Уззззззззззз... Или чуть больше чистоты

Все что сказано ниже относится в большей мере к фотополимерной печати. А так же к ювелирке, печатным платам, автомобильным деталям и всему, что нужно помыть.

Один из наиболее распространенных методов отмывки — с помощью ультразвука. Из относительно доступных отмывка в ультразвуке обеспечивает более быструю очистку методами кавитационных воздействий. Многие слышали про это, но ультразвуковая ванна - это не так просто, как многим кажется.

Немного о кавитации.

Кавитация — возникновение в жидкости массы пульсирующих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное движение пузырьков, их схлопывание, слияние друг с другом и т.д. порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны) и микропотоки, вызывают локальное нагревание среды, ионизацию.

Эти эффекты оказывают влияние на вещество: происходит разрушение находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная эрозия), инициируются или ускоряются различные физические и химические процессы. В частности - перенос частицами ПАВ (поверхностно активных веществ) неотвержденных составляющих полимера с твердых поверхностей.

Кавитация может возбуждаться ультразвуковыми волнами. На кавитации основан ультразвуковой технологический процесс — очистка поверхностей твердых тел. В зависимости от характера загрязнений могут иметь различные проявления кавитации - микроудары, микропотоки, нагрев. Подбирая параметры УЗ, свойства моющей жидкости, ее загазованность, внешние факторы (давление, температуру), можно оптимизировать его применительно к типу загрязнений и виду очищаемых деталей.

Пара слов о ПАВ. В отличие о растворителей, которые переводят вещество из твердого - вязкого - в жидкое химически, они МОЮТ. Если вот ну совсем грубо - работает это так. Молекулы воды не липнут к молекулам полимера и не забирают их с собой. Молекула ПАВ представляет собой сферу, один полюс которой — липофильный (соединяется с полимерами, жирами), а другой — гидрофильный (вступает в связь с молекулами воды). Одним концом частица ПАВ прикрепляется к частице грязи, а другим концом — к частицам воды. Не расскажите какому-нибудь химику, он проклянет меня за такое объяснение.

Электрический ультразвуковой генератор преобразует электрическую энергию сети в электрическую энергию на ультразвуковой частоте. КПД таких генераторов близок к 100%, что делает процесс энергоэффективным.

Существуют одночастотные (генерируют только ультразвук одной частоты, обычно 35-40 кгц), многочастотные, и с "качающейся частотой" (плавное изменение частоты в заданном диапазоне).

Преимущества многочастотной системы очистки - в объеме моющей среды не образуется “мертвых” зон в узлах интерференции. Поэтому многочастотное УЗ-облучение позволяет располагать объект очистки практически в любой зоне УЗ-ванны и более эффективно в сложноконтурных моделях.По результатам испытаний установлено, что частота 35-40 кГц является оптимальной для большинства случаев. Испытания проводились для подобных загрязнений:

• пленочные загрязнения;

• масляные загрязнения;

• нагарные загрязнения;

• солевые загрязнения.

Влияние на результаты оказывают: энергия, концентрация и состав промывочной жидкости, совместимость материалов и температура.

При отмывке состав промывочной жидкости является наиболее важным фактором; второй по значимости — температура. Частота также оказывает существенное воздействие.

- 20-30 кГц способствуют быстрому растворению поверхностных загрязнений и не вызывают повреждения изделий.

- сверхнизкие частоты (меньше 20 кГц) могут приводить к появлению проблем разрушения.

- для большинства процессов отмывки предпочтительной является частота в диапазоне от 35 до 45 кГц. Частоты в этом диапазоне гарантируют наиболее быстрое и эффективное растворение загрязнений, особенно в пазах и полостях.

- частоты выше менее эффективны.   

Время отмывки обычно составляет от 3 до 15 мин и зависит от типа оборудования, степени загрязнения, типа, мощности и времени кавитационного воздействия, а также типа промывочной жидкости. В качестве промывочной среды можно использовать растворители или специализированные составы ПАВ.

При использовании горючих веществ (ацетон, спирты, и прочие горючие) категорически запрещается использовать функцию нагрева УЗ ванны.

Рекомендуется использовать водные составы как максимально безопасные с достаточной эффективностью.

При промывке в ультразвуке следует придерживаться важных правил:

1. Применять промывочную жидкость следует в рекомендуемой по инструкции концентрации. Уменьшение концентрации относительно рекомендуемых значений приводит к значительному ухудшению результатов отмывки.

2.При подготовке моющего раствора путем разведения концентрата промывочной жидкости следует использовать де ионизированную воду. Применение обычной водопроводной воды может снизить эффективность и срок жизни промывочной жидкости. Моющий состав не должен быть густым. Вязкие жидкости инерционны и не могут реагировать достаточно быстро, чтобы формировать кавитационные пузырьки и сильные акустические течения.

Для наиболее эффективной кавитации очищающая жидкость должна содержать как можно меньше растворенного газа. Газ, растворенный в жидкости, выходит во время пузырьковой фазы роста кавитации и ослабляет ее взрывной эффект, который необходим для ожидаемого эффекта ультразвукового воздействия. Количество растворенного газа в жидкости уменьшается с увеличением температуры. 

3.Скорость диффузии растворенных газов в жидкости также увеличивается при более высоких температурах. Поэтому предпочтение отдают очистке в подогретых моющих растворах. Парообразная кавитация, в которой кавитационные пузырьки заполнены паром жидкости, является наиболее эффективной.

4.Для экономии полимера, и исключения лишнего загрязнения моющего раствора, дайте после печати стечь полимеру с модели в течении 5-10 минут. При этом платформу лучше расположить под наклоном или вертикально.

5. Не отвержденный полимер при контакте с отвержденным или полу отвержденным может переходить в фазу отверждения, хотя этот процесс и достаточно длительный. Для улучшения качества отмывки рекомендуется минимизировать время между процессами печати и отмывки (предпочтительно производить отмывку в течение 10-50 мин после печати, максимальное время выдержки не должно превышать 2-3 часов).

6. Постоянно контролировать степень загрязнения моющего раствора. Для успешной отмывки необходимо поддерживать низкий уровень загрязнений в промывочной жидкости. Чрезмерное загрязнение моющего раствора будет способствовать ухудшению результатов отмывки. Раствор можно фильтровать. Водные растворы не растворяют полимер, они смывают его с напечатанной детали, и остатки полимера скапливаются на дне ванны, могут повторно оседать на отмываемой модели.

7.Модели не должны находиться на дне ванны. Используйте специальные сетчатые корзины из твердых (металлических) материалов.

Правильная корзина никогда не стоит на дне ванны, она висит на бортах ванны или стоит на ножках на высоте 10-20 мм над дном, причем так, чтобы ножки не попадали на излучатели. Нахождение посторонних предметов на излучателях вызывает избыточный шум, неправильную работу и в конечном итоге неисправность излучателей. Излучатель жестко приклеен к ванне, и замена его практически невозможна - потребуется замена ванной с установленными излучателями.

8. В результате экспериментов было выявлено, что повышение температуры промывочной жидкости приводит к значительному ускорению отмывки, особенно при использовании низкопрофильных компонентов, тогда как увеличение времени цикла отмывки только косвенно влияет на результаты отмывки.

Стадия ополаскивания важна наравне со стадией отмывки, полное и качественное удаление остатков промывочной жидкости могут быть обеспечены только при использовании чистых материалов в сочетании с их правильной эксплуатацией. Ополаскивание в зависимости от типа промывочной жидкости может производиться с применением разных сред, например, воды или спирта.

Спиртовые процессы требуют пожаро- и взрывобезопасного обращения. Поэтому наибольшее распространение получили водные процессы.

Ополаскивать необходимо в растворе той температуры (или близкой к ней) к которой производилась отмывка. Это исключит резкие температурные перепады модели и возникновение термодеформаций.

В качестве итога:

- ультразвуковая установка должна соответствовать по объему, мощности, частоте, наличию нагрева - области применения. Использование дешевых устройств сомнительного происхождения может вообще не дать результата. Наличие в установке дополнительной частоты (20-30 кГц) будет плюсом для более эффективной отмывки.

- удачный выбор моющих сред – залог успеха в процессе ультразвуковой очистки. В первую очередь выбранный состав должен быть совместим с материалами очищаемых поверхностей. Наиболее подходят для этого водные растворы технических моющих средств. Как правило, это обычные поверхностно активные вещества (ПАВ).

- дегазация моющих растворов чрезвычайно важна в достижении удовлетворительных результатов очистки. Свежие растворы или растворы, которые накануне были охлаждены, должны быть дегазированы перед процессом очистки. Дегазация выполняется нагревом жидкости и предварительным облучением ванны ультразвуком. Некоторые ванны оснащены механизмом дегазации, использование его перед отмывкой существенно повышает качество результата. Время, заданное для дегазации жидкости, составляет от нескольких минут для ванн малого размера до часа или больше для большого резервуара. Холодный резервуар может дегазироваться несколько часов. Признаком закончившейся дегазации являются отсутствие видимых пузырьков газа, перемещающихся к поверхности жидкости, и отсутствие видимой пульсаций пузырьков.

- мощность ультразвукового облучения должна сопоставляться с объемом ванны. Очистка массивных объектов или имеющих большое отношение поверхности к массе, может требовать дополнительной ультразвуковой мощности.

- чрезмерная мощность может вызывать кавитационную эрозию или “сжигающий” эффект на мягких поверхностях.

- важно правильно размещать очищаемые объекты в ванне. Погружаемые объекты не должны экранировать друг друга от воздействия ультразвука. Вместе с тем, объекты очистки нужно постоянно ориентировать или вращать их во время очистки так, чтобы полностью очистить внутренние пазухи и глухие отверстия.

- должным образом используемая ультразвуковая технология  обеспечивает большую скорость и высокое качество очистки поверхностей.

- отказ от использования растворителей за счет применения водных сред удешевляет процесс и наиболее эффективно решает  экологические проблемы.

Сергей

wins@hardlight.info