Research

เทคโนโลยีการทำความสะอาดด้วยเครื่องอัลตร้าโซนิก


อาจารย์นรงฤทธิ์ เสนาจิตร  
อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง  
คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร  
26 กุมภาพันธ์ 2557  

     ในปัจจุบันการทำความสะอาดด้วยเครื่องอัลตร้าโซนิกเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเพราะคุณสมบัติที่โดดเด่นในการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ มีความรวดเร็วและสามารถทำความสะอาดในส่วนที่เข้าถึงได้ยากโดยไม่ทำให้อุปกรณ์ที่ต้องการทำความสะอาดเกิดความเสียหาย อีกทั้งไม่ทำลายสิ่งแวดล้อม ในปัจจุบันการทำความสะอาดแบบเดิมๆ กำลังได้รับความนิยมน้อยลงเนื่องจากช่วงเวลาที่ใช้ในการทำความสะอาดที่นานและการทำความสะอาดแบบเดิมอาจส่งผลกระทบต่อคุณภาพชิ้นงานให้ด้อยลง ในขณะที่การทำความสะอาดยังเป็นที่ต้องการและสำคัญอยู่ เช่นในโรงงานอุตสาหกรรมทางด้านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรือพวกเครื่องประดับ การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิกจึงมีจุดเด่นที่ช่วยแก้ปัญหาที่กล่าวมา โดยการทำความสะอาดประเภทจุ่มและล้างอยู่ในของเหลวตัวกลางทำละลาย (Immersion Cleaning) ซึ่งสามารถทำความสะอาดสิ่งสกปรกได้หลากหลายรูปแบบ เช่น พวกน้ำมัน คราบ เศษผงต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
     ดังนั้นการทำความสะอาดด้วยเครื่องอัลตร้าโซนิกจะช่วยประหยัดทั้งเวลาและไม่ทำให้อุปกรณ์ที่นำมาทำความสะอาดได้รับความเสียหายจากรอยขูดขีดอันเนื่องมาจากการทำความสะอาดแบบเดิมๆ โดยจะได้กล่าวหลักการทำความสะอาดด้วยเครื่องอัลตร้าโซนิกต่อไป


รูปที่ 1 ตัวอย่างการทำความสะอาดด้วยเครื่องอัลตร้าโซนิก

หลักการทำงานของเครื่องอัลตร้าโซนิกที่ใช้ในกระบวนการทำความสะอาด
     ในการทำงานของหัวอัลตร้าโซนิกที่ใช้ในกระบวนการทำความสะอาด สามารถอธิบายดังในรูปที่ 2 เมื่อหัวอัลตร้าโซนิกเริ่มทำงานส่งคลื่นผ่านตัวกลาง (ในแอมพลิจูดที่สูงพอ) ขนาดของความดันที่เป็นลบในบริเวณที่เกิดคลื่นจะขยายตัวจนเป็นสาเหตุพอที่จะทำให้ของเหลวเกิดการแตกตัวและเกิดฟองอากาศขึ้น ซึ่งปรากฏการณ์นี้เรียกว่า (Cavitations) และจะแกว่งไปมา (Oscillate) ภายใต้อิทธิพลของความดันที่เป็นบวกฟองอากาศที่เกิดขึ้นนี้จะหดตัวและขยายตัวกลับไปมา เนื่องจากอิทธิพลของความดันและเมื่อมันขยายตัวจนมีขนาดที่ไม่เสถียรภาพมันก็จะระเบิดออก ซึ่งเรียกการระเบิดนี้ว่า (Implosion) และการระเบิดของฟองอากาศนี้เองที่จะทำให้คราบสกปรกที่ติดอยู่หลุดลอยออกมา


รูปที่ 2
การแตกตัวของฟองอากาศในตัวกลางของเหลว [1]

     ในการทำความสะอาดคราบสกปรกที่ติดอยู่กับส่วนชิ้นงานจะถูกกำจัดโดยตัวกลางทำละลายได้โดยตรงหรือเกิดจากแรงการเคลื่อนย้ายขจัดออกของคราบสกปรกหรือทำพร้อมๆ กันไป ขึ้นอยู่กับว่าตัวกลางทำละลายที่ใช้นั้นสามารถทำละลายคราบสกปรกนั้นได้หรือไม่ ผลที่เกิดอันขึ้นเนื่องจากพลังงานกลของหัวอัลตร้าโซนิกจะช่วยเพิ่มความเร็วในการทำความสะอาดและการเข้าถึงของตัวกลางทำละลายให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น กล่าวคือ โดยทั่วไปขณะที่ตัวกลางทำละลายที่ใช้ทำความสะอาดกำลังรวมตัวทำการละลายสิ่งสกปรกอยู่นั้นจะเกิดชั้นของสารละลายเคลือบอยู่ ซึ่งจะทำให้ตัวกลางทำละลายไม่สามารถเข้าจับกับสิ่งสกปรกได้อีกเนื่องจากเกิดการอิ่มตัวของตัวกลางและยังกั้นไม่ให้ตัวกลางทำละลายตัวใหม่สามารถเข้ามาในชั้นคราบสกปรกได้ แต่เมื่อมีกระบวนการคาวิเตชั่นและอิมโพชั่นที่เกิดจากหัวอัลตร้าโซนิกก็จะช่วยกำจัดชั้นที่อิ่มตัวที่ว่านี้ออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้ตัวกลางทำละลายใหม่สามารถเข้าไปหมุนเวียนทำละลายขจัดสิ่งสกปรกได้ต่อไปอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะเป็นประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจะทำความสะอาดบริเวณพื้นผิวที่ไม่มีความราบเรียบและเข้าถึงได้ยาก ดังรูปที่ 3


รูปที่ 3 กระบวนการทำความสะอาดด้วยหัวอัลตร้าโซนิกผ่านตัวกลางทำละลาย [2]

     กระบวนการคาวิเตชั่นและอิมโพชั่นที่เกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากคลื่นอัลตร้าโซนิกนี้จะช่วยกำจัดและเคลื่อนย้ายสิ่งสกปรกออกมาจากผิวชิ้นงานได้อย่างมีประสิทธิภาพก็จริงแต่ก็ขึ้นกับตัวกลางทำละลายที่เลือกใช้ด้วยเช่นกันเนื่องจากตัวทำละลายเป็นตัวกลางในการนำพาคราบสกปรกออกมานั้นเอง


รูปที่ 4
กระบวนการคาวิเตชั่นและอิมโพชั่นที่เกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากคลื่นอัลตร้าโซนิก [3]

ข้อสรุป
     ตามที่ได้กล่าวมาทั้งหมดการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิกจะทำให้การทำความสะอาดมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตามการเลือกใช้น้ำยาตัวกลางในการทำความสะอาดก็มีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญกับความเร็วและประสิทธิภาพในการทำความสะอาดอีกด้วย ดังนั้นในกระบวนการทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตร้าโซนิก น้ำยาที่เลือกใช้ควรมีความสอดคล้องและเหมาะสมกับอุปกรณ์หรือวัสดุที่เราจะนำมาทำความสะอาดด้วยเช่นกัน

ข้อมูลอ้างอิง
[1] "Precision Cleaning - The Magazine of Critical Cleaning Technology" http://infohouse.p2ric.org/ref/02/01688.htm
[2] http://www.capstoneconstruction.bizland.com/ultrasonic_cleaning.htm
[3] Brennen, Christopher Earls (1995) Cavitation and Bubble Dynamics. Oxford University Press , New York. ISBN 0195094093 http://resolver.caltech.edu/CaltechBOOK:1995.001

<< ย้อนกลับ