Máy cắt siêu âm là một quá trình sử dụng dao rung ở tần số cao để cắt các vật liệu khác nhau (bao gồm cả chất liệu mềm và cứng). Với nguyên lý hoạt động bằng cách áp dụng rung siêu âm vào dụng cụ cắt tạo ra bề mặt cắt gần như không ma sát, máy cắt bằng sóng siêu âm mang lại nhiều lợi ích khác nhau cho người dùng, đặc biệt là tính ứng dụng cao cũng như tính thẩm mỹ của vết cắt và chi phí vận hành. Chính vì lý do đó, máy cắt siêu âm đã và đang trở thành công cụ lý tưởng cho nhiều nhà máy, xưởng sản xuất thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau.
Một bộ phận quan trọng của máy cắt siêu âm là "đầu dò". Vai trò chính của đầu dò là tạo ra dao động và "dao động" truyền động cho đầu dò. Phần tử áp điện được tích hợp trong bộ chuyển đổi. Bằng cách đặt điện áp xoay chiều phù hợp với tần số đặc trưng của bộ chuyển đổi từ bộ dao động đến phần tử áp điện, toàn bộ bộ rung bao gồm cả lưỡi dao cắt được cộng hưởng. Bộ chuyển đổi đi kèm với hệ thống điều khiển phản hồi truyền thông tin về độ lệch tần số hoặc biên độ đến bộ dao động do tải cắt gây ra. Hệ thống điều khiển phản hồi có thể giữ trạng thái cộng hưởng và biên độ của lưỡi dao ổn định và nó cho phép máy cắt luôn cắt vật liệu sắc nét và sạch sẽ.
Như vậy, để cắt được các vật, máy cắt siêu âm vận hành dựa trên đặc điểm về tần số của vật, kết hợp với đó là ngoại lực từ bên ngoài phù hợp với tần số đó để tạo thành dao động (hiện tượng cộng hưởng), sự dao động nhiều lần của dao tạo thành vết cắt trên vật liệu.
Sử dụng máy cắt siêu âm, khách hàng nhận được nhiều lợi ích khác nhau, đặc biệt phù hợp cho các hoạt động công nghiệp như:
Các loại máy cắt siêu âm
Dựa trên tính ứng dụng, máy cắt siêu âm được chia thành nhiều loại khác nhau gồm:
- Máy cắt thực phẩm siêu âm
- Máy cắt nhựa siêu âm
- Máy cắt cao su siêu âm
- Máy cắt vải siêu âm
Máy cắt siêu âm được sử dụng phổ biến trong ngành dệt may bởi chúng mang lại hiệu suất cao, đặc biệt là không khiến các tấm vải bị sờn, phù hợp cho các mẫu vải dày hoặc vải có kiểu dệt không đồng đều. Đây là một trong những ưu điểm nổi bật của máy cắt vải siêu âm so với máy cắt laser. Cắt siêu âm đảm bảo mức độ chính xác cao ở cả hình dạng và khía đơn giản và phức tạp. Nó cũng cho phép sử dụng quy trình cắt một lớp ngay từ cuộn hoặc từ các tấm vật liệu cố định, bằng băng tải hoặc bàn tĩnh.
Hình ảnh so sánh lát cắt bánh mì bằng máy cắt siêu âm và cắt truyền thống
Cấu tạo của máy cắt siêu âm
Máy cắt siêu âm bao gồm 5 bộ phận chính, mỗi bộ phận thực hiện một chức năng khác nhau, trong đó, bộ tạo sóng siêu âm đóng vai trò đặc biệt quan trọng.
- Máy phát siêu âm (cung cấp điện)
Máy phát siêu âm chuyển đổi dòng điện 110VAC hoặc 220VAC thành tín hiệu điện cao tần, điện áp cao.
- Bộ chuyển đổi siêu âm (bộ chuyển đổi)
Bộ chuyển đổi sóng siêu âm sử dụng tín hiệu điện tần số cao từ máy phát và chuyển nó thành chuyển động cơ học, tuyến tính. Sự chuyển đổi này
xảy ra thông qua việc sử dụng các đĩa gốm áp điện mở rộng khi có điện áp đặt vào. Bộ chuyển đổi được sử dụng cho hệ thống cắt thực phẩm được thiết kế đặc biệt để hoàn toàn kín để hoạt động trong môi trường rửa và kết hợp các cổng không khí vào và ra để làm mát.
Bộ tăng cường siêu âm là một thành phần được điều chỉnh để điều chỉnh cơ học lượng chuyển động dao động tuyến tính từ bộ chuyển đổi đến mức cần thiết cho ứng dụng cụ thể để tạo ra hiệu suất cắt tối ưu. Bộ trợ lực cũng cung cấp một vị trí an toàn, không rung để kẹp vào các dụng cụ cắt. Bộ tăng tốc được sử dụng trong hệ thống cắt thực phẩm phải là thiết kế titan rắn, một mảnh để có độ chính xác và độ lặp lại cắt tối đa. Ngoài ra, thiết kế một mảnh cho phép rửa sạch triệt để, không giống như các thiết bị tăng âm siêu âm nhiều mảnh có thể chứa vi khuẩn.
Sừng là một công cụ tùy chỉnh được chế tạo để rung ở một tần số cụ thể. Những công cụ này được thiết kế cẩn thận bằng công nghệ tạo mô hình máy tính để có hiệu suất và tuổi thọ tối ưu. Các dụng cụ siêu âm phải được điều chỉnh để phù hợp với tần số của hệ thống. Quy trình điều chỉnh này yêu cầu xem xét khối lượng, chiều dài và hình dạng của sừng. Titan là vật liệu được lựa chọn cho các công cụ siêu âm vì tính chất cộng hưởng và chống mỏi của nó. Titan cũng tương thích với các yêu cầu vệ sinh của ngành công nghiệp chế biến thực phẩm. Do ứng suất cao vốn có trong hình dạng lưỡi mỏng cần thiết của sừng cắt siêu âm, việc sản xuất phải được thực hiện bằng kỹ thuật EDM dây và quy trình giảm ứng suất tiếp theo để tối đa hóa tuổi thọ của dụng cụ.
Cần có máy móc tự động để định vị và di chuyển thích hợp các sản phẩm thực phẩm và dụng cụ siêu âm. Tự động hóa là rất quan trọng trong việc đạt được vị trí, hướng và tốc độ cắt chính xác. Thông thường, các hệ thống xử lý này sử dụng cơ chế truyền động servo để điều khiển chính xác tốc độ và vị trí của các sản phẩm thực phẩm và / hoặc dụng cụ cắt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cắt siêu âm
Trong suốt quá trình vận hành, các yếu tố tác động từ bên ngoài có thể ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả làm việc của thiết bị cắt siêu âm. Cụ thể:
Sừng cắt siêu âm có thể khó khăn trong thiết kế và sản xuất do yêu cầu thiết kế lưỡi cắt hẹp. Việc rung các dụng cụ ở biên độ tối đa trong khi
không chịu tải đôi khi có thể gây ra hỏng hóc sớm. Do đó, tín hiệu từ bộ tạo sóng siêu âm nên được hẹn giờ thích hợp với máy móc tự động để các dụng cụ đạt đến độ rung hoàn toàn ngay trước khi lưỡi cắt tiếp xúc với sản phẩm thực phẩm. Cần phải rung trước khi tiếp xúc để tránh sản phẩm thực phẩm bị biến dạng do tiếp xúc với bề mặt cắt không rung.
Biên độ là khoảng cách dao động vi mô bề mặt cắt của sừng. Biên độ được điều chỉnh cơ học bởi bộ tăng áp, cũng như bằng kỹ thuật số bởi máy phát. Mức độ của biên độ có ảnh hưởng đến quá trình cắt và phải được điều chỉnh cho phù hợp với nhu cầu của từng ứng dụng. Thực phẩm mềm hoặc có nhiều kết cấu khác nhau thường yêu cầu biên độ cao hơn. Ví dụ như: kẹo, phô mai, bánh mì, thực phẩm đông lạnh,...
Tốc độ đi vào của các công cụ cắt và tiến hành cắt vật liệu cũng là một biến số cần được quan tâm trong suốt quá trình vận hành máy cắt siêu âm. Đối với những đồ dùng có vỏ, ban đầu, vận tốc cần nhỏ để máy cắt xuyên qua lớp vỏ sau đó tăng vận tốc khi tiếp cận đến phần lõi bên trong.
Tùy thuộc vào độ đặc của vật liệu được cắt, các lát thành phẩm có thể có xu hướng dính vào mặt bên của sừng cắt sau khi tắt rung siêu âm. Do đó, việc duy trì độ rung siêu âm trong khi các dụng cụ đang được rút ra khỏi sản phẩm có thể tận dụng các đặc tính không có ma sát để cắt các lát cắt sạch sẽ và nhất quán hơn.
