CN216142886U - 一种压电微泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种压电微泵，包括无源顶板和无源底板，其中无源顶板和无源底板均采用树脂材料并通过立体平版印刷工艺制成，无源顶板上开设有输入孔和输出孔，无源底板上开设有镂空部；至少一个密封部件适于压设于无源顶板和无源底板之间，密封部件的中部形成有泵室；压电元件压设在泵室内；紧固件适于将无源顶板、密封部件及无源底板进行压合固定；电路板用于驱动压电元件，电路板通过电线穿过镂空部后与压电元件电连接。通过3D打印制备泵的被动组件，制备方法简单且制造设备容易获取。在无源底板上设有镂空部，可以便于压电元件的电线通过与电路板电连接，不会干扰到真空泵室的密封。

Description

一种压电微泵

技术领域

本实用新型涉及一种具有在提供脉动电压源后发生变形的压电元件的泵结构，具体地涉及一种压电微泵。

背景技术

在微流体应用中，微型泵比传统泵的优点是体积小，成本低。例如，注射器泵可以用于泵送非常小的体积的流体，流速也可以控制在微升范围内，但这些设备体积庞大，制造和建造成本很高。随着MEMS（Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）的大量研究，压电圆盘(将电能转换为机械振动)的反向使用，由于其体积小、结构紧凑和附近没有任何电磁信号，在微流体应用中发挥了巨大的作用。压电泵被用于工业，基于研究的应用，以及在家庭爱好者，因为现在很容易建立控制系统(控制压电执行器)，成本非常低。

压电微泵可分为两种类型：有阀门和无阀门。阀门压电泵的一个例子是在输入和输出上都有襟翼以产生定向流量的泵。无阀压电泵在各自的喷嘴上使用扩散器结构，以创造真空/泵送效果。

无阀压电泵比同类泵更好，因为没有可能对被研究流体中的微细胞和分子造成损害的运动结构。它们的寿命也更长，因为没有阀门，除了压电结构本身，它进出推动流体前进。这种装置的构造，特别是无源部件的构造，有许多方法可以实现。许多传统的泵的被动部件(泵腔和膜)使用硅或硅和玻璃的结合。这种方法虽然适用于大规模生产的工业环境，允许零件以较低的成本生产，但对于业余爱好者来说，没有其他选择可以轻松使用这种设备来定制应用。

因此，很有必要提供一种可以使用简单的工具和组件来构建压电微泵及其制作方法。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型目的是：提供一种压电微泵及其制作方法，本实用新型的压电微泵，通过3D打印制备泵的被动组件，制备方法简单且制造设备容易获取，可用于实验室自动化或微流体任务提供所需的流体。在无源底板上设有镂空部，可以便于压电元件的电线通过与电路板电连接，不会干扰到真空泵室的密封。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型的目的在于提供一种压电微泵，包括：

被动组件，其包括可压合固定的无源顶板和无源底板，其中所述无源顶板和所述无源底板均采用树脂材料并通过立体平版印刷工艺制成，所述无源顶板上开设有输入孔和输出孔，所述输入孔和输出孔均贯穿所述无源顶板的上下两个表面，所述无源底板上开设有镂空部；

至少一个密封部件，适于压设于所述无源顶板和所述无源底板之间，所述密封部件的中部形成有空腔，所述空腔用于形成泵室，所述输入孔和输出孔均与所述泵室相连通；

压电元件，其压设在所述泵室内，可在流体进入所述泵室内在所述泵室内脉动；

紧固件，适于将所述无源顶板、密封部件及所述无源底板进行压合固定；

电路板，用于驱动压电元件，所述电路板通过电线穿过所述镂空部后与所述压电元件电连接。

可选的，所述密封部件为O型环。

可选的，所述密封部件的数量为两个，两个所述密封部件分别与所述无源顶板和无源底板固定；

两个所述密封部件同轴压合在一起共同构建出所述泵室。

可选的，所述无源顶板的面向所述无源底板的第一表面上设有朝向所述无源顶板的与所述第一表面相对的第二表面方向凹陷的第一圆环，所述输入孔和输出孔均位于所述第一圆环的内圈中；

所述无源底板的面向所述无源顶板的第三表面上设有朝向所述无源底板的与所述第三表面相对的第四表面方向凹陷的第二圆环，所述镂空部位于所述第二圆环的内圈中；

所述第二圆环与所述第一圆环等径且同轴设置，两个所述密封部件分别嵌固于所述第一圆环和所述第二圆环内。

可选的，所述镂空部为贯穿所述无源底板的上下两个表面的通孔。

可选的，所述镂空部为扇环形通孔。

可选的，还包括：

喷嘴，其包括输入喷嘴和输出喷嘴，所述输入喷嘴设于所述输入孔的外侧并与所述输入孔相连通，所述输出喷嘴设于所述输出孔的外侧并与所述输出孔相连通。

可选的，还包括两个扩散器和硅管，两个所述硅管分别连接在所述输入喷嘴和输出喷嘴上；

两个所述扩散器分别设置在两个所述硅管上。

可选的，所述紧固件包括螺栓和与所述螺栓螺纹配合的螺母和六角垫片；

所述无源顶板和所述无源底板的四周分别对应开设有供所述螺栓穿设的夹紧孔，所述螺母和六角垫片适于压合在所述无源顶板的上表面或无源底板的下表面并与所述螺栓连接固定。

实用新型与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型的压电微泵，通过3D打印制备泵的被动组件，制备方法简单且制造设备容易获取，可用于实验室自动化或微流体任务提供所需的流体。在无源底板上设有镂空部，可以便于压电元件的电线通过与电路板电连接，不会干扰到真空泵室的密封。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型实施例的压电微泵的主视结构示意图；

图2为本实用新型实施例的压电微泵的无源顶板的第二表面朝上的结构示意图；

图3为本实用新型实施例的压电微泵的无源顶板的第一表面朝上的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的压电微泵的无源底板的第三表面朝上的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的压电微泵的俯视结构示意图；

图6为图5的压电微泵的A-A向剖视结构图。

其中：1、被动组件；11、无源顶板；110、第一圆环；111、第一表面；112、第二表面；113、输入孔；114、输出孔；12、无源底板；120、第二圆环；121、第三表面；122、镂空部；2、密封部件；3、紧固件；31、螺栓；32、六角垫片；4、压电元件；41、电线；5、输入喷嘴；6、输出喷嘴；7、夹紧孔。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

实施例：

参见图1至图6，本实用新型实施例的一种压电微泵，

包括被动组件1、两个密封部件2、一个压电元件4、四个紧固件3、一个电路板、两个止回阀和两个硅管。

如图1所示，被动部件包括无源顶板11和无源底板12。其中无源顶板11和无源底板12均采用树脂材料并通过立体平版印刷工艺制成。结构简单，采用3D打印技术，制作方法简单，非常适用于业余爱好者，解决了业余爱好者无法轻松使用传统泵的被动部件使用硅或硅和玻璃的结合的设备制备泵的被动部件或者采用专利DE102011107046B4的制造无阀压电泵被动部件的方法需要研究和构建相关设备/工具将是一个陡峭的学习曲线的问题。

具体的，如图2和图3所示，无源顶板11为一个方形板，无源顶板11上开设有输入孔113和输出孔114。为了便于区分描述，本实施例将无源顶板11的下表面描述为第一表面111，上表面也即设有输入喷嘴5和输出喷嘴6的表面描述为第二表面112。输入孔113朝向第二表面112的一端设有输入喷嘴5，输出孔114朝向第二表面112的一端设有输出喷嘴6，输入喷嘴5和输入孔113相通，输出喷嘴6和输出孔114相通。输入喷嘴5和输出喷嘴6的结构一致，喷嘴的形状为锥形的顶部和倒锥形的底部。输入孔113和输出孔114均贯穿无源顶板11的上下两个表面。可选的，对于无源顶板11的厚度而言，比如为1mm。

为了使泵工作，在输入喷嘴5和输出喷嘴6上分别连接有一个硅管（图中未示出），在每个硅管上分别连接有一个扩散器（图中未示出），本实施例中扩散器优选为采用止回阀（具体结构不做详细描述和限定，为现有市场上的常规的圆形止回阀）。通止回阀用于指示流体方向。

如图4所示，无源底板12也为方形板，无源底板12上开设有镂空部122。为了便于区分描述，本实施例将无源底板12的上表面描述为第三表面121，下表面描述为第四表面。镂空部122为贯通无源底板12的上下两个表面也即第三表面121和第四表面的通孔。优选地，本实施例中镂空部122为如图4所示的扇环形通孔，扇环形通孔的内弧边在泵室所在的圆心的外侧，扇环形通孔的外弧边落在泵室所在的圆的内侧或者上。一种可替换的实施例，本实施例的镂空部122的形状还可以为其他形状，具体不做限定，比如圆形，方形、三角形等。另一种可替换的实施例，本实施例的镂空部122也可以不是贯穿无源底板12的上下表面的通孔，也可以为贯穿上表面与侧表面的通道。通过镂空部122的设置，可以方便压电元件4的用于与电路板电连接的电线41的布置，使得电线41不会干扰泵室的密封。

如图1所示，密封部件2适于压设于无源顶板11和无源底板12之间，密封部件2的中部形成有空腔，空腔用于形成泵室，输入孔113和输出孔114均与泵室相连通。密封部件2的设置有助于创造必要的真空和密封。本实施例的密封部件2优选为O型环，数量为两个，两个密封部件2同轴叠压在一起且两个密封部件2的内圈共同构件泵室。可选的，对于密封部件2的数量而言，还可以为其他数量，比如一个。

为了方便密封部件2的固定，如图3所示，无源顶板11的第一表面111上设有朝向第二表面112方向凹陷的第一圆环110，输入孔113和输出孔114均位于第一圆环110的内圈中。如图4所示，无源底板12的第三表面121上设有朝向第四表面方向凹陷的第二圆环120，镂空部122位于第二圆环120的内圈中。第二圆环120与第一圆环110等径且同轴设置，两个密封部件2分别嵌固于第一圆环110和第二圆环120内。

如图6所示，压电元件4压设在泵室内可在流体进入泵室内在泵室内脉动。压电元件4为与O型环内圈相匹配的压电圆盘，具体结构和工作原理在此不做详细描述和限定。

紧固件3适于将无源顶板11、密封部件2及无源底板12进行压合固定。如图1和图6所示，本实施例的紧固件3包括螺栓31和与螺栓31螺纹配合的螺母或六角垫片32。本实施例的紧固件3包括四个，四个紧固件3设置在无源顶板11和无源底板12的四个角位置。为了便于紧固件3和无源顶板11及无源底板12连接，在无源顶板11和无源底板12的四个角位置对应开设有夹紧孔7。组装时，将四个螺栓31分别穿过无源顶板11和无源底板12上的夹紧孔7后，再将螺母或六角垫片32压在无源顶板11的上表面也即第二表面112上或者无源底板12的下表面也即第四表面上，从而将无源顶板11、无源底板12和密封部件2压合在一起。本实施例中，如图2至图4所示，四个螺栓31分别穿过无源底板12和无源顶板11，六角垫片32压在无源顶板11的上表面也即第二表面112上。一种可替换的实施例，无源顶板11和无源底板12的四个角位置不开设夹紧孔7，对应的，紧固件3包括两个夹板和连接在两个夹板的一端的螺栓31和螺母组合成的紧固件3，两个夹板分别用于夹持在无源顶板11的第二表面112和无源底板12的第四表面上，减少夹紧孔7的开设，降低了制作工序。

电路板（图中未示出）用于驱动压电元件4，电路板通过电线41穿过镂空部122后与压电元件4电连接。本实施例的电路板为PCB电路板，可以驱动1-60Hz频率的脉冲交变电压（190V-250V）。也就是说在一定的电压和频率范围内，压电片快速振动在压电腔周围产生吸和拉效应，从而帮助泵送流体。对于电路板的具体结构及制作方法在此不做详细描述和限定，并非本实用新型的实用新型点。本实施例中压电泵的流量可以通过电路板上的控制按钮来控制调节。

本实施例的压电微泵，流体通过输入喷嘴5进入至泵室内，压电环在泵室内产生脉动，通过输出喷嘴6上的止回阀将流体从泵室内吸出。可用于实验室自动化或微流体任务提供所需的流体。结构简单，采用3D打印制备泵的被动组件1，制备方法简单，制造设备易得，成本低，非常适用于业余爱好者。

本实用新型实施例的一种压电微泵的制作方法，包括以下步骤：

采用立体平版印刷得到无源顶板11和无源底板12；

将密封部件2分别固定在无源顶板11和无源底板12相互面对的端面上，并将压电元件4压入密封部件2的内腔中，且压电元件4的电线41穿过镂空部122与电路板电连接；

输入喷嘴5和输出喷嘴6上分别连接一个扩散器和硅管。

本实用新型的压电微泵的无源部分也即无源顶板11（包括输入喷嘴5和输出喷嘴6）及无源底板12全部采用立体平版印刷。首先采用ChiTuBox软件（光固化切片软件）按所需配置切割出模型，然后将切片数据输入立体平版打印机中，用彩色树脂（具体不做详细描述和限定，可以为现有市场上常规的颜色比如红色、蓝色等颜色的树脂，可选的，为了便于区分，可以将输入喷嘴5和输出喷嘴6以不同颜色进行区分）打印出来。印刷完成后得到无源顶板11零件和无源底板12零件，接着，将无源顶板11零件和无源底板12零件进行清洗、硬化和后处理得到所需的无源顶板11和无源底板12成品，用于测试。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种压电微泵，其特征在于，包括：

被动组件(1)，其包括可压合固定的无源顶板(11)和无源底板(12)，其中所述无源顶板(11)和所述无源底板(12)均采用树脂材料并通过立体平版印刷工艺制成，所述无源顶板(11)上开设有输入孔(113)和输出孔(114)，所述输入孔(113)和输出孔(114)均贯穿所述无源顶板(11)的上下两个表面，所述无源底板(12)上开设有镂空部(122)；

至少一个密封部件(2)，适于压设于所述无源顶板(11)和所述无源底板(12)之间，所述密封部件(2)的中部形成有空腔，所述空腔用于形成泵室，所述输入孔(113)和输出孔(114)均与所述泵室相连通；

压电元件(4)，其压设在所述泵室内，可在流体进入所述泵室内在所述泵室内脉动；

紧固件(3)，适于将所述无源顶板(11)、密封部件(2)及所述无源底板(12)进行压合固定；

电路板，用于驱动压电元件(4)，所述电路板通过电线(41)穿过所述镂空部(122)后与所述压电元件(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的压电微泵，其特征在于，所述密封部件(2)为O型环。

3.根据权利要求2所述的压电微泵，其特征在于，所述密封部件(2)的数量为两个，两个所述密封部件(2)分别与所述无源顶板(11)和无源底板(12)固定；

两个所述密封部件(2)同轴压合在一起共同构建出所述泵室。

4.根据权利要求3所述的压电微泵，其特征在于，所述无源顶板(11)的面向所述无源底板(12)的第一表面(111)上设有朝向所述无源顶板(11)的与所述第一表面(111)相对的第二表面(112)方向凹陷的第一圆环(110)，所述输入孔(113)和输出孔(114)均位于所述第一圆环(110)的内圈中；

所述无源底板(12)的面向所述无源顶板(11)的第三表面(121)上设有朝向所述无源底板(12)的与所述第三表面(121)相对的第四表面方向凹陷的第二圆环(120)，所述镂空部(122)位于所述第二圆环(120)的内圈中；

所述第二圆环(120)与所述第一圆环(110)等径且同轴设置，两个所述密封部件(2)分别嵌固于所述第一圆环(110)和所述第二圆环(120)内。

5.根据权利要求1所述的压电微泵，其特征在于，所述镂空部(122)为贯穿所述无源底板(12)的上下两个表面的通孔。

6.根据权利要求5所述的压电微泵，其特征在于，所述镂空部(122)为扇环形通孔。

7.根据权利要求1-6任一项所述的压电微泵，其特征在于，还包括：

喷嘴，其包括输入喷嘴(5)和输出喷嘴(6)，所述输入喷嘴(5)设于所述输入孔(113)的外侧并与所述输入孔(113)相连通，所述输出喷嘴(6)设于所述输出孔(114)的外侧并与所述输出孔(114)相连通。

8.根据权利要求7所述的压电微泵，其特征在于，还包括两个扩散器和硅管，两个所述硅管分别连接在所述输入喷嘴(5)和输出喷嘴(6)上；

两个所述扩散器分别设置在两个所述硅管上。

9.根据权利要求1所述的压电微泵，其特征在于，所述紧固件(3)包括螺栓(31)和与所述螺栓(31)螺纹配合的螺母和六角垫片(32)；

所述无源顶板(11)和所述无源底板(12)的四周分别对应开设有供所述螺栓(31)穿设的夹紧孔(7)，所述螺母和六角垫片(32)适于压合在所述无源顶板(11)的上表面或无源底板(12)的下表面并与所述螺栓(31)连接固定。

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