本文關鍵詞：基于壓電原理的微量點膠仿真與實驗研究

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【摘要】：微點膠技術在微裝配系統(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�，F(xiàn)有的商業(yè)點膠機的出膠量一般在微升級，有的能達到納升量級，由于膠體的粘度、細小的噴嘴、較大的表面力等因素，皮升級的微點膠技術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，設計基于壓電原理的微點膠機構，利用壓電陶瓷的微位移驅(qū)動特性，選取具有合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)整體方案設計及工作原理；分析了壓電陶瓷管的性能和毛細管內(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、毛細管長度、驅(qū)動電壓參數(shù)等。 其次，在COMSOL中建立了多物理場耦合仿真分析模型，包括壓電設備模型、流固耦合模型與兩相流模型。通過設置邊界條件，進行網(wǎng)格劃分，利用壓電設備分析了毛細管內(nèi)壁的變形，得出毛細管內(nèi)壁變形與所加電壓幅值的關系；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)對膠滴形成過程的影響；當噴嘴內(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行了微膠滴的分配實驗，以仿真分析為基礎，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100mPa·s時，可實現(xiàn)約33pL膠滴的分配，能夠滿足pL級需求。
【關鍵詞】：微點膠 壓電驅(qū)動 多物理場仿真 皮升級膠斑
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-16
• 1.2.1 接觸式點膠技術的現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 非接觸式點膠技術的現(xiàn)狀11-16
• 1.2.3 點膠方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析16
• 1.3 課題來源16-17
• 1.4 主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 微點膠系統(tǒng)的方案設計及點膠影響因素分析18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 微點膠系統(tǒng)的整體方案設計18-21
• 2.2.1 基于壓電原理的微點膠驅(qū)動方式建模18-19
• 2.2.2 基于壓電原理微點膠系統(tǒng)總體結(jié)構19-20
• 2.2.3 微點膠單元的結(jié)構及工作原理20-21
• 2.3 壓電陶瓷性能分析21-23
• 2.4 毛細管內(nèi)膠體運動分析23-24
• 2.5 微點膠影響因素分析24-27
• 2.5.1 點膠過程建模24-26
• 2.5.2 流體動力學中的無量綱數(shù)26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-28
• 第3章 基于壓電原理的微量點膠性能仿真分析28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 仿真分析模型及條件設置28-32
• 3.2.1 多物理場仿真分析模塊的選擇28-29
• 3.2.2 多物理場仿真的控制方程29-31
• 3.2.3 邊界條件的設置與網(wǎng)格劃分31-32
• 3.3 微點膠性能仿真分析32-42
• 3.3.1 壓電設備模型32-35
• 3.3.2 流固耦合模型35-39
• 3.3.3 兩相流模型39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 基于壓電原理的微量點膠性能實驗研究43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 微點膠實驗中關鍵器件的制備43-46
• 4.2.1 微量點膠末端工具制備43-44
• 4.2.2 疏水不銹鋼片噴嘴的制備44-46
• 4.3 基于壓電原理微量點膠實驗系統(tǒng)的建立46-50
• 4.3.1 點膠模塊47-48
• 4.3.2 運動平臺模塊48-49
• 4.3.3 膠量檢測模塊49
• 4.3.4 壓電陶瓷驅(qū)動模塊49-50
• 4.4 基于壓電原理的微點膠性能實驗50-59
• 4.4.1 噴嘴直徑對微點膠性能影響的實驗研究50-52
• 4.4.2 粘度對微點膠性能影響的實驗研究52-54
• 4.4.3 表面張力對微點膠性能影響的實驗研究54-55
• 4.4.4 驅(qū)動電壓對微點膠性能影響的實驗研究55-59
• 4.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果65-67
• 致謝67

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 ;非接觸式噴射點膠——未來的點膠技術(英文)[J];半導體技術;2004年03期

2 陳九生;蔣稼歡;;微流控液滴技術:微液滴生成與操控[J];分析化學;2012年08期

本文編號：604247