발생기는 초음파 세척기의 핵심 구성 요소 중 하나이며 주로 고주파 전기 에너지 생성을 담당합니다. 교류를 고주파 전기 에너지 (일반적으로 20kHz ~ 40kHz 사이)로 변환하여 초음파 변환기로 전송합니다.

2. 초음파 변환기

초음파 변환기는 일반적으로 압전 재료(예: 압전 세라믹)로 만들어지므로 압전 변환기라고도 합니다. 전력 변압기 및 정류기 시스템, 발진기, 추진기, 동적 속도 증폭기 및 출력 변압기로 구성됩니다. 초음파 발생기에서 생성된 고주파 전기 에너지를 기계적 진동으로 변환합니다. 변환기는 세척 탱크의 바닥 또는 측면 벽에 고정되어 전기 에너지를 고주파 기계 진동으로 변환합니다.

3. 세척 탱크

세척 탱크는 세척액과 세척할 세척 용품을 담는 데 사용됩니다. 일반적으로 스테인리스 스틸 및 기타 부식 방지 재질로 만들어져 탱크의 세정액과 먼지가 부식되는 것을 방지합니다. 또한 세정액의 온도를 제어하기 위해 가열 및 온도 제어 장치, 스테인리스 스틸 탱크, 진동 감쇠 장치 사이의 박스 프레임 패드에 탱크를 설치할 수 있습니다. 청소 탱크의 크기와 모양은 다양한 청소 요구에 따라 맞춤 설정할 수 있습니다.

4. 진동 플레이트

진동 플레이트는 일반적으로 초음파 변환기에 연결된 세척 탱크의 바닥 또는 측면 벽에 고정됩니다. 플레이트는 트랜스듀서에서 발생하는 기계적 진동을 세척액에 고르게 전달하여 캐비테이션 효과를 생성합니다.

5. 세척액

세척액은 일반적으로 물과 적절한 양의 세제로 구성된 세척 과정의 매개체입니다. 세정액의 선택은 청소할 소재와 먼지의 특성에 따라 달라집니다. 올바른 세척액은 초음파 세척의 효과를 향상시킬 수 있습니다.

6. 제어판

제어판은 초음파 주파수, 전력, 세척 시간 및 온도를 포함하여 초음파 세척기의 작동 매개 변수를 조절하고 제어합니다. 최신 초음파 세척기에는 일반적으로 디지털 디스플레이 및 프로그래밍 기능이 장착되어있어 사용자가 세척 과정을 정확하게 제어 할 수 있습니다. 패널 뒷면에는 전원 입력 소켓과 퓨즈가 장착되어 있습니다. 초음파 세척기의 전원 공급 장치는 사용의 안전을 보장하기 위해 과전류 보호 회로와 함께 설치되어야합니다.

7. 난방 시스템(옵션)

일부 초음파 세척기에는 세척액을 가열하기 위한 가열 시스템이 장착되어 있습니다. 가열은 특히 기름기가 많은 먼지의 경우 청소 효율을 향상시킬 수 있으며 가열 된 청소 용액은 먼지를보다 효과적으로 용해하고 제거 할 수 있습니다.

8. 여과 시스템(옵션)

여과 시스템은 세정액의 불순물을 제거하고 세정액의 청결을 유지하는 데 사용됩니다. 이 시스템은 청소 용액의 수명을 연장하고 청소 효과를 향상시킬 수 있습니다.

9. 배수 시스템

배수 시스템은 세척 탱크의 세척액을 비우는 데 사용되며, 세척액 교체와 세척 탱크 청소를 용이하게 합니다. 일반적으로 배수 밸브와 배관이 포함됩니다.

그림 3 초음파 세척기 구조 및 원리

3 초음파 세척기의 응용 분야

3.1 산업 응용 분야

초음파 세척기는 다양한 산업에서 널리 사용됩니다.

l제품 표면 세척 처리를위한 제조 산업은 종종 작은 불순물을 완전히 제거하는 목적을 달성하기 위해 초음파 세척을 사용합니다 .

l전자 산업에서 초음파 세척기는 주로 전자 부품 및 회로 기판을 세척하는 데 사용됩니다. 제조 공정의 전자 부품은 다양한 작은 먼지와 오염 물질로 쉽게 오염되며 초음파 세척은 이러한 작은 입자를 효과적으로 제거하여 부품의 청결과 품질을 보장 할 수 있습니다.

l자동차 제조 공정에서 엔진 부품, 변속기 부품, 연료 분사 시스템 등과 같은 많은 부품은 높은 수준의 청결도를 유지해야합니다. 초음파 세척기는 이러한 부품의 오일, 금속 부스러기 및 기타 불순물을 완전히 제거하여 조립 품질과 차량 성능을 향상시킬 수 있습니다.

l정밀 기계 제조 분야에서는 많은 부품에 매우 높은 수준의 청결도가 필요합니다. 초음파 세척기는 이러한 부품의 표면과 내부에서 미세한 불순물을 제거하여 정확성과 성능을 보장할 수 있습니다.

l광학 렌즈 및 기기 제조에서 초음파 클리너는 렌즈의 먼지와 지문을 제거하여 선명도와 정밀도를 보장하는 데 사용됩니다 .

l철강 제조 공정에서 철강 표면에는 종종 산화피막, 그리스 및 기타 오염 물질이 있습니다. 초음파 세척기는 이러한 오염 물질을 빠르고 효율적으로 제거하여 강철의 표면 품질을 향상시킬 수 있습니다.

매우 높은 정밀도와 청결도가 필요한 응용 시나리오에서 초음파 세척기는 더 높은 청결도 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

l초음파 세척기는 의료 산업에서 수술 기구 및 기타 의료 장비를 세척하는 데 널리 사용됩니다. 효율적이고 철저한 세척 능력은 의료 장비의 무균 상태를 보장하고 감염 발생을 예방할 수 있습니다. 제약 장비와 용기는 엄격한 세척 기준이 필요합니다. 초음파 세척기는 원자로, 교반기 및 기타 장비를 효율적으로 세척하여 오염이없고 안전한 의약품 생산 공정을 보장 할 수 있습니다.

l식품 가공 장비의 세척에서 초음파 세척기는 잔류 음식물 찌꺼기와 얼룩을 효과적으로 제거하여 장비의 청결과 식품 안전을 보장 할 수 있습니다 .

l항공 우주 산업은 부품의 청결에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 초음파 세척기는 항공 부품의 다양하고 복잡한 모양과 구조를 세척하여 열악한 환경에서 부품의 신뢰성을 보장하는 데 사용할 수 있습니다.

l위의 산업 외에도 초음파 세척기는 시계 제조, 보석 가공, 화학 실험실 및 기타 분야에서도 널리 사용되며 효율적이고 정밀한 세척이 필요한 모든 경우에 초음파 세척 기술을 사용할 수 있습니다.

제조 산업에서 제품 세척에 초음파 세척기를 사용하면 생산성을 높이고 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다. 초음파 세척은 작은 틈새와 복잡한 구조를 관통하여 더 높은 수준의 청결을 달성 할 수 있습니다. 동시에 정밀 부품의 표면 무결성을 보장하고 부품 손실을 줄일 수 있습니다. 또한 수성 세정액을 사용하는 초음파 세척기는 화학 물질 사용을 줄이고 환경 오염을 줄입니다. 따라서 초음파 세척은 산업 제조 생산에서 중요한 세척 방법이 되었습니다. 스탠포드 어드밴스드 머티리얼즈(Stanford Advanced Materials, SAM)는 대규모 산업 응용 분야를 위한 다양한 초음파 세척기를 제공하며, 산업 규모, 설치 공간 및 효율성 요구 사항에 따라 적합한 장비를 선택할 수 있습니다. 그림 4는 반자동 이송 시스템을 갖춘 5탱크 초음파 세척기를 보여줍니다.

그림 4 반자동 이송 시스템을 갖춘 5탱크 초음파 세척기

3.2 생활 응용

초음파 클리너는 산업에서 널리 사용될뿐만 아니라 일상 생활에서도 많은 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 초음파의 캐비테이션 효과를 사용하여 다양한 품목을 효율적이고 철저하게 청소하여 시간과 노력을 절약합니다.

l초음파 세척기는 보석, 시계 및 기타 액세서리의 먼지와 기름을 효율적으로 청소하여 원래의 광택을 복원하고 작은 틈새를 뚫고 손으로 청소하기 어려운 먼지를 철저히 제거 할 수 있습니다 .

l또한 안경 렌즈와 안경테를 깨끗하게 세척하여 렌즈 표면의 긁힘과 손상을 방지할 수 있습니다.

l초음파 세척기는 식기 및 주방용품, 특히 나이프, 포크, 스푼, 스트레이너와 같이 모양이 복잡하고 틈새가 작은 품목을 청소하는 데 사용할 수 있습니다. 초음파 세척은 잘 지워지지 않는 기름때와 음식물 찌꺼기를 제거하여 위생을 보장합니다.

l칫솔모, 틀니, 교정기 등 가정에서 사용하는 치과용 기기는 박테리아와 먼지가 쌓이기 쉽습니다. 초음파 세척기는 이러한 가전제품을 효과적으로 세척하여 구강 위생을 개선할 수 있습니다.

l마사지 헤드, 부항기, 물리치료 전극 패드 등 가정에서 사용하는 물리치료 기기는 초음파 세척으로 사용 후 잔여물을 제거하여 기기를 위생적이고 안전하게 유지할 수 있습니다.

l면도기, 이발 가위, 메이크업 브러쉬, 매니큐어 도구와 같은 미용 도구는 초음파 세척 후 더 깨끗하고 위생적으로 관리할 수 있어 피부 감염의 위험을 줄일 수 있습니다 .

l아이섀도우 팔레트, 파우더 케이스, 립스틱 튜브 등과 같은 화장품 용기는 초음파 세척기로 세척하여 잔류 화장품과 먼지를 제거하고 용기를 깨끗하게 유지할 수 있습니다 .

l초음파 세척기는 유물 수집품 등을 세척하는 데에도 사용할 수 있어 물품의 원래 모양과 가치를 유지할 수 있습니다.

더 강력한 세척력 외에도 생활 적용에서 초음파 세척의 가장 큰 장점은 어느 정도의 위험이있는 강력한 화학 세제의 사용을 줄이고 동시에 안전을 개선하는 동시에 환경 오염을 줄이는 것입니다.

그림 5 초음파 안경 세척기의 종류

3.3 과학 연구 응용

초음파 세척기는 주로 고효율, 정밀도 및 비파괴 세척 특성을 사용하여 다양한 연구 및 실험을 지원하기 위해 과학 연구 분야에서 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

l실험실 유리 제품, 플라스틱 제품, 금속 도구 등은 실험 결과를 오염시키지 않도록 높은 수준의 청결을 유지해야 합니다. 초음파 세척기는 이러한 기구에 부착된 잔류물, 화학 물질 및 입자를 효과적으로 제거하여 실험 기구의 청결을 보장합니다.

재료 과학 및 생명과학 연구에서는 시료 준비 과정에서 표면 오염 물질을 제거해야 하는 경우가 많습니다. 초음파 세척기는 시료의 표면을 세척하여 시료의 순도와 실험 결과의 정확성을 보장하는 데 사용할 수 있습니다.

l화학 분석 실험에서 시료 전처리 단계에는 효율적인 세척 프로세스가 필요합니다. 초음파 세척기는 시료 바이알, 반응기 및 기타 실험 용기를 빠르게 세척하여 분석 결과에 대한 오염 물질 간섭을 줄일 수 있습니다.

야금 및 재료 연구에서 금속 샘플 세척은 매우 중요한 단계입니다. 초음파 세척기는 금속 표면에서 그리스, 산화물 및 기타 불순물을 효과적으로 제거하여 깨끗한 샘플과 정확한 결과를 보장할 수 있습니다.

l마이크로 전자 칩, 센서, 회로 기판 등 과학 연구에 사용되는 전자 부품은 매우 깨끗하게 유지해야 합니다. 초음파 세척기는 이러한 부품의 표면에서 작은 입자와 오염 물질을 제거하여 성능과 신뢰성을 보장할 수 있습니다.

l광학 실험에서 렌즈, 프리즘, 광섬유 및 기타 광학 부품은 높은 수준의 투명성과 청결도를 유지해야 합니다. 초음파 세척기는 이러한 구성 요소의 표면에서 먼지와 지문을 효율적으로 제거하여 광학 실험의 정확성을 보장할 수 있습니다. 나노 물질의 준비 및 가공은 그 특성과 연구 결과의 정확성을 보장하기 위해 표면에서 불순물과 비반응물을 제거해야 합니다. 초음파 세척기는 나노 물질의 미세 구조 깊숙이 침투하여 불순물을 완전히 제거할 수 있습니다.

l생물학 및 의학 연구에서 세포 배양 장치, 현미경 슬라이드 및 기타 생물학적 샘플은 엄격한 세척이 필요합니다. 초음파 세척기는 생물학적 시료의 표면에서 잔류물과 오염 물질을 제거하여 실험 결과의 신뢰성을 보장합니다. 미세 유체 칩은 생물의학 및 화학 분석에 널리 사용되며 미세 구조가 쉽게 오염됩니다. 초음파 세척기는 이러한 칩의 작은 채널과 구조를 효율적으로 세척하여 칩의 기능과 성능을 보장할 수 있습니다.

l고고학 연구에서 고대 유물과 화석 샘플은 손상을 방지하기 위해 세심한 주의를 기울여 청소해야 합니다. 초음파 세척기는 이러한 샘플의 표면에서 흙과 침전물을 부드럽고 효과적으로 제거하여 원래 상태를 보존합니다.

과학 연구에서 초음파 세척기를 사용하면 섬세한 기기와 샘플에 기계적 손상 없이 단기간에 복잡한 물체를 철저히 세척하여 무결성을 보존할 수 있습니다. 청소 작업에 기계 제어를 사용하면 청소 프로세스의 자동화를 쉽게 실현하고 인적 오류를 줄이며 실험의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 동시에 강력한 화학 세정제, 수성 세정액 사용, 환경 보호 및 안전에 대한 의존도를 줄입니다.

그림 6 기기 세척용 실험실 초음파 세척기

4 사례 연구: 산업에서 초음파 세척기의 특정 용도

다음은 산업 제조에서 초음파 세척기를 사용한 몇 가지 사례 연구입니다.

4.1 전자 산업에서 초음파 세척을 통한 PCB 유지보수 향상

PCB 회로 기판 세척은 일반적으로 초음파 세척에 사용됩니다. PCB 회로 기판 (인쇄 회로 기판)은 전자 장비의 필수 구성 요소 중 하나이며 전자 부품을 기계적으로지지하고 전기적으로 연결하는 데 사용됩니다. 비전 도성 기판, 연결성 및 기타 회로 그래픽에 전도성 경로를 형성하여 전자 부품과 통신 간의 연결을 달성하는 PCB.

PCB 부품 용접 플럭스는 수용성, 로진 타입, 노 클린 타입의 세 가지 범주로 나뉩니다. 처음 두 가지 유형이 더 자주 사용되며 종종 초음파 세척이 필요하지만 알코올 브러싱도 일반적입니다. 원칙적으로 노클린 플럭스는 세척할 필요가 없습니다. 그러나 전 세계 대부분의 제조업체는 여전히 노 클린 타입 플럭스로 납땜된 전자 부품을 세척하고 있습니다. 특히 고밀도 PCB와 IC 핀의 경우 세척하지 않거나 초음파 세척을 사용하지 않으면 고밀도 라인과 핀 사이에 먼지가 쌓일 수 있습니다. 이렇게 쌓인 먼지는 환경이 습해지면 단락을 일으킬 수 있으며, 이러한 고장은 건조되면 저절로 해결되어 사라지기 때문에 감지하기 어렵습니다. 따라서 대부분의 전자 제품 제조업체는 이러한 문제를 방지하기 위해 PCB에 초음파 세척을 지속적으로 사용합니다.

그림 7 PCB를 청소하는 초음파 세척기

4.2 하드웨어 부문에서 초음파 기술을 통한 세척 효율성 향상

다양한 다른 세척 방법과 비교할 때 초음파 세척기는 특히 전문화, 그룹 생산 기업에서 큰 우월성을 보여줍니다. 이러한 기업들은 점차 초음파 세척기를 사용하여 기존의 침수, 브러싱, 압력 세척, 진동 세척 스팀 청소 및 기타 공정을 대체하고 있습니다. 초음파 기계는 침투 및 캐비테이션 효과로 인한 매체 내 음파 전파로 인해 높은 효율과 높은 수준의 청결도를 제공합니다. 따라서 복잡한 모양, 내부 공동, 미세한 구멍이 있는 부품과 구성품을 더 쉽게 세척할 수 있습니다. 또한 초음파 세척기는 자동차 휠 허브, 도금 및 진공 도금 부품, 모터 부품, 베어링, 다이캐스트 부품, 스탬핑 부품, 안경, 스테인리스 스틸 식기, 컴프레서, 시계 부품, 정밀 섬유 장비, 정밀 금형, 기어, 크랭크 샤프트 및 기타 정밀 부품에 적합한 다용도 세척기입니다. 정밀 금형, 기어, 크랭크샤프트, 밸브, 라디에이터 및 기타 정밀 부품은 초음파 세척을 사용하여 생산 공정 중에 오일, 왁스 및 이물질을 효율적으로 세척할 수 있습니다. 이 기술은 전자 회로 기판, 베어링 부품, 광학 렌즈, 자동차 부품, 진공 이온 코팅 부품, 하드웨어 도금 부품, 오디오 마그네틱 헤드, 정밀 하드웨어 부품, 의료 장비, 액정 디스플레이, 항공 기계 등의 세척에도 광범위하게 사용되어 다양한 산업의 전문 세척 분야에서 필수적인 기술로 자리 잡았습니다.

4.3 초음파 세척을 통한 도금 산업의 전처리 및 후처리 공정 개선

초음파 세척은 주로 도금 산업에서 전기 도금 부품, 진공 도금 부품, 자물쇠, 모터 부품, 베어링, 다이캐스트 부품, 스탬핑 부품, 시계 케이스 및 스트랩, 안경테, 스테인리스 스틸 식기, 압축기, 정밀 섬유 장비, 정밀 금형, 기어, 크랭크 샤프트, 밸브, 라디에이터 및 기타 정밀 금속 부품을 포함한 광범위한 부품에 사용됩니다. 생산 및 가공 과정에서 모든 유형의 금속 부품에서 오일, 왁스 및 이물질을 효과적으로 제거합니다. 이 분야의 초음파 세척은 전처리와 후처리 세척의 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 전처리에는 다양한 하드웨어 부품을 세척하여 연마 왁스, 가공유 및 이물질을 제거하는 작업이 포함됩니다. 후처리는 도금 공정에서 잔류 도금 용액과 다양한 잔여물을 제거하는 데 중점을 둡니다.

5 결론

초음파 세척 기술은 효율적이고 깊고 부드러운 세척 특성으로 인해 산업, 생활 및 과학 연구 분야에서 상당한 응용 가치를 보여주었습니다. 이 기술은 초음파에 의해 생성된 캐비테이션 효과를 활용하여 세척 대상의 손상 없이 표면과 내부 구조에서 먼지, 기름 및 기타 불순물을 효과적으로 제거하며, 특히 복잡한 모양과 작은 틈새가 있는 물품을 세척하는 데 적합합니다. 산업 제조에서 초음파 세척기는 생산 효율성과 제품 품질을 개선하고 화학 세제 사용을 줄이며 환경 오염을 줄입니다. 일상 생활에서는 개인에게 안전하고 환경 친화적이며 효율적인 청소 방법을 제공합니다. 과학 연구 분야에서 초음파 세척 기술은 실험 장치 및 샘플의 높은 청결 요구 사항을 보장하여 정밀한 과학 연구를 지원합니다. 따라서 청소 효율성을 높이고 제품 및 장비의 성능을 보호하거나 환경 보호 및 안전의 관점에서 고려할 때 초음파 세척기는 광범위한 홍보 및 적용 할 가치가있는 고급 세척 도구입니다.

참고 문헌

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