Nettoyage par ultrasons - Ultrasonic cleaning
Le nettoyage par ultrasons est un processus qui utilise des ultrasons (généralement de 20 à 40 kHz ) pour agiter un fluide. Les ultrasons peuvent être utilisés uniquement avec de l'eau, mais l'utilisation d'un solvant adapté à l'objet à nettoyer et au type de salissure présente renforce l'effet. Le nettoyage dure normalement entre trois et six minutes, mais peut également dépasser 20 minutes, selon l'objet à nettoyer.
Les nettoyeurs à ultrasons sont utilisés pour nettoyer de nombreux types d'objets, y compris les bijoux , les échantillons scientifiques, les lentilles et autres pièces optiques, les montres , les instruments dentaires et chirurgicaux , les outils , les pièces de monnaie , les stylos - plumes , les clubs de golf , les moulinets de pêche , les stores , les composants d' armes à feu , injecteurs de carburant pour voitures , instruments de musique, disques gramophones , pièces de machines industrielles et équipements électroniques. Ils sont utilisés dans de nombreux ateliers de joaillerie, établissements horlogers , ateliers de réparation électronique et laboratoires scientifiques.
Histoire
Les mécanismes de surface du nettoyage par ultrasons sont bien compris, avec de nombreux travaux consacrés à cette science depuis l'apparition du premier équipement commercial de nettoyage par ultrasons dans les années 1950 et son utilisation en tant qu'appareils électroménagers relativement peu coûteux vers 1970. Le nettoyage par ultrasons est utilisé industriellement depuis des décennies. , notamment pour nettoyer les petites pièces complexes et accélérer les processus de traitement de surface.
Caractéristiques du processus
Le nettoyage par ultrasons utilise des bulles de cavitation induites par des ondes de pression (sonores) à haute fréquence pour agiter un liquide. L'agitation produit des forces élevées sur les contaminants adhérant aux substrats comme les métaux, les plastiques, le verre, le caoutchouc et la céramique. Cette action pénètre également les trous borgnes , les fissures et les évidements. L'intention est d'éliminer complètement toutes les traces de contamination adhérant étroitement ou incrustées sur des surfaces solides. De l'eau ou des solvants peuvent être utilisés, selon le type de contamination et la pièce à usiner. Les contaminants peuvent inclure la poussière, la saleté, l'huile, les pigments, la rouille, la graisse, les algues, les champignons, les bactéries, le calcaire, les composés de polissage, les agents de flux, les empreintes digitales, la cire de suie et les agents de démoulage, les salissures biologiques comme le sang, etc. Le nettoyage par ultrasons peut être utilisé pour une large gamme de formes, de tailles et de matériaux de pièces, et peut ne pas nécessiter le démontage de la pièce avant le nettoyage.
Les objets ne doivent pas reposer sur le fond de l'appareil pendant le processus de nettoyage, car cela empêchera la cavitation de se produire sur la partie de l'objet qui n'est pas en contact avec le solvant.
Conception et principe de fonctionnement
Dans un nettoyeur à ultrasons, l'objet à nettoyer est placé dans une enceinte contenant une solution adaptée (dans un solvant aqueux ou organique, selon l'application). Dans les nettoyants aqueux, des tensioactifs (par exemple, un détergent à lessive) sont souvent ajoutés pour permettre la dissolution de composés non polaires tels que les huiles et les graisses. Un transducteur générateur d'ultrasons intégré dans la chambre, ou abaissé dans le fluide, produit des ondes ultrasonores dans le fluide en changeant de taille de concert avec un signal électrique oscillant à une fréquence ultrasonore. Cela crée des ondes de compression dans le liquide du réservoir qui «déchirent» le liquide, laissant derrière elles plusieurs millions de «vides»/«bulles de vide partiel» microscopiques (cavitation). Ces bulles s'effondrent avec une énergie énorme ; des températures et des pressions de l'ordre de 5 000 K et 135 MPa sont atteintes ; cependant, ils sont si petits qu'ils ne font que nettoyer et éliminer la saleté et les contaminants de surface. Plus la fréquence est élevée, plus les nœuds entre les points de cavitation sont petits, ce qui permet de nettoyer des détails plus complexes.
Les transducteurs sont généralement piézoélectriques (par exemple fabriqués avec du titanate de zirconate de plomb (PZT), du titanate de baryum , etc.), mais sont parfois magnétostrictifs . Les produits chimiques souvent agressifs utilisés comme nettoyants dans de nombreuses industries ne sont pas nécessaires ou sont utilisés à des concentrations beaucoup plus faibles, avec une agitation par ultrasons. Les ultrasons sont utilisés pour le nettoyage industriel, ainsi que dans de nombreuses techniques médicales et dentaires et procédés industriels.
Solution de nettoyage
L'activité ultrasonore (cavitation) aide la solution à faire son travail ; l'eau plate ne serait normalement pas efficace. La solution de nettoyage contient des ingrédients conçus pour rendre le nettoyage par ultrasons plus efficace. Par exemple, la réduction de la tension superficielle augmente les niveaux de cavitation, de sorte que la solution contient un bon agent mouillant ( tensioactif ). Les solutions de nettoyage aqueuses contiennent des détergents, des agents mouillants et d'autres composants et ont une grande influence sur le processus de nettoyage. La composition correcte de la solution dépend beaucoup de l'article nettoyé. Les solutions sont principalement utilisées chaudes, à environ 50-65 °C (122-149 °F), cependant, dans les applications médicales, il est généralement admis que le nettoyage doit être effectué à des températures inférieures à 45 °C (113 °F) pour empêcher la coagulation des protéines.
Les solutions à base d'eau sont plus limitées dans leur capacité à éliminer les contaminants par action chimique seule que les solutions de solvants ; par exemple pour les pièces délicates recouvertes de graisse épaisse. L'effort requis pour concevoir un système de nettoyage aqueux efficace dans un but particulier est beaucoup plus important que pour un système à solvant.
Certaines machines (qui ne sont pas excessivement grandes) sont intégrées à des machines de dégraissage à la vapeur utilisant des fluides de nettoyage aux hydrocarbures : Trois réservoirs sont utilisés en cascade. Le réservoir inférieur contenant le fluide sale est chauffé, provoquant l'évaporation du fluide. Au sommet de la machine se trouve un serpentin de réfrigération. Le fluide se condense sur le serpentin et tombe dans le réservoir supérieur. Le réservoir supérieur finit par déborder et le fluide propre s'écoule dans le réservoir de travail où le nettoyage a lieu. Le prix d'achat est plus élevé que les machines plus simples, mais ces machines sont économiques à long terme. Le même fluide peut être réutilisé plusieurs fois, minimisant ainsi le gaspillage et la pollution.
Les usages
La plupart des matériaux durs et non absorbants (métaux, plastiques, etc.) non attaqués chimiquement par le liquide de nettoyage conviennent au nettoyage par ultrasons. Les matériaux idéaux pour le nettoyage par ultrasons comprennent les petites pièces électroniques, les câbles, les tiges, les fils et les articles détaillés, ainsi que les objets en verre, en plastique, en aluminium ou en céramique.
Le nettoyage par ultrasons ne stérilise pas les objets à nettoyer, car les spores et les virus resteront sur les objets après le nettoyage. Dans les applications médicales, la stérilisation suit normalement le nettoyage aux ultrasons en tant qu'étape séparée.
Les nettoyeurs à ultrasons industriels sont utilisés dans les secteurs de l'automobile, du sport, de l'imprimerie, de la marine, de la médecine, de la pharmacie, de la galvanoplastie, des composants de lecteur de disque, de l'ingénierie et de l'armement.
Le nettoyage par ultrasons est utilisé pour éliminer la contamination des équipements de processus industriels tels que les tuyaux et les échangeurs de chaleur.
Limites
Le nettoyage par ultrasons est largement utilisé pour éliminer les résidus de flux des circuits imprimés soudés. Cependant, certains composants électroniques, notamment les dispositifs MEMS tels que les gyroscopes , les accéléromètres et les microphones peuvent être endommagés ou détruits par les vibrations de haute intensité auxquelles ils sont soumis lors du nettoyage. Les buzzers piézoélectriques peuvent fonctionner à l'envers et produire une tension, ce qui peut présenter un danger pour leurs circuits d'entraînement.
Sécurité
Il est recommandé d'éviter d'utiliser des solutions de nettoyage inflammables car les nettoyeurs à ultrasons augmentent la température même lorsqu'ils ne sont pas équipés d'un radiateur. Lorsque l'appareil est en marche, l'insertion de votre main dans la solution peut provoquer des brûlures en raison de la température ; une gêne et une irritation de la peau peuvent également survenir.