超音波壓電換能器具有很多方面的應用,其中一項為超音波切割,切割的材料可包含食品(蛋糕、冷凍肉品)、塑膠(3D列印模型、工程塑膠)、紙類、紡織品或美工材料…等等,切割不同的材料其應用的共振頻率不同,一般為30kHz~60kHz。超音波切割的原理是,超音波壓電換能器將電能轉換成機械能(機械振動),機械振動透過變幅桿將機械振動傳遞到刀具上,刀具會進行高速微小振動以及產生熱能達到局部加熱效果,經與物品產生摩擦,來達到切割材料的目的,超音波切割刀示意圖請參考下方圖面。

與傳統刀具比較,超音波切割刀具備以下的優點 :

  • 不需要鋒利的刀刃,不需要很大的壓力,對切割材料不會產生崩壞的破損現象
  • 超音波切割刀,刀具會進行高速微小振動,摩擦阻力小容易切割
  • 切割材料不易黏在刀片上,且具有漂亮整齊的切斷面,對冰凍、有黏性、有彈性的材料切割效果佳,如食品、橡膠、塑膠或不便加壓力的物品切割特別有效
  • 切割的同時可產生溶合作用,可防止切割材料組織的鬆散,如紡織材料毛邊
  • 透過超音波的振動來達到物品切割,可有效減少作業者的疲勞
  • 作業安全性較傳統刀具高
 超音波切割刀示意圖

超音波壓電換能器主要構造包含BASE(後座)、SCREW(螺絲)、PZT(壓電陶瓷片)和HORN(變幅桿),請參考下圖。詠業科技具備生產壓電陶瓷及超音波壓電換能器設計能力,可依據客戶提出的需求,如共振頻率、固定方式、尺寸幾何等進行壓電換能器設計,同時搭配模擬軟體進行頻率參數調整和最佳振幅輸出模擬,來完成壓電換能器最佳化設計。

超音波壓電換能器主要結構圖