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Fügen von Polymerfolien mit Hoch Intensivem Fokussiertem Ultraschall: Modellierung der akustischen und thermischen Effekte mittels FEM.

Tag / Zeit: 17.08.2021, 14:20-14:40
Raum: Lehar 3
Typ: Regulärer Vortrag
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Zusammenfassung: Hoch-Intensiver Fokussierter Ultraschall (HIFU) ist aus der Medizintechnik bekannt, z.B. zur Behandlung von Tumoren. Seit 2008 wird das Prinzip zum Erwärmen und Siegeln dünner Folien angewandt. Zahlreiche Studien belegen, dass eine Erwärmung von dünnen Folien grundsätzlich möglich ist. Allerdings sind die physikalischen Mechanismen, die zur Erwärmung der Folien führen, unklar. Es steht keine Messtechnik zur Analyse der Wellenausbreitung in den Folien zur Verfügung. Daher wurde ein Simulationsmodell aufgebaut, um die Wellenausbreitung zu untersuchen und die Korrelation zwischen akustischen und thermischen Effekten zu analysieren. Die Validierung des Modells erfolgt mittels Schwingungsmessungen (Laservibrometrie). Die Schallschnellen an der Fläche des Siegelwerkzeugs wurden gemessen und mit den numerisch berechneten Schallschnellen verglichen. Weiterhin wurde die Erwärmung an der Oberfläche der Folien mittels Infrarotkamera erfasst und ebenfalls mit der gemessenen Verteilung der Schallschnelle und den numerischen Ergebnissen verglichen. Dadurch lassen sich die Wirkzusammenhänge zwischen Schallschnelle bzw. Schallintensität und Polymererwärmung analysieren. Es kann eine gute Übereinstimmung zwischen gemessener und numerisch berechneter Schallschnelle festgestellt werden. Die Abhängigkeit der Erwärmungseffekte von der Foliendicke konnte sowohl in der numerischen Analyse als auch durch die experimentellen Untersuchungen gezeigt werden. Die Ergebnisse dieser Studie tragen dazu bei, die akustischen und thermischen Effekte bei mit HIFU erwärmten dünnen Polymerfolien zu verstehen.