Die Anwendungsmöglichkeiten des Ultraschallschweißens sind vielfältig und finden sich in vielen Industriezweigen, z. B. in der Elektro- und Computerindustrie, im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizin und in der Verpackungsindustrie. Ob zwei Teile mit Ultraschall geschweißt werden können, hängt von ihrer Dicke ab. Wenn sie zu dick sind, lassen sie sich mit diesem Verfahren nicht verbinden. Dies ist das Haupthindernis beim Schweißen von Metallen. Drähte, Mikroschaltkreisverbindungen, Bleche, Folien, Bänder und Netze werden jedoch häufig mit Hilfe des Ultraschallschweißens verbunden. Das Ultraschallschweißen ist eine sehr beliebte Technik zum Verbinden von Thermoplasten. Es ist schnell und leicht zu automatisieren, da die Schweißzeiten oft unter einer Sekunde liegen und kein Belüftungssystem zur Ableitung von Wärme oder Abgasen erforderlich ist. Diese Art des Schweißens wird häufig zur Herstellung von Baugruppen verwendet, die zu klein, zu komplex oder zu empfindlich für herkömmliche Schweißtechniken sind.
Computer- und ElektroindustrieEdit
In der Elektro- und Computerindustrie wird Ultraschallschweißen häufig zum Verbinden von Drahtverbindungen und zur Herstellung von Verbindungen in kleinen, empfindlichen Schaltkreisen verwendet. Die Verbindungen von Kabelbäumen werden oft mit Ultraschallschweißen hergestellt. Kabelbäume sind große Gruppen von Drähten, die für die Verteilung von elektrischen Signalen und Strom verwendet werden. Elektromotoren, Feldspulen, Transformatoren und Kondensatoren können ebenfalls mit Ultraschallschweißen zusammengefügt werden. Auch bei der Montage von Speichermedien wie Flash-Laufwerken und Computerfestplatten wird dieses Verfahren wegen der hohen Stückzahlen häufig bevorzugt. Beim Ultraschallschweißen von Computerfestplatten wurden Zykluszeiten von weniger als 300 ms festgestellt.
Einer der Bereiche, in denen das Ultraschallschweißen am häufigsten eingesetzt wird und in denen neue Forschungen und Experimente im Mittelpunkt stehen, sind Mikroschaltungen. Dieses Verfahren ist ideal für Mikroschaltungen, da es zuverlässige Verbindungen schafft, ohne Verunreinigungen oder thermische Verformungen in die Bauteile einzubringen. Halbleiterbauelemente, Transistoren und Dioden werden häufig durch dünne Aluminium- und Golddrähte mit Hilfe des Ultraschallschweißens verbunden. Es wird auch zum Verbinden von Drähten und Bändern sowie von ganzen Chips mit Mikroschaltungen verwendet. Ein Beispiel für den Einsatz von Mikroschaltungen sind medizinische Sensoren zur Überwachung des menschlichen Herzens bei Bypass-Patienten.
Ein Unterschied zwischen Ultraschallschweißen und herkömmlichem Schweißen ist die Fähigkeit des Ultraschallschweißens, unterschiedliche Materialien zu verbinden. Die Montage von Batteriekomponenten ist ein gutes Beispiel dafür, wo diese Fähigkeit genutzt wird. Bei der Herstellung von Batterie- und Brennstoffzellenkomponenten werden häufig dünne Kupfer-, Nickel- und Aluminiumverbindungen, Folienschichten und Metallgitter mit Ultraschall zusammengeschweißt. Mehrere Lagen von Folien oder Geweben können oft in einer einzigen Schweißung aufgebracht werden, wodurch Arbeitsschritte und Kosten eingespart werden.
Luft- und Raumfahrt und AutomobilindustrieEdit
Im Automobilbau wird das Ultraschallschweißen in der Regel für die Montage großer Kunststoff- und Elektrokomponenten wie Instrumententafeln, Türverkleidungen, Lampen, Luftkanäle, Lenkräder, Polsterungen und Motorkomponenten verwendet. Da Kunststoffe andere Werkstoffe bei der Konstruktion und Herstellung von Automobilen immer mehr ersetzen, ist die Montage und das Fügen von Kunststoffteilen zunehmend zu einem kritischen Thema geworden. Einige der Vorteile des Ultraschallschweißens sind niedrige Zykluszeiten, Automatisierung, geringe Investitionskosten und Flexibilität. Außerdem wird beim Ultraschallschweißen die Oberflächenbeschaffenheit nicht beschädigt, was für viele Automobilhersteller von entscheidender Bedeutung ist, da die Hochfrequenzschwingungen die Entstehung von Markierungen verhindern.
Ultraschallschweißen wird in der Regel in der Luft- und Raumfahrtindustrie zum Verbinden von dünnen Blechen und anderen leichten Materialien eingesetzt. Aluminium ist aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit mit herkömmlichen Verfahren schwer zu schweißen. Es gehört jedoch zu den leichter zu schweißenden Werkstoffen, da es sich um ein weicheres Metall handelt und somit eine Festkörperschweißung einfach zu erzielen ist. Da Aluminium in der Luft- und Raumfahrtindustrie so häufig verwendet wird, ist das Ultraschallschweißen ein wichtiges Fertigungsverfahren. Und mit dem Aufkommen neuer Verbundwerkstoffe gewinnt das Ultraschallschweißen sogar noch mehr an Bedeutung. Es wurde für das Verbinden des beliebten Verbundwerkstoffs Kohlefaser eingesetzt. Zahlreiche Studien wurden durchgeführt, um die optimalen Parameter zu finden, mit denen sich qualitativ hochwertige Schweißnähte für dieses Material erzeugen lassen.
Medizinische IndustrieBearbeiten
In der medizinischen Industrie wird das Ultraschallschweißen häufig eingesetzt, da es keine Verunreinigungen oder Zersetzungen in die Schweißnaht einbringt und die Maschinen für den Einsatz in Reinräumen spezialisiert werden können. Das Verfahren lässt sich außerdem in hohem Maße automatisieren, bietet eine strenge Kontrolle der Maßtoleranzen und beeinträchtigt nicht die Biokompatibilität der Teile. Daher erhöht es die Qualität der Teile und senkt die Produktionskosten. Artikel wie Arterienfilter, Anästhesiefilter, Blutfilter, IV-Katheter, Dialyseschläuche, Pipetten, Kardiometriereservoirs, Blut-/Gasfilter, Gesichtsmasken und IV-Spikes/Filter können alle durch Ultraschallschweißen hergestellt werden. Eine weitere wichtige Anwendung für das Ultraschallschweißen in der medizinischen Industrie sind Textilien. Artikel wie Krankenhauskittel, sterile Kleidungsstücke, Masken, transdermale Pflaster und Textilien für Reinräume können durch Ultraschallschweißen versiegelt und vernäht werden. Dies verhindert Verunreinigungen und Staubentwicklung und verringert das Infektionsrisiko.
VerpackungsindustrieBearbeiten
Verpackungen sind eine Anwendung, bei der das Ultraschallschweißen häufig eingesetzt wird. Viele gängige Artikel werden mit Hilfe des Ultraschallschweißens entweder hergestellt oder verpackt. Das Versiegeln von Behältern, Tuben und Blisterverpackungen sind häufige Anwendungen.
Ultraschallschweißen wird auch bei der Verpackung von gefährlichen Materialien wie Sprengstoffen, Feuerwerkskörpern und anderen reaktiven Chemikalien eingesetzt. Diese Gegenstände erfordern in der Regel eine hermetische Versiegelung, dürfen aber keinen hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Ein Beispiel ist ein Butanfeuerzeug. Die Schweißnaht dieses Behälters muss hohem Druck und hohen Belastungen standhalten und muss luftdicht sein, um das Butan aufzunehmen. Ein weiteres Beispiel ist die Verpackung von Munition und Treibladungen. Diese Verpackungen müssen einem hohen Druck und einer hohen Belastung standhalten, um den Verbraucher vor dem Inhalt zu schützen. Bei der Versiegelung von Gefahrgut ist die Sicherheit ein Hauptanliegen.
Die Lebensmittelindustrie zieht das Ultraschallschweißen den traditionellen Fügetechniken vor, da es schnell und hygienisch ist und hermetische Versiegelungen ermöglicht. Milch- und Saftbehälter sind Beispiele für Produkte, die häufig durch Ultraschallschweißen versiegelt werden. Die zu versiegelnden Papierteile werden mit Kunststoff, in der Regel Polypropylen oder Polyethylen, beschichtet und dann zusammengeschweißt, um eine luftdichte Versiegelung herzustellen. Das Haupthindernis bei diesem Verfahren ist die Einstellung der Parameter. Wenn beispielsweise zu viel geschweißt wird, kann die Kunststoffkonzentration in der Schweißzone zu niedrig sein und die Dichtung brechen. Wenn zu wenig geschweißt wird, ist die Dichtung unvollständig. Unterschiedliche Materialstärken können zu Schwankungen in der Schweißqualität führen. Zu den weiteren Lebensmitteln, die durch Ultraschallschweißen versiegelt werden, gehören Verpackungen von Schokoriegeln, Tiefkühlkost und Getränkeverpackungen.