LT7015B - Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema - Google Patents
Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema Download PDFInfo
- Publication number
- LT7015B LT7015B LT2021551A LT2021551A LT7015B LT 7015 B LT7015 B LT 7015B LT 2021551 A LT2021551 A LT 2021551A LT 2021551 A LT2021551 A LT 2021551A LT 7015 B LT7015 B LT 7015B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- sonotrode
- concentrator
- vibration
- temperature
- differs
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B3/00—Methods or apparatus specially adapted for transmitting mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/04—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism
- B06B1/045—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with electromagnetism using vibrating magnet, armature or coil system
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/08—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B81C99/0005—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems, or methods for manufacturing the same
- B81C99/0025—Apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of microstructural devices or systems not provided for in B81C99/001 - B81C99/002
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Išradimas priklauso medžiagų mokslo sričiai, konkrečiau, mikrostruktūrų gamybos technologijai - mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) elementams kurti. Ši sistema apima magnetostrikcinį vibratorių (1), sudarytą iš daugiasluoksnių feromagnetinių plokštelių, kurio darbinė dalis tvirtinama prie koncentratoriaus sonotrodo (2, 4). Tarp magnetostrikcinio vibratoriaus (1) galinės dalies yra temperatūrą bei skystį izoliuojanti tarpinė (3). Visas magnetostrikcinis vibratorius (1) patalpintas į sandarų korpusą (9) su jame cirkuliuojančiu aušinimo skysčiu (10). Magnetostrikcinio vibratoriaus (1) magnetolaidžio plokštelės apvyniotos apvijomis (6) ir (7) su išvadais, kurie kaip ir signalas iš temperatūros bei virpesių jutiklio (11), esančio ant mechaninių virpesių koncentratoriaus (2, 4), yra pajungti prie sužadinimo ir valdymo generatoriaus (8). Koncentratoriaus-sonotrodo (2, 4) darbinė dalis, spaudimo būdu veikdama į polimerinę medžiagą (5), esančią ant padėklo (13), atlieka formavimo procedūrą. Aukšto dažnio virpesių sužadinimo ir padidintos temperatūros bei spaudimo į formuojamą polimerinę struktūrą visuminis laiko atžvilgiu poveikis leidžia padidinti viso proceso efektyvumą ir gaminamų struktūrinių elementų kokybę.
Description
TECHNIKOS SRITIS
Išradimas priklauso medžiagų mokslo sričiai. Konkrečiau mikrostruktūrų gamybos technologijai - mikroelektromechaninių sistemų (MEMS) elementams kurti.
TECHNIKOS LYGIS
Yra žinomas MEMS jutiklio kūrimo metodas ir įrenginys tam tikslui panaudojant terminį ir mechaninį spaudimą bei aukšto dažnio vibracinį sužadinimą (Amer Sodah, 2020, Mikroelektromechaninio jutiklio žmogaus sveikatinimo monitoringui kūrimas ir tyrimas. Daktaro disertacija, 106 p., psl. 62). Nurodytame įrenginyje virpesių sužadinimui naudojami tampriai sujungti tarpusavyje pjezokeraminiai žiedai su elektrodais, kurie prijungti prie aukšto dažnio generatoriaus. Pjezokeraminiai žiedai montuojami į elektromechaninio keitiklio konstrukciją (sonotrodą), kurio darbinės dalies gale yra šilumą skleidžiantis šaltinis. Pagal nustatytą valdymo programą ir tam tikrą laiko seką yra atliekamas mikrostruktūros formavimas spaudžiant sonotrodą į formavimo medžiagą, kontroliuojant temperatūrinį režimą ir atliekant aukšto dažnio virpesių poveikį. Nurodyto prototipo trūkumas yra tai, kad skirtas įrenginys virpesių sužadinimui naudoja pjezokeraminius elementus, kurių darbinė temperatūra negali viršyti 180 C° temperatūros, kadangi prie aukštesnės temperatūros pjezokeraminiai elementai depoliarizuojasi taip prarasdami pjezoefektą. Temperatūrinio režimo suderinimas su mechaniniu spaudimu ir aukšto dažnio virpesiais laiko atžvilgiu yra sudėtingas procesas priklausantis nuo kontrolės-valdymo elementų funkcionalumo.
Viena iš populiariausių MEMS elementų gamybos technologijų yra struktūrinių elementų formavimas, kuris apima palaipsninį litografijos, galvanikos ir mikroliejimo procesų panaudojimą (Lin C. H. and Chen R. 2006 Ultrasonic nanoimprint lithography: a new approach to nanopatterning J. Microlithgraphy, Microfabrication Microsyst, https://doi.orq/10,1117/1,2172992).
Kitame dokumente (Chi Hoon Lee, Phill Gu Jung, Sang Min Lee, Sang Hu Park, Bo Sung Shin, Joon-Ho Kim, Kyu-Youn Hwang, Kyoung Min Kim and Jong Soo Ko. 2010 Replication of polyethylene nano-microhierarchical structures using ultrasonic forming. Micromech. Microeng) pateiktoje inovatyvioje MEMS elementų gamybos technologinio proceso schemoje parodyti pagrindiniai konstrukciniai ir naudojamos įrangos elementai, to proceso stadijos laiko atžvilgiu. Kaip parodyta dokumento paveiksle 9a, ultragarsinio dažnio generatorius sužadina apie 20 kHz dažnio mechaninius virpesius elektromechaniniame keitiklyje, kurie perduodami ir sustiprinami virpesių koncentratoriuje. Koncentratoriaus ultragarsiniai virpesiai dėl trinties kontakto zonoje su gaminiu generuoja palyginti didelę energiją, kuri pasireiškia aukšta temperatūra, ir būtent ji panaudojama polimerų ar metalų sujungimui. Šis procesas vyksta labai trumpą laiko tarpą (iki 3 s), yra ekologiškai švarus bei ekonomiškas. Dokumento paveiksle 9b yra pavaizduotas viso proceso eiliškumas: po kontakto su formuojančiu elementu, polimerinės plokštelės prispaudimo jėga didinama iki 690 N, ir kuri laiką yra stabili, po to aukšto dažnio virpesių pagalba vyksta paviršių sujungimas. Tuo metu, dėka paviršių trinties, išsilydęs polimeras užpildo nanostruktūrines formos ertmes ir po kurio laiko polimeras sukietėja. Nurodytame įrenginyje, paviršių sujungimui būtina temperatūra yra pasiekiama aukšto dažnio virpesių dėka sužadintos trinties tarp sujungiamų paviršių, kurią sudėtinga pasiekti be kontrolės-valdymo sistemos.
Išradimas išsprendžia technikos lygiu žinomų analogų trūkumus temperatūrinio režimo suderinimą su spaudimo į formuojamą medžiagą momentu ir aukšto dažnio virpesiais laiko atžvilgiu.
IŠRADIMO ESMĖ
Išradimas yra mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema, apimanti elektromechaninį keitiklį - magnetostrikcinį vibratorių, sonotrodą, generatorių, prispaudimo mechanizmą, ir padėklą su formuojama medžiaga. Pateikta sistema generuoja aukšto dažnio virpesius magnetostrikciniame vibratoriuje, sudarytame iš magnetostriktoriaus, ant kurio šerdies suvyniotos dvi apvijos: viena magnetostriktoriaus pamagnetinimo lygiui pasiekti, kita - aukšto dažnio virpesiams magnetostriktoriuje sužadinti. Magnetostriktorių sudaro stačiakampis U-formos magnetolaidis, surinktas iš daugiasluoksnių metalo (nikelio, permalojaus, ar panašių medžiagų) plokštelių, kurio U-formos atviroji kraštinė yra standžiai sujungta su sonotrodu, pagamintu iš ištisinio feromagnetinio-magnetostriktorinio metalo. Magnetostriktorius su apvijomis yra talpinamas į sandarų korpusą, kuriame cirkuliuoja aušinimo skystis. Mechaninių virpesių koncentratorius-sonotrodas nuo magnetostriktoriaus su apvijomis yra atskirtas temperatūros ir skysčio izoliavimo tarpine. Sužadinus magnetostriktoriuje aukšto dažnio virpesius, pastarieji perduodami į aukšto dažnio virpesių koncentratorių-sonotrodą, kuris taip pat dėl sukūrinių indukcijos srovių įkaista. Šiuo atveju sonotrodo virpesių lygis yra keičiamas magnetostriktoriaus pamagnetinimo apvijos elektriniu signalu, o sonotrodo temperatūra - aukšto dažnio elektriniu signalu, prijungtu prie atitinkamos magnetostriktoriaus apvijos. Sonotrodo virpesių ir temperatūros lygį matuoja jutiklis, pritvirtintas prie sonotrodo darbinės dalies. Tokiu būdu, virpanti ir iki nustatytos temperatūros įkaitusi sonotrodo darbinė dalis liečia formuojamą polimerinę medžiagą ir, pagal suderintą programą, iš vieno generatoriaus valdymo bloko galima efektyviai reguliuoti formavimo polimerinėse medžiagose procesą.
BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS
Išradimas paaiškintas brėžiniuose. Pridedamos schemos ir brėžiniai yra išradimo aprašymo sudedamoji dalis ir pateikiami, kaip nuoroda j galimą išradimo įgyvendinimą, bet neturi riboti išradimo apimties.
Sistema pagal išradimą ir kaip pavaizduota brėžinyje Pav.1, apima magnetostrikcinį vibratorių (1), sudarytą iš daugiasluoksnių feromagnetinių plokštelių, kurio darbinė dalis uždaranti magnetinių jėgų kontūrą standžiai tvirtinama prie mechaninių virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2, 4). Tarp magnetostrikcinio vibratoriaus (1) galinės dalies yra temperatūrą bei skystį izoliuojanti tarpinė (3). Visas magnetosrikcinis vibratorius (1) patalpintas į sandarų korpusą (9) su jame cirkuliuojančiu aušinimo skysčiu (10) per padavimo - išleidimo vamzdelius (12). Magnetostrikcinio vibratoriaus magnetolaidžio plokštelės apvyniotos apvijomis (6) ir (7) su išvadais, kurie kaip ir signalas iš temperatūros bei virpesių jutiklio (11), esančio ant mechaninių virpesių koncentratoriaus (2, 4), yra pajungti prie sužadinimo ir valdymo generatoriaus (8). Mechaninių virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2, 4) darbinė dalis, spaudimo būdu veikdama į polimerinę medžiagą (5), esančią ant padėklo (13) atlieka formavimo procedūrą.
DETALUS IŠRADIMO APRAŠYMAS
Paveiksle 1 pavaizduota mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema apima elektromechaninį keitiklį (vibratorius) (1) sudarytą iš U-formos stačiakampių feromagnetinių-magnetostrikcinių plokštelių apvyniotų apvijomis (6) ir (7), kurių laisvi galai standžiai sujungti su virpesių koncentratoriumi-sonotrodu (2, 4). Viena iš apvijų (6) yra skirta nuolatinės elektros srovės dedamajai, kuriančiai pastovios srovės elektromagnetinį lauką, būtiną mechaninių virpesių amplitudei valdyti, o kita apvija (7) yra skirta magnetostriktoriuje sukurti aukšto dažnio kintamos srovės elektromagnetinį lauką ir valdyti koncentratoriaus-sonotrodo (2, 4) temperatūrą dėl jame susižadinančių sukūrinių srovių. Vykdant mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose procesą, iš virpesių sužadinimo ir valdymo generatoriaus (8) elektros signalas yra paduodamas į vieną iš apvijų (6), kuri skirta sukurti pastovios srovės elektromagnetinį lauką ir valdyti mechaninių virpesių amplitudę, o į kitą apviją (7) paduodamas elektros signalas skirtas sukurti kintamos srovės elektromagnetinį lauką ir valdyti koncentratoriaus- sonotrodo (2, 4) temperatūrą. Kintamos srovės ir pastovios srovės apvijų (6, 7) sužadintas elektromagnetinis laukas feromagnetinėsemagnetostrikcinėse plokštelėse sukelia mechaninius virpesius, kurie persiduoda į standžiai prie magnetostrikcinio vibratoriaus (1) laisvųjų galų prijungtą virpesių koncentratorių- sonotrodą (2, 4). Visas magnetostrikcinis vibratorius (1) yra patalpintas į sandarų korpusą (9) su jame per skysčio padavimo-išleidimo vamzdelius (12) cirkuliuojančiu aušinimo skysčiu (10), tuo būdu apsaugodamas magnetostrikcinį vibratorių (1) nuo perkaitimo. Aušinimo skystis (10) nuo virpesių koncentratoriaussonotrodo (2, 4) yra atskirtas temperatūrą bei skystį izoliuojančia tarpine (3). Tam, kad visa mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema dirbtų stabiliai ir efektyviai, palaikydama nustatytą režimą, ant virpesių koncentratoriaus- sonotrodo (2, 4) darbinės dalies yra pritvirtintas temperatūros bei virpesių jutiklis (11), iš kurio signalas grįžtamu ryšiu paduodamas į sužadinimo ir valdymo generatorių (8).
Toks aukšto dažnio virpesių sužadinimo ir padidintos temperatūros bei spaudimo j formuojamą polimerinę struktūrą visuminis laiko atžvilgiu poveikis leidžia padidinti viso proceso efektyvumą ir struktūrinių elementų kokybę.
Claims (5)
- Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema, apimanti elektromechaninį keitiklį (1), virpesių sužadinimo generatorių (8), aukšto dažnio virpesių koncentratorių-sonotrodą (2), b e s i s k i r i a n t i tuo, kad elektromechaninis keitiklis (1) sudarytas iš U-formos stačiakampių feromagnetiniųmagnetostrikcinių plokštelių, apvyniotų apvijomis (6, 7), kurio laisvieji galai standžiai sujungti su virpesių koncentratoriumi-sonotrodu (2), pagamintu iš ištisinio feromagnetinio-magnetostriktorinio metalo.
- Sistema pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo kad virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2) temperatūriniam režimui valdyti elektromechaniniame keitiklyje (1) yra naudojama apvija (7), maitinama aukšto dažnio kintamos srovės elektriniu signalu iš virpesių sužadinimo generatoriaus (8).
- Sistema pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2) virpesių režimui valdyti elektromechaniniame keitiklyje (1) yra naudojama apvija (6), maitinama nuolatinės srovės elektriniu signalu iš virpesių sužadinimo generatoriaus (8).
- Sistema pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad virpesių ir temperatūros jutiklis (11) tvirtinamas prie virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2) darbinės dalies, kuris grįžtamu ryšiu prijungtas prie sužadinimo ir valdymo generatoriaus (8).
- Sistema pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad tarp elektromechaninio keitiklio (1) ir virpesių koncentratoriaus-sonotrodo (2) sumontuota skystį izoliuojanti tarpinė (3).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021551A LT7015B (lt) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema |
| EP22164066.7A EP4166245B1 (en) | 2021-10-13 | 2022-03-24 | System for the formation of microstructures in polymeric materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021551A LT7015B (lt) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2021551A LT2021551A (lt) | 2023-04-25 |
| LT7015B true LT7015B (lt) | 2023-08-10 |
Family
ID=81325488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2021551A LT7015B (lt) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4166245B1 (lt) |
| LT (1) | LT7015B (lt) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7275440B2 (en) * | 2004-11-18 | 2007-10-02 | Sulphco, Inc. | Loop-shaped ultrasound generator and use in reaction systems |
| CN107931079B (zh) * | 2017-12-04 | 2019-11-22 | 西安理工大学 | 一种超磁致伸缩旋转超声振动装置 |
-
2021
- 2021-10-13 LT LT2021551A patent/LT7015B/lt unknown
-
2022
- 2022-03-24 EP EP22164066.7A patent/EP4166245B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4166245A1 (en) | 2023-04-19 |
| LT2021551A (lt) | 2023-04-25 |
| EP4166245B1 (en) | 2024-02-28 |
| EP4166245C0 (en) | 2024-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4049453B2 (ja) | 超音波装置 | |
| US3438428A (en) | Method for maintaining a vibratory tool at a controlled temperature | |
| JP3042943B2 (ja) | 熱可塑性材料またはコーティングの互いに対面する表面の表面融着により封止を行う装置および方法 | |
| EP1195460A3 (en) | Ultrasonic cleaning apparatus and ultrasonic cleaning method | |
| JPH072231A (ja) | 超音波シール装置 | |
| WO2008080888A1 (en) | Device for producing ultrasonic vibrations | |
| JP4088665B2 (ja) | 超音波発生方法及び装置 | |
| LT7015B (lt) | Mikrostruktūrų formavimo polimerinėse medžiagose sistema | |
| TW202203478A (zh) | 帶有支柱結構之壓電裝置及其製造方法 | |
| US3466017A (en) | Ultrasonic wave generator | |
| Roy et al. | Development of frequency tunable fluid loaded pmuts | |
| Gallego-Juárez et al. | Development of industrial models of high-power stepped-plate sonic and ultrasonic transducers for use in fluids | |
| Irfan et al. | Analysis of hot heat exchangers performance of thermoacoustic energy converter | |
| FI68986B (fi) | Foerfarande foer alstrande av akustiska svaengningar och en akstisk svaengningskaella foer genomfoerande av foerfarande t | |
| JP2007075686A (ja) | 圧力波発生装置及び圧力波発生装置の駆動方法 | |
| KR20170057658A (ko) | 고효율 초음파 진동자 | |
| WO2018123749A1 (ja) | 振動発電装置 | |
| EP4368565A1 (en) | System for formation of microstructures in polymeric materials with 2d piezoelectric drive | |
| Guo et al. | A piezoelectric single-crystal ultrasonic microactuator for driving optics | |
| TWI421129B (zh) | 工業超音波噴灑裝置 | |
| JP4617710B2 (ja) | 圧力波発生素子 | |
| CN111512645A (zh) | 热激励型的声波产生装置及声波产生系统 | |
| JP2003145297A (ja) | 成形固化装置及び方法 | |
| KR101593177B1 (ko) | 초음파 융착기의 구동장치 | |
| JP4635825B2 (ja) | ハンダ塗布装置およびハンダ塗布方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20230425 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20230810 |