Il principio e i modelli fisici del nuovo erogatore a getto con magnetostrittivo gigante e una lente d'ingrandimento

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 18294 (2016) Citare questo articolo

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Al fine di sviluppare tecnologie di getto di colla negli imballaggi di LED e microelettronica, viene innanzitutto applicato il materiale magnetostrittivo gigante (GMM) per aumentare la risposta al getto e un nuovo dispositivo di ingrandimento comprendente una leva e una cerniera flessibile è progettato per migliorare le caratteristiche di getto. I modelli fisici del sistema di getto derivano dalla struttura di ingrandimento e dal principio di funzionamento, che comprende il modello circuitale, il modello di elettromagneto-spostamento, il modello dinamico e il modello di accoppiamento fluido-solido. Il modello del sistema viene stabilito combinando modelli matematici con Matlab-Simulink. L'efficacia del dispenser a base di MGM è confermata da simulazioni ed esperimenti. La frequenza di getto aumenta significativamente fino a 250 Hz e vengono valutati i comportamenti dinamici dell'ago di getto che la velocità e lo spostamento dell'ago di getto raggiungono rispettivamente 320 mm•s-1 e 0,11 mm. Con l'aumento della pressione di riempimento o dell'ampiezza della corrente, la dimensione del punto aumenterà. La dimensione del punto e la frequenza di lavoro possono essere facilmente regolate.

Negli ultimi anni, la tecnologia di erogazione, inclusa l'erogazione a getto e a contatto, è stata ampiamente utilizzata in molte applicazioni industriali, come l'assemblaggio di microelettronica, optoelettronica e LED1,2,3,4,5. La tecnica di dispensazione basata sui contatti può essere classificata in tre tipi: pressione temporale, vite rotativa e spostamento positivo6. Nel metodo di erogazione a contatto, la ripetibilità richiede lo stesso spazio di erogazione (lo spazio tra l'ago e il substrato o PCB) di ciascun punto. Per mantenere uno spazio di erogazione così costante è necessario un sistema di posizionamento in grado di spostare l'ugello su e giù con precisione durante il processo di erogazione. Pertanto, il tempo del ciclo aumenta e il processo diventa complicato7,8,9,10,11. Per risolvere il problema, alcuni esperti hanno studiato una tecnica di erogazione a getto pneumatico, oggi ampiamente utilizzata. Tuttavia, gli erogatori a getto pneumatico dipendono da valvole elettromagnetiche ad alta frequenza. Le valvole elettromagnetiche hanno una durata di pochi mesi e il prezzo è alto. Per questi motivi, alcuni esperti si sono impegnati nella ricerca sui dispenser PZT (Pb(ZrxTi1-x)O3, una sorta di ceramica piezoelettrica) e hanno ottenuto grandi risultati12,13. Rispetto al PZT, il GMM ha una densità di energia maggiore e quindi può fornire una forza motrice maggiore. Al giorno d'oggi il GMM viene utilizzato principalmente per il riconoscimento del suono e la guida in microspostamento14,15.

Pertanto, questo lavoro è stato intrapreso per esaminare un nuovo tipo di dispensatore basato sull'azionamento GMM e progettare il dispositivo di ingrandimento per migliorare i comportamenti dinamici. Inoltre, vengono discussi i modelli complessi e le prestazioni superiori del nuovo sistema.

La magnetostrizione è una proprietà dei materiali ferromagnetici che fa sì che cambino forma o dimensioni durante il processo di magnetizzazione16. Il rapporto di estensione del GMM è molto piccolo. Poiché lo spostamento dell'ago azionato direttamente dall'asta GMM non è abbastanza grande, la colla non può essere spruzzata. In questo esperimento viene utilizzata una leva con cerniera flessibile per ingrandire lo spostamento e il campo magnetico alternativo è stato stimolato da una bobina elettromagnetica. Come mostrato in Fig. 1, la parte 6 è la leva con cerniera flessibile, realizzata in acciaio al manganese. Un'estremità della leva è fissata alla scocca (parte 4) e l'altra estremità può ruotare attorno alla cerniera flessibile. La leva è progettata in modo elaborato per trasmettere la forza e amplificare lo spostamento.

Nuova struttura dell'erogatore a getto basato su GMM.

1 cappuccio terminale, 2 bobine, asta 3 GMM, 4 gusci, 5 barra di trasmissione, 6 leve con cerniera, 7 dadi di regolazione, 8 blocchi di regolazione del precarico molla, 9 molle, 10 aghi, 11 -Dado, 12 ugelli e 13 siringhe.

Il dispenser progettato comprende un attuatore magnetostrittivo e un iniettore di colla. L'attuatore magnetostrittivo è composto principalmente da un guscio (parte 4), una bobina (parte 2), un'asta GMM (parte 3), un cappuccio terminale (parte 1), una leva con cerniera (parte 6), un dado di regolazione (parte 7 ), un blocchetto di regolazione precarica molla (parte 8), una molla (parte 9), uno spillo (parte 10) e una barra di trasmissione (parte 5). L'iniettore di colla contiene un ugello (parte 12), una siringa (parte 13) e un ago (parte 10).