Ultrazvuková svářečka měkčeného PVC

Varování: Příspěvek není návodem ale inspirací pro možný návrh podobného zařízení kvalifikovanou osobou případně pod dozorem jako školní projekt. Obsahuje části pod napětím životu nebezpečným. Autor nenese odpovědnost za újmy na zdraví nebo majetku vzniklé v souvislosti s následujícím příspěvkem. Autor si vyhrazuje právo příspěvek kdykoli změnit. 

Jedním ze snů sběratelů nafukovacích hraček (http://alan7812.blogspot.cz, http://alan7812.deviantart.com/gallery) je vyrobit svou vlastní. Realizovat projekt prostřednictvím manufaktur v Číně je velmi drahé a jejich kvalita je velmi různá.

Zkusil jsem postupně mnoho cest, horký vzduch, viděl neuvěřitelné potíže při konstrukci elektronkového zdroje pro VF svářečku, ale zkusil i týdny lepení metrů svárů MEK lepidlem. Poslední cesta se ale zatím ukázala jako nejschůdnější. Ultrazvuk.

Vhodný ultrazvukový měnič dostatečného výkonu se dá koupit poměrně levně jako díl pro ultrazvukové čističky. Zvolil jsem 60W na 68kHz. Vhodnější je nižší frekvence, toto je spíš kvůli psím uším.

Pak už zbývá jen zdroj střídavého napětí (obdélníkové pro malé výkony stačí, protože ultrazvukový měnič se chová přibližně jako sériový LC článek) a sonotroda, tj nástavec vhodné délky naladěný na stejnou rezonanční frekvenci jako měnič. Sonotroda slouží hlavně k přenosu energie na požadované místo, plošku o vhodných rozměrech. Samotným měničem se provizorně dá svařovat také, ale rozložení výkonu je nevhodně ke středu, kde je otvor se závitem.

Schema celého zdroje:

(inspirace zde: http://www.imajeenyus.com/electronics/20110514_power_ultrasonic_driver/index.shtml)

Jedná se o polomůstek řízený provizorně IR2153 s blokováním pomocí T3 a přivedeným synchronizačním napětím z proudového transformátoru. Měnič má jako rezonanční obvod velkou jakost a držet frekvenci ručně není prakticky možné, protože se mění s jeho teplotou a neustále ujíždí. Mimo rezonanční frekvenci má tak velký vstupní odpor, že nebere takřka žádný proud, tedy nepřenese žádný výkon. Velikostí C11 oproti C3 se dá zvolit šířka pásma, ve kterém zapojení najde rezonanci.

Pár fotek:

 Měnič 60W, 68kHz, průměr 49mm

 Driver

 Detail umístění proudového transformátoru z PC zdroje

Zdroj, driver, měnič

Oddělovací a regulační trafo 0-250V 4A

 První pokus o tzv. "overlapping seam" překládaný svár

 Pohled zespodu na (místy) přivařenou podkladovou pásku

 První pokus, svařeno bez přípravy, bez zkušeností a jen samotným měničem

Zásadní výhoda oproti jiným způsobům svařování je, že je to čistá a bezpečná práce. Dokud se polyvinyl nepřitiskne ke konci sonotrody, tak se prostě nic nikde nezahřívá, nepálí, nepropaluje ani nelepí.

Ultrazvuk stejně jako svařování VF proudem (dielektrický ohřev) způsobují vývin ztrátového tepla uvnitř materiálu, v místě sváru, kde je potřeba. Vnější elektrody jsou naopak studené, chlazené a zabraňují tak poškození, ztenčení polyvinylu v těsné blízkosti sváru. (Ladění výkonu, síly stisku a koncové mezery je složité a bohužel špatným nastavením trpí dnes mnoho hraček, kde v těsném okolí sváru má materiál např. takřka poloviční tloušťku. Starat se o takovou pak vyžaduje mnoho a mnoho práce s opravami, přeplátováním původních svárů.)

V současné době pracuji na konstrukci rámu pro ukotvení měniče a "protiváhy" co zajišťuje konstantní tlak sevření vrstev polyvinylu, co se mají svařit k sobě. Reálné výsledky už snad nejsou tak daleko, jako bývaly doteď.

Odkazy:
http://www.imajeenyus.com/electronics/20110514_power_ultrasonic_driver/index.shtml
http://www.psb-gals.ru/forum/viewtopic.php?f=6&t=646&start=50