اتصال قطعات چوب و فلز با کمک صوت، بدون نیاز به چسب‌های مضر!

دانشمندان دانشگاه فناوری گراتس (TU Graz) در اتریش دو روش نوآورانه برای اتصال مواد را توسعه داد‌ه‌اند که می‌توانند صنعت تولید را به‌شکلی قابل‌توجه متحول کنند. این تکنیک‌ها با از بین بردن نیاز به چسب‌های مضر برای محیط زیست، پیوندهای بسیار قوی در سطح منافذ مواد ایجاد کرده و فرصت‌هایی جدید را برای تولید پایدار باز خواهد کرد..

مقابله با چالش‌های محیطی با تکنیک‌های جدید برای چسباندن

چسب‌های صنعتی / سنتی در عین اینکه برای اتصال مواد موثر هستند، اما چالش‌های زیست‌محیطی قابل‌توجهی را به همراه دارند. بیشتر این چسب‌ها بر پایه نفت بوده و به انرژی و منابعی زیاد برای تولید نیاز دارند.

علاوه بر این، فرآیند تولید آن‌ها اغلب آلاینده‌های مضری را آزاد کرده و زمانیکه این محصولات به پایان چرخه عمر خود می‌رسند، چسب‌ها می‌توانند خاک و آب‌های زیرزمینی را آلوده کنند. مواد شیمیایی دخیل در تولید چسب نیز خطراتی برای سلامتی کارگران دارد.

در پاسخ به این مسائل، محققان در TU Graz دو تکنیک پیشگامانه را معرفی کرده‌اند که برای چسب‌های معمولی جایگزین‌های سازگار با محیط زیست ارائه می‌دهند.

روش اول که “الحاق (Addjoining)” نامیده می شود، از فناوری چاپ سه‌بعدی برای ایجاد پیوند مستقیماً در منافذ چوب فرآوری‌نشده استفاده می‌کند. این رویکرد نیاز به چسب‌های خارجی را از بین برده و تاثیرات محیطی و خطرات بالقوه برای سلامتی را کاهش می‌دهد.

الحاق؛ برگ برنده در پیوند مواد

فرآیند الحاق شامل پرینت سه‌بعدی مواد مختلف مانند چوب، پلاستیک، فولاد ضد زنگ و آلیاژ تیتانیوم است که مستقیماً روی چوب فرآوری‌نشده انجام می‌شود. با نفوذ به منافذ چوب، مواد چاپ‌شده پیوندی شبیه به چسب‌های سنتی ایجاد می‌کنند. این روش اثربخشی خود را در انواع مختلف چوب و پلاستیک نشان داده است.

جین مارکاتو، محقق فوق دکترا در موسسه‌ی علوم مواد دانشگاه TU Graz در بخش Joining and Forming، این روش را در بیانیه مطبوعاتی توضیح داد.

او گفت:

پس از شکستگی اتصال، ما توانستیم پلیمر را در منافذ و الیاف چوب شکسته را در پلیمر پیدا کنیم که نشان می‌دهد شکستگی در چوب و پلیمر رخ داده، اما در محل اتصال رخ نداده است!

این مشاهدات نشان می‌دهد که پیوند ایجاد‌شده توسط فرآیند الحاق، فوق‌العاده قوی بوده و در سطح منافذ چوب یکپارچه است.

این تیم تحقیقاتی پیش‌بینی می‌کند که استحکام این پیوندهای چاپ‌شده را می‌توان با حکاکی کردن چوب با لیزر برای ایجاد ساختارهای پیچیده‌تر یا منافذ بزرگ‌تر که سطح پیوند را بهبود می‌بخشد، افزایش داد.

سرجیو آمانسیو که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، افزود:

اما ما می‌خواستیم با حداقل مراحل ممکن و مهمتر از همه، بدون مواد شیمیایی کار کنیم. ما می‌توانیم به‌خوبی از این فناوری در هندسه‌های سه‌بعدی پیچیده استفاده کنیم، زیرا اجزا مستقیماً روی سطح در هر شکلی که لازم باشد چاپ می‌شوند.

اتصال اولتراسونیک؛ دقت به همراه کارایی

دومین تکنیک اتصال نوآورانه با نام “اتصال اولتراسونیک” شناخته می‌شود. این روش از یک سونوترود (Sonotrode) برای تولید امواج با فرکانس بالا و ارتعاش کم استفاده کرده که از طریق روابط پلیمرهای چوب و فلز حرکت می‌کنند و اصطکاک حاصل، گرمای لازم برای ایجاد یک پیوند قوی بین مواد را تولید می‌کند.

در بیانیه مطبوعاتی، آوایس آون، یکی از نویسندگان این مطالعه، خاطرنشان می‌کند:

این تکنیک به ویژه برای اجزای بزرگ و ساختارهای دو بعدی مناسب است زیرا ما به یک مفصل نقطه‌ای و دقیقاً موضعی دست می‌یابیم. اتصال اولتراسونیک یک راه حل پیوند دقیق و کارآمد است، به ویژه برای کاربردهایی که شامل اجزای بزرگتر هستند که در آن چسب‌های سنتی ممکن است کمتر موثر باشد!

محققان بر این باورند که این تکنیک‌های جدید دوستدار محیط‌زیست، نوید قابل‌توجهی برای صنایع مختلف از جمله تولید مبلمان، تولید خودرو و هوافضا دارد. با حذف نیاز به چسب‌های سنتی و مضر، این روش‌ها نه تنها پایداری را افزایش می‌دهند، بلکه کیفیت و دوام کلی مواد چسبانده شده را نیز بهبود می‌بخشند.

این تحقیقات پیشگامانه اخیراً در مجمع سالانه IIW و کنفرانس بین المللی جوش و اتصال که در رودس واقع در یونان برگزار می‌شود، ارائه شد.

منبع: Interesting engineering