基于壓電原理的微量點(diǎn)膠仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、微點(diǎn)膠技術(shù)在微裝配系統(tǒng)的生產(chǎn)與組裝中占有重要地位。隨著超聲波加工、電子束加工、激光加工、光刻加工等精微加工方法的快速發(fā)展，微小零部件的尺寸越來(lái)越小，隨之對(duì)點(diǎn)膠量的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)有的商業(yè)點(diǎn)膠機(jī)的出膠量一般在微升級(jí)，有的能達(dá)到納升量級(jí)，由于膠體的粘度、細(xì)小的噴嘴、較大的表面力等因素，皮升級(jí)的微點(diǎn)膠技術(shù)是目前研究的熱點(diǎn)和挑戰(zhàn)。
　　本文為實(shí)現(xiàn)微米級(jí)零件的精密裝配，設(shè)計(jì)基于壓電原理的微點(diǎn)膠機(jī)構(gòu)，利用壓電陶瓷的微位移驅(qū)動(dòng)特性，選取具有合

2、適粘度和表面張力的膠體，使用微噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)微量點(diǎn)膠，需要滿足膠斑的直徑在20μm左右，實(shí)現(xiàn)皮升(pL)級(jí)點(diǎn)膠量。
　　首先，綜述了點(diǎn)膠技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀；闡述了基于壓電原理的點(diǎn)膠系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)及工作原理；分析了壓電陶瓷管的性能和毛細(xì)管內(nèi)膠體的運(yùn)動(dòng)情況；通過(guò)對(duì)點(diǎn)膠過(guò)程的建模和流體動(dòng)力中無(wú)量綱數(shù)的分析，得出影響微點(diǎn)膠過(guò)程的因素，包括膠體粘度、表面張力、密度、噴嘴直徑、毛細(xì)管長(zhǎng)度、驅(qū)動(dòng)電壓參數(shù)等。
　　其次，在COMSOL中建立

3、了多物理場(chǎng)耦合仿真分析模型，包括壓電設(shè)備模型、流固耦合模型與兩相流模型。通過(guò)設(shè)置邊界條件，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用壓電設(shè)備分析了毛細(xì)管內(nèi)壁的變形，得出毛細(xì)管內(nèi)壁變形與所加電壓幅值的關(guān)系；利用流固耦合模塊分析了出口流速，得到管路長(zhǎng)度、電壓幅值、膠體粘度等參數(shù)對(duì)出口流速的影響規(guī)律；利用兩相流模塊演示了膠體的擠出過(guò)程，運(yùn)用多物理場(chǎng)耦合的方法，仿真了膠滴的滴落過(guò)程，之后改變噴嘴直徑、膠體粘度、表面張力、驅(qū)動(dòng)電壓幅值與脈沖寬度等參數(shù)，仿真了這些參數(shù)對(duì)膠

4、滴形成過(guò)程的影響；當(dāng)噴嘴內(nèi)徑20μm時(shí)，通過(guò)仿真分析得出可分配約20pL的膠體，為后續(xù)微點(diǎn)膠實(shí)驗(yàn)進(jìn)行提供參數(shù)依據(jù)。
　　最后，搭建了基于壓電原理的微點(diǎn)膠實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用聚四氟乙烯管與可更換點(diǎn)膠頭進(jìn)行了微膠滴的分配實(shí)驗(yàn)，以仿真分析為基礎(chǔ)，采用不同噴嘴直徑、膠體粘度、表面張力及驅(qū)動(dòng)電壓的幅值與脈沖寬度等參數(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了這些參數(shù)對(duì)微膠滴分配體積的影響；實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，膠體粘度小于30mPa·s時(shí)，可實(shí)現(xiàn)約8pL膠滴的分配，膠體粘度100