의료기기와 의료용 부품 조립은 까다로운 작업입니다. 검증된 공정 안에서 양품을 일정하게 생산하는 동시에, 데이터를 기록·저장·분석하는 것이 필수입니다. 초음파 용착은 빠르고 깨끗하며 검증이 쉽고 재현성이 높은 조립 공정이기 때문에, 의료기기와 부품 조립에 폭넓게 채택되고 있습니다.

그러나 차세대 의료기기와 부품은 잘 최적화된 용착 변수와 함께 더 견고하고 과학적인 제어를 요구합니다. 이를 달성하기란 쉽지 않지만, 저희는 특허받은 Melt-Match® 기술을 적용한 첨단 서보 구동 초음파 용착 시스템으로 이 과정을 단순화했습니다. 용착 사이클의 모든 단계에서 플라스틱 소재의 흐름과 소재 변위 속도를 제어하면 진정으로 최적화된 용착이 가능해집니다. Melt-Match® 변수가 용융 과정을 제어하고, 가변 가압력은 용착 속도 프로파일 설정으로 제어됩니다. 이를 통해 용융(Melt), 가압력(Force), 거리(Distance) 전 과정을 완전히 제어할 수 있습니다.

첨단 용착 기술을 개발하려면 초음파 용착에 대한 여러 방법과 접근을 연구해야 합니다. 이 견고한 접합 공정을 개발하기 위해 Dukane 엔지니어들은 선형 속도가 용착에 미치는 영향을 파악하는 연구를 진행했습니다. 서로 다른 용착 속도 설정으로 세 가지 실험을 수행했으며, 아래 표에서 보듯 용착 속도를 0.25에서 0.4mm/초로 프로파일링했을 때 가장 좋은 결과가 나왔습니다.

용착 속도를 선형으로 높이는 프로파일의 주요 이점

용융 침투가 690㎛로 더 커져 접합부 강도가 향상됩니다.

• 용착 사이클 초기에 저(低)가압 단계를 길게 유지하면(Melt-Detect™ 기능과 적절한 용착 속도 프로파일 활용), 용융이 소재 깊숙이 더 잘 퍼지고 접촉면의 용융층도 두꺼워집니다. 그 결과 인장 강도가 높아집니다.

부품의 잔류 응력이 낮아져 다양한 환경 요인에 더 안전해집니다.

• 아래 그림 3에서 색상 수와 간섭 무늬(프린지)가 줄어든 것은, 이 샘플이 용착 공정에서 받은 잔류 응력이 더 적다는 증거입니다.

• 사이클 전반에 걸쳐 용착 속도를 최적화하면 분자의 배향이 줄어들고 비정질 구조가 더 많이 유지됩니다. 이는 강도를 높일 뿐 아니라 더 균질한 구조(낮은 잔류 응력)를 만들어냅니다.

용융부(Melt Zone) 사진을 보면, 그림 4의 용착 영역에 비해 그림 5에서 색상 수가 줄어든 것을 확인할 수 있습니다. 1.0mm/초 샘플(그림 4)은 색상 변화가 너무 빽빽하게 몰려 있어 용착 영역이 거의 회색으로 보입니다. 반면 선형으로 프로파일링한 속도를 적용한 샘플은 용착 영역에 다섯 개의 뚜렷한 색상 띠가 나타납니다(그림 5). 이는 해당 용착부의 잔류 응력이 더 낮다는 것을 의미합니다.

플래시가 줄어들어 부품 외관이 좋아집니다.

• 용착 속도 프로파일링은 넓은 공정 윈도우를 제공하는데, 이는 견고하고 재현성 있는 용착 공정을 개발하는 데 중요합니다. 에너지 디렉터 높이보다 작은 거리까지 용착하면 공정 윈도우가 넓어지고, 과도한 용착 플래시가 생길 가능성이 줄어듭니다.

용융, 가압력, 거리를 제어할 수 있으면서도 쓰기 쉬운 첨단 초음파 용착 공정을 활용하면, 까다로운 의료기기·부품 조립 작업을 한결 수월하게 해낼 수 있습니다.

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