Ultrasonik Kaplamalar
Ultrasonik kaplama tekniği, ilk kez 1970’li yıllarda piyasaya sürülen ultrasonik sprey nozullarının kullanılmasıyla uygulanmaya başladı ve özellikle son yıllarda tekstil, nanomateryal üretimi, dokunmatik ekran ve cam kaplama gibi birçok sektörde yaygın olarak kullanılır hale geldi.
Yüksek frekanslı ses dalgalarını mekanik enerjiye dönüştürmeyi temel alan ultrasonik teknoloji, kaplama alanında faaliyet gösteren üreticiler tarafından giderek daha fazla benimsenmektedir.
Ultrasonik Ses Dalgası Nedir?
Latince öte anlamına gelen “ultra” ve ses anlamına gelen “sonic” kelimelerinin bir araya gelmesiyle oluşan ultrasonik terimi, 20 kilohertzden yüksek olan ve insan kulağının işitme
kapasitesini aşan ses dalgalarını tanımlamak için kullanır. Köpek, kurbağa, yunus balığı, peygamberdevesi ve yarasa gibi birçok canlı, ultrasonik ses dalgalarını kullanarak yaşamsal
fonksiyonlarını yerine getirmektedir.
Örneğin, 1100’ü aşkın yarasa türü karanlıkta besin elde edebilmek için ekolokasyon
yoluyla ultrasonik frekanstan yararlanmakta ve uçuş sırasında bu yöntemle yerini tespit ettiği böcekleri besin olarak kullanmaktadır.
Ultrasonik Ses Dalgalarının Kullanım Alanları
Ultrasonik ses dalgalarını inceleyen bilim dalı ultrasonik (sesüstü) olarak adlandırılır ve fizik biliminin dalga hareketini esas alan ses çalışmalarının bir parçasını oluşturur. Ultrasonik
uygulamaların geçmişi 1880’li yıllara uzanmaktadır.
Başta tıp olmak üzere; komünikasyon, gıda ve tekstil gibi birçok sektör ultrasonik biliminin yardımıyla önemli kazanımlar elde etmiştir. Ultrasonik teknoloji; fetüsün boyutu, pozisyonu ve çocuğun anne karnında sahip olabileceği hastalıkların tespit edilebilmesine olanak sağlamakla kalmaz, aynı zamanda insan vücudundaki yaraların derinliğini tam olarak ölçmeyi mümkün hale getirir.
Ultrasonik uygulamaların bu noktada sunduğu en önemli avantajlardan biri de x-ray ya da insizyon (cerrahi kesi) gibi işlemlerin yarattığı olası riskleri ortadan kaldırmasıdır. Bunun yanı sıra, kanser hücrelerinin tespit edilerek ortadan kaldırılmasında ve böbrek ile safra kesesi taşı hastalıklarının tedavisinde de ultrasonik dalgalar yoluyla oluşturulan mikroskobik damlacıkların yarattığı kuvvetli şok dalgaları kullanılmaktadır.
Ultrasonik ses dalgalarının yaygın olarak kullanıldığı bir başka alan ise denizciliktir. İşitilebilir ve ultrasonik ses dalgalarından yararlanarak uzakta yer alan ve engel teşkil eden hareket halindeki bir nesnenin yerini tespit etmek mümkündür.
Engel teşkil eden nesne kaynağa yaklaştığında, yansıtılan dalganın frekansı artar, kaynaktan uzaklaştığında ise yansıtılan frekans azalır. Deniz mayınlarının ve denizaltıların tespitinde de bu yöntem oldukça işlevseldir.
Ultrasonik dalgalar, yüksek frekansa sahip oldukları için özellikle sualtı aplikasyonlarında işitilebilir dalgalara kıyasla çok daha avantajlıdır. Yüksek frekans kısa dalga boyu ile doğru orantılı olduğu için, ultrasonik dalgaların daha uzun mesafe alabilmesi mümkün hale gelmektedir.
Ultrasonik Nozulların Çalışma Şekli
Yüksek frekansta titreşim sağlayan piezoelektrik dönüştürücüler içeren ultrasonik nozullarının uç kısmı, saniyede binlerce kez aşağı ve yukarı doğru hareket ederek kaplama
uygulamasını hızlı bir şekilde gerçekleştirmeye yardımcı olur.
Ultrasonik nozulların uç kısmına uygulanan sıvı haldeki ince film, kılcal dalgaların oluşmasını sağlar. Bu dalgaların genişliği ultrasonik jeneratörle regüle edilebilir ve kılcal dalgalar bir
noktadan sonra kendilerini taşıyamaz hale gelince mikro boyutta sıvı damlacıklar meydana getirirler.
Yüksek basınçlı iğnelerin aksine, ultrasonik nozullar sıvıya basınç uygulayarak küçük bir ağızlıktan geçirme esasına dayalı değildir. Bunun yerine, daha büyük bir ağızlık yoluyla sıvı aktarımı basınç uygulanmaksızın sağlanır ve nozuldaki ultrasonik titreşimlerin yardımıyla sıvı atomize olur.
Nozulların yapımında kullanılan yüksek mukavemetli titanyum alaşımları, olası kimyasal tepkimelere karşı bu materyalleri oldukça dayanıklı hale getirir. Elektrik gücüyle aktif olan elementler, nozulun içerdiği bileşenleri dış etkenlerden koruyan sızdırmaz kasada yer alır. Nozullar, sıvının yalnızca içerisindeki titanyumla temas etmesini sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Ultrasonik Kaplama Tekniğinin Kullanıldığı Sektörler
Ultrasonik kaplama tekniğinin yaygın olarak kullanıldığı alanların başında lens, dokunmatik ekran ve güneş paneli gibi alt dallara ayırabileceğimiz cam imalatı sektörü gelmektedir. Toz ve basınçlı spreylemeye kıyasla etkili bir alternatif sunan ultrasonik sprey kaplama, özellikle düz cam kaplamalarda tercih edilir hale gelmiştir.
Bu işlem yüksek vakum gerektirmediği için bilhassa güneş paneli üretiminde yaygın
olarak kullanılır. Bunun dışında; mikroskop, kamera ve teleskop lenslerinde ve koruyucu gözlük yapımında ultrasonik sprey kaplama tekniğinden yararlanılır. Nano ve altmikron
(submicron) düzeydeki ince film kaplamaları, ultrasonik kaplamanın tercih edildiği bir başka alandır.
Polimer ve boya gibi ince film kaplamalar, medikal ultrasonik biyosensörlerde oluşturulur. Akış hızı ve tortu hacmini üzerinde tam anlamıyla kontrol sağlamayı kolaylaştıran ultrasonik kaplama sistemi, oldukça ince ve düzenli bir tabaka yaratmada rahatlık sağlar.
Ultrasonik sprey teknolojisi, yenilikçi yönleriyle birçok sektörde eski tarz kaplama tekniklerinin yerini almayı sürdürüyor. Geleneksel kaplama yöntemlerine kıyasla daha kolay kontrol edilebilir olması, ultrasonik sprey kaplamasını öne çıkaran avantajlarından biridir.
Kaplamının kontrolünün daldırmalı ve döndürmeli kaplama gibi geleneksel tekniklere kıyasla
daha kolay olması, ultrasonik kaplamanın ihtiyaç duyduğu basıncın oldukça düşük olmasından ve düşük hızla çalışan bir sprey kullanmasından kaynaklıyor.
Spreyleme işleminin düşük hızda gerçekleşmesi, aşırı püskürmeye ve sıçramaya engel olarak atık oluşumunu minimuma indiriyor ve böylece çevre dostu ve ekonomik bir kaplama işlemine olanak tanıyor.
Çok düşük basınçta dahi çalışabildiği için tıkanma yapmayan nozullar kendi kendini temizleyebiliyor ve farklı işlevlere sahip nozullarla uyum içinde kullanılabiliyor. Ultrasonik
spreyle gerçekleştirilen kaplamalar, yeni aplikasyon tekniklerine olanak tanıyor. Birçok kaplama yönteminin aksine, ultrasonik nozullar oldukça düşük akım hızı gerektiren işlemlerde olumlu performans gösteriyor.
Aynı zamanda, püskürtme prosesi durdurulduğunda dahi, nozulların ultrasonik faaliyeti
sayesinde bütün partiküllerin hizalı şekilde asılı kalmasını sağlıyor. Böylece partiküller ince tabakalarda tek tip dağılım oluşturabiliyor.
Ultrasonik Kaplama Piyasasının Geleceği
Ultrasonik kaplama pazarı, geçtiğimiz yıllarda başta gelişmiş ülkeler olmak üzere dünyanın dört bir yanında ciddi büyüme gösterdi. Sektördeki birçok büyük şirket, daha küçük şirketleri bünyesine katarak ürün portfolyosunu genişletti.
2015 yılında yayınlanan bir raporda, ultrasonik kaplama üretiminin %48.6’sını Kuzey Amerika’nın oluşturduğu, onu %29 ile Asya ve %17 ile Avrupa’nın izlediğini görüyoruz. Ultrasonik kaplama tekniğinin kullanıldığı sensör, cam, tekstil ve yakıt hücresi sektörlerinin büyüme eğiliminde olması, söz konusu tekniğe dayalı üretim yapan şirketlerin büyüme olasılığını güçlendiriyor.
2022 yılında 15.32 milyar doları bulan global ultrasonik kaplama tekniği pazarının 2028 yılında 27.43 milyar dolara yükselmesi bekleniyor.
Kaynaklar
• https://www.sono-tek.com/ultrasonic-coating/ultrasonic-spray-benefits/
• https://www.sono-tek.com/ultrasonic-coating/how-ultrasonic-nozzles-work/
• https://www.britannica.com/science/ultrasonics
• https://flypaper.soundfly.com/discover/ultrasonic-animals-that-vocalize-at-frequencies-beyond-our-hearing-range/
• https://cheersonic-liquid.com/en/portfolio-items/ultrasonic-spray-coating-system/
• https://cheersonic-liquid.com/en/medical/biological-sensor-coating/
• https://microspray.com/ultrasonic-spray-nozzles-work/
• https://rivercountry.newschannelnebraska.com/story/46355377/ultrasonic-coating-systems-market
• businessresearchinsights.com/market-reports/ultrasonic-coating-systems-market-100279
• Görseller / Images by: pixabay.org
Derleme ve Çeviri: Murat Soygür
