基于壓電原理的微量點膠仿真與實驗研究.pdf

1、微點膠技術(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越小，隨之對點膠量的要求也越來越高。現(xiàn)有的商業(yè)點膠機的出膠量一般在微升級，有的能達(dá)到納升量級，由于膠體的粘度、細(xì)小的噴嘴、較大的表面力等因素，皮升級的微點膠技術(shù)是目前研究的熱點和挑戰(zhàn)。
　　本文為實現(xiàn)微米級零件的精密裝配，設(shè)計基于壓電原理的微點膠機構(gòu)，利用壓電陶瓷的微位移驅(qū)動特性，選取具有合

2、適粘度和表面張力的膠體，使用微噴嘴來實現(xiàn)微量點膠，需要滿足膠斑的直徑在20μm左右，實現(xiàn)皮升(pL)級點膠量。
　　首先，綜述了點膠技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；闡述了基于壓電原理的點膠系統(tǒng)整體方案設(shè)計及工作原理；分析了壓電陶瓷管的性能和毛細(xì)管內(nèi)膠體的運動情況；通過對點膠過程的建模和流體動力中無量綱數(shù)的分析，得出影響微點膠過程的因素，包括膠體粘度、表面張力、密度、噴嘴直徑、毛細(xì)管長度、驅(qū)動電壓參數(shù)等。
　　其次，在COMSOL中建立

3、了多物理場耦合仿真分析模型，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，得到管路長度、電壓幅值、膠體粘度等參數(shù)對出口流速的影響規(guī)律；利用兩相流模塊演示了膠體的擠出過程，運用多物理場耦合的方法，仿真了膠滴的滴落過程，之后改變噴嘴直徑、膠體粘度、表面張力、驅(qū)動電壓幅值與脈沖寬度等參數(shù)，仿真了這些參數(shù)對膠

4、滴形成過程的影響；當(dāng)噴嘴內(nèi)徑20μm時，通過仿真分析得出可分配約20pL的膠體，為后續(xù)微點膠實驗進(jìn)行提供參數(shù)依據(jù)。
　　最后，搭建了基于壓電原理的微點膠實驗系統(tǒng)，采用聚四氟乙烯管與可更換點膠頭進(jìn)行了微膠滴的分配實驗，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)動電壓的幅值與脈沖寬度等參數(shù)，通過實驗研究了這些參數(shù)對微膠滴分配體積的影響；實驗結(jié)果表明，膠體粘度小于30mPa·s時，可實現(xiàn)約8pL膠滴的分配，膠體粘度100