Der Einsatz von Ultraschall gewinnt in den Bereichen Medizintechnik, Chemie und Biotechnologie zunehmend an Bedeutung. Ultraschallwandler, die auf Piezotechnologie basieren, sind beispielsweise wichtige Werkzeuge in der aktiven Mikrofluidik für die In-vitro-Diagnostik (IVD). Ultraschallwellen werden benutzt, um die zu untersuchenden Fluide definiert zu mischen, Blutzellen zu lysieren oder mittels sogenannter akustischer Pinzetten in der Cytometrie einzelne Zellen und Partikel definiert auszurichten, zu bewegen oder zu sortieren. Um Kunden in diesen zukunftsgerichteten Anwendungen zu unterstützen, hat PI Ceramic einen >> Langevin-Transducer entwickelt. Die Entwickler Frank Eder und Dr. Michael Oertel geben Einblicke in die Entwicklungsarbeit und zeigen Chancen und Herausforderungen von Ultraschallwandlern auf.
Entwicklung bietet hohe Fertigungstiefe
PI Ceramic hat in der Vergangenheit den Fokus auf kundenspezifische Lösungen gesetzt. Dr. Michael Oertel erklärt, dass PI Ceramic nun auch eigene Konzepte entwickeln wolle, um die Kunden zu neuen Ideen und Lösungen anzuregen. Dies erfordere nicht nur viel Erfahrung in der Entwicklung, sondern auch ein Team, das Hand in Hand arbeite – auch standortübergreifend. Ein solches Produkt in diesem Bereich habe PI Ceramic noch gefehlt und es sei deshalb ein logischer Schritt, einen Ultraschall-Transducer in das Portfolio aufzunehmen, fügt Frank Eder hinzu. Dr. Oertel ist sich sicher, dass PI Ceramic mit diesen Lösungen eine noch höhere Fertigungstiefe und somit ein komplettes Produkt aus einer Hand – sofort einsetzbar – anbieten könne. Getreu den Kernkompetenzen entwickelt und fertigt PI Ceramic weiterhin Ultraschallwandler, die auf die jeweilige Applikation des Kunden zugeschnitten sind.
Eine gute, vertrauensvolle und reibungslose Zusammenarbeit unter den Kollegen erleichtert die Entwicklung enorm – so macht kreatives Arbeiten Spaß.
Frank Eder, Senior Design Engineer
Kompakte Lösungen für individuelle Einsatzmöglichkeiten
Die Vorteile der Ultraschallwandler sind vielfältig und abhängig vom jeweiligen Einsatzgebiet. „Bei der Zelllyse werden sie gerne eingesetzt, da sie mit Ultraschall arbeiten und nicht mit chemischen Zusätzen”, erklärt Frank Eder. Er ergänzt, dass bei dieser Anwendung auch keine Wärmezufuhr erforderlich sei, die ungewollte Reaktionen bewirken könne. Mechanische Verfahren seien aufwändig und erforderten in der Regel Zusätze wie Stahlkügelchen im Reagenz, die später wieder entfernt werden müssten. Das Ultraschallverfahren hingegen sei in der Regel frei von ungewollten Zusätzen und reduziere den Arbeitsaufwand erheblich. Dr. Michael Oertel betont, dass die Lösungen von PI Ceramic in kompakten mobilen Geräten eingesetzt werden könnten, da die Ansteuerungselektronik kaum größer als eine Hand sei und mit 12 Volt betrieben werde.
Etwas Neues zu entwickeln, sich dafür Wissen anzueignen und dieses einzusetzen, ist genau das, was ich mir unter der Arbeit als Entwickler vorgestellt habe.
Dr. Michael Oertel, Senior Design Engineer
Design und Elektronik – Hand in Hand entwickelt
Während der Entwicklung gab es auch Herausforderungen und Schwierigkeiten, die überwunden werden mussten. „Der Aufbau und die Auswertung eines aussagekräftigen Simulationsmodells war in der Grundlagenentwicklung eine der wichtigsten Herausforderungen. Mithilfe dieses Verfahrens konnten Parameter für die Elektronik, die Geometrie des Systems und eine geeignete Materialwahl bestimmt werden, was ohne das Modell langwierig und schwierig gewesen wäre“, berichtet Frank Eder, der für das Design des Wandlers verantwortlich ist. Dr. Michael Oertel, der sich auf die Elektronik spezialisiert hat, nennt eine weitere Herausforderung, die aber im Team schnell gelöst werden konnte: „Parallel zur Entwicklung des Wandlers musste auch die entsprechende Elektronik zur Ansteuerung des Transducers aufgesetzt werden. Dies erwies sich als schwierig, da der Wandler zu dem Zeitpunkt noch nicht fertig entwickelt war und die Anforderungen daher noch nicht vollständig bekannt waren.“ Dr. Oertel ist froh, dass das Problem durch die Beschaffung eines Laborgenerators schnell gelöst werden konnte.
Von der Komplettlösung über kundenspezifische Einzelstücke bis zur Serienfertigung
PI Ceramic entwickelt und fertigt sowohl Komplettlösungen mit entsprechender Elektronik als auch individuelle Lösungen nach Kundenwunsch ohne Elektronik. Dabei sind die Optionen für die Stückzahlen vielfältig – von Einzelstücken bis hin zur Großserie. Die Ultraschall-Transducer können in den verschiedensten Bereichen und Märkten eingesetzt werden, auch in der Industrie wie beispielsweise der Messtechnik oder Materialbearbeitung.
