Mikro dağıtım - Microdispensing

Mikro dağıtım bir mikrolitreden daha küçük hacimlerde sıvı ortam dozajları üretme tekniğidir. Hemen hemen tüm teknik alanlarda devam eden minyatürleştirme, endüstri, geliştirme ve araştırma tesisleri için sürekli zorluklar yaratır. Mikro dağıtım bu zorluklardan biridir. Her zamankinden daha az miktarda yapışkan, sıvı, yağ, gres ve çok sayıda diğer ortam, kısa döngü süreleri ile dozaj ve yerleştirmede güvenilir ve doğru bir şekilde dağıtılmalıdır. Tutkal, reaktifler veya diğer maddeler gibi sıvıların hassas konumlandırılması ve miktarı, tıbbi bir cihazın genel kalitesi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Birkaç örnek:

50 pikolitre kadar küçük bir miktara sahip mikro dozaj sistemleri
Silikon kaplama iğneleri ve diğer yüzeyler için yapıştırıcılar ve püskürtme sistemleri ile kullanım için hacimsel sistemler

Mikro dağıtma, isteğe bağlı soda aroması gibi tıbbi olmayan uygulamalarda da kullanılır ( Coca-Cola Serbest Stil ve Pepsi Spire ), mürekkep püskürtmeli yazıcı, ve 3 boyutlu baskı.

Dağıtım teknikleri

İki temel dağıtım tekniği vardır: klasik temaslı dağıtım ve temassız dağıtım.

İletişim dağıtımı

Temaslı dağıtımda damla, bir nozülün çıkışında oluşur ve damla hala nozül üzerindeyken temasla birikir. Teknik, büyük bir kapta saklanan bir ortamı daha küçük miktarlara bölme isteği kadar eskidir. Bunun iyi bir örneği, bir tüp ile yapıştırıcı uygulamaktır: Yapıştırıcıyı uygulamak için, tüpün ucu ile yapışkan boncuğunun aktarılacak kısmı arasında temas gerekir. Bu yöntemin dezavantajları vardır:

Yavaş dağıtım
Parçaya dokunulmalı
Parça hasar görebilir
Yapışkan form iplikleri
Yapıştırıcı beklenen yerde değil
Yapışkan miktarlarının yeniden üretilmesi zordur

Tüm bu dezavantajlara rağmen, kontak dağıtım günümüzde otomatikleştirilmiş işlemlerin çoğunda şu nedenlerden dolayı hala kullanılmaktadır:

Temassız dağıtım sistemleri hakkında bilgi eksikliği
Temassız dağıtım sistemleri için az sayıda üretici
Dağıtım alanına doğrudan erişim yok (örn. Alttan kesmeler)
Ortam temassız dağıtılamaz
Ortama stress olmadan dağıtım mümkündür
Özellikle boncuk dağıtımında daha hassas dağıtım
Çoğu durumda temizlenmesi basittir

Temaslı dağıtım için tipik teknolojiler

Dişli pompası

yüksek frekanslı titreşim
yüksek performans
her zaman vanalar
katı madde mümkün değil

Basınç-zaman sistemleri

birçok bileşen
miktar ve kontrolün pragmatik değerlendirmesi
Ekle. güç kaynağı: hava
hacim akışı basınca, zamana ve sıcaklığa bağlıdır

Temassız dağıtım (Püskürtme)

Temassız dağıtımda, damla aynı zamanda bir nozülün ucunda da oluşur, ancak hedef alandan yeterince uzakta, damlanın çarpmadan önce nozülden ayrıldığı kadar uzaktadır. Bu da bir tüpten sıvı fışkırtmak kadar eski bir tekniktir.

Neredeyse tüm üretim alanlarında döngü süresi ve doğruluk açısından artan gereksinimler nedeniyle, temassız dağıtım sürekli olarak önem kazanmaktadır. Bunun güzel bir örneği, çok küçük elektronik parçaların (SMD parçaları) baskılı devre kartlarına ve alt tabakalara bağlanmasıdır. Bunun için parça taşıyıcının yalnızca bir düzlemde konumlandırılması gerekir - bundan sonra yapıştırıcı temassız olarak aktarılabilir. Aşağıdaki örnekler, temassız dağıtımın avantajlarını göstermektedir:

Parçaya besleme hareketinin kaldırılması
Yapıştırıcının çıkarılmasıyla zaman tasarrufu
Parça ile temas yok (hasar yok)
Parça topografyası ve yüzey yapısından bağımsız olarak yapışkan topoğrafyanın eşit yayılması

Temassız dağıtım iki farklı yönteme ayrılabilir:

Jet oluşturan dağıtım
Dinamik damla dağıtımı

Jet oluşturan dağıtım

Meme çıkışındaki bir ortamın akış hızı, sıvının nozülden ayrılması üzerindeki yerçekimi ve yüzey geriliminin etkilerinin ikincil öneme sahip olduğu kadar yüksek olduğunda jet oluşturucu dağıtım mevcuttur. Bu durum, Weber numarası:

{displaystyle mathrm {We} = {frac {ho v ^ {2} D} {sigma}}}

nerede

${displaystyle ho}$	: Sıvı yoğunluk (kilogram /m³)
${displaystyle v}$	: Jet hız (m /s )
${displaystyle D}$	: Nozul çapı (m)
${displaystyle sigma}$	: Yüzey gerilimi (N / m)

Damla ve jet oluşturma arasındaki fiziksel sınır çizgisi Weber sayısı 8 civarındadır. Bu noktada akan ortamın dinamik basıncı, damlanın yüzey geriliminden gelen basıncı aşar ve bu nedenle nozüle yapışır. Bu geçiş aşaması, damla durumundan sürekli bir su jeti oluşana kadar akışı kademeli olarak artırarak bir su musluğunda gösterilebilir. Bununla birlikte, bu durumda Weber sayısı, nozülün jet çıkış koşulları nedeniyle açıkça 8'in üzerindedir.

Weber sayısını kullanarak, jet oluşturma koşulları için kütle akışının teorik alt sınırı bulunabilir. Gerçek uygulamalarda, güvenli bir dağıtım sürecini garantilemek için seçilen gerçek Weber sayılarının 20 ile 50 arasında olması gerekir.

Nozüldeki sıvı akış hızının hesaplanmış bir tahmini için, Newtoncu akış davranışına sahip sıvılar için, kapiler sıvı akışı için formül, Hagen – Poiseuille yasası kanıtlanmış.

{displaystyle Q = {frac {Delta Ppi r ^ {4}} {8mu L}}}

${displaystyle Q}$	: Hacimsel akış hızı
${displaystyle Delta P}$	: Nozul girişi ile nozul çıkışı arasındaki basınç farkı
${displaystyle r}$	: Nozul yarıçapı
${displaystyle mu}$	: Dinamik viskozite
${displaystyle L}$	: Nozul uzunluğu

Nozül çıkışında sıvının püskürtülmesini önlemek için, nozüldeki sıvı akışı laminer olmalıdır; Reynolds sayısı Memenin (Re) değeri, kritik Reynolds sayısı memenin:

{displaystyle Re

Memenin Reynolds sayısı:

{displaystyle Re = {frac {ho vD} {mu}}}

{displaystyle mu}

: Dinamik viskozite

Memenin kritik Reynolds sayısı:

{displaystyle 1800lessapprox Re_ {crit} lessapprox 2400}

Böylece, jet oluşturucu dispersiyonun teorik aralığı, alt sınırında Weber sayısı ve üst sınırında kritik Reynolds sayısı ile çevrelenmiştir. Pratik uygulamalar için, akışkan jetinde yüksek kinetik enerji arzu edilmez, çünkü jet muhtemelen patlayacak ve hedef nokta etrafına küçük damlacıklar saçacaktır. Jet oluşturucu dağıtma sistemleri bu nedenle genellikle daha düşük Weber sayıları alanında çalıştırılır.

Uygulamada, Weber sayısının hesaplanması, katkı maddeli sıvılar kullanıldığında daha karmaşık hale gelir; bu, Newtoncu olmayan (yani tiksotropik) bir akış davranışı gösterir ve bu nedenle, nozülden akış sırasındaki viskozite farklıdır.

Dinamik damla dağıtımı

Dinamik damla dağıtımı, sıvı ortamın statik basıncı bir sıvı jeti oluşturmak için yetersiz olduğundan, nozül çıkışından bir damlanın dinamik bir işlemle ayrılmasıyla karakterize edilir.

İyi bilinen bir örnek mürekkep püskürtmeli yazıcı. Bu uygulamada, bitişik memeye sahip küçük bir dağıtım odasının hacmi, kısa bir itme ile azaltılır ve bu suretle mürekkep, nozülden püskürtülür. Nozül odası, nozül ve mürekkep haznesi bu şekilde aralarında herhangi bir vana olmaksızın akışkan olarak bağlanmıştır. Dağıtım işlemi sırasında, ortamın bir kısmı da ters yönde (rezervuara geri) akmaktadır. Nozül çıkışındaki sıvının yüzey gerilimi, dağıtım odası tekrar doldurulduğunda havanın emilmesini ve sıvının nozülden çıkmasını engeller. Bu işlemin prensibi yalnızca düşük viskoziteli sıvılar için yararlıdır ve bu ilke daha yüksek sıvı basınçları için geçerli değildir.

Mürekkep püskürtmeli sistemler aşağıdaki doğal özelliklere sahiptir:

• Çok küçük tek damla hacimleri elde edilebilir (8 pikolitre)
• Yüksek dağıtım frekansları gerçekleştirilebilir (bazı kHz)
• Seri üretim için düşük maliyetler
• Yalnızca belirli düşük viskoziteli ortamlar verilebilir (yani uçucu ortam yok)
• Prensip olarak sızdırmaz değil

Endüstriyel üretim için, çoğu uygulama için mürekkep püskürtme sistemlerinin dağıtım miktarları ve viskozite spektrumları aralığı çok küçüktür. Bu üretim alanlarında bunun yerine özel olarak tasarlanmış yüksek dinamik basınçlı itici tahrikli valfler kullanılmaktadır. Bu mikro dağıtım sistemleri aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:

• 10 ila 200 nanolitre arasında tek damla hacimleri
• 100 Hz'ye kadar dağıtım frekansları
• Dağıtım doğruluğu <% 1
• 200 Pa · s'ye kadar ortam viskoziteleri (tiksotropik)

Referanslar

Bu makale şu kaynaklara ait materyalleri kullanıyor: musashi-engineering.de