Microactuator : Disenyo, Paggawa, Mga Uri at Mga Aplikasyon Nito

Sa pangkalahatan, ang isang actuator ay gumagamit ng isang mapagkukunan ng enerhiya para sa paglipat o pagkontrol ng mga mekanikal na bahagi. Ang mga ito ay madalas na matatagpuan sa iba't ibang mga makina at mga de-kuryenteng motor . Sa loob ng maraming taon, ang iba't ibang uri ng mga mekanikal na aparato ay pinaliit, bagaman ang pamamaraang ito ay karaniwang nangangailangan ng napakaliit na bahagi ng indibidwal. Noong ika-21 siglo, binuo ang mga microactuator kung saan pangunahing ginagamit ang mga prosesong pang-industriya tulad ng micromachining at lithography para gumawa ng microactuator. Tinatalakay ng artikulong ito ang isang pangkalahatang-ideya ng a microactuato r – nagtatrabaho sa mga application.

Kahulugan ng Microactuator

Ang isang microscopic servomechanism na ginagamit upang mag-supply at magpadala ng nasusukat na dami ng enerhiya para sa system o ibang mekanismo na operasyon ay kilala bilang microactuator. Tulad ng isang pangkalahatang actuator, ang isang microactuator ay kailangang matugunan ang mga pamantayang ito tulad ng mabilis na paglipat, malaking paglalakbay, mataas na katumpakan, mas kaunting paggamit ng kuryente, atbp. Ang mga actuator na ito ay magagamit sa iba't ibang laki na nag-iiba mula sa millimeters hanggang micrometer, ngunit kapag sila ay naka-package, maaari silang makamit ang buong sukat sa sentimetro,

Kapag nabuo na ang mekanikal na paggalaw ng mga solido, ang mga karaniwang displacement ng mga actuator na ito ay mula sa nanometer hanggang millimeters. Katulad nito, ang karaniwang mga rate ng daloy na nabuo para sa mga actuator na ito ay mula sa picoLiter o minuto hanggang microLiter o mga hanay ng minuto. Ang diagram ng Microactuator ay ipinapakita sa ibaba.

Konstruksyon ng Micro Actuator

Ang mga sumusunod na figure ay nagpapakita ng tatlong thermal microactuator na disenyo ng biomaterial actuator, bent-beam actuator at flexure actuator. Ang disenyo ng thermal mga actuator na may isang solong materyal ay simetriko na kilala bilang bent-beam o V-shaped.

Kasama sa bi-material actuator ang mga materyales na may iba't ibang thermal expansion coefficient at gumagana nang pantay sa isang bimetallic thermostat. Sa tuwing nagbabago ang temperatura dahil sa isang naka-embed na heater sa actuator, maaaring gumalaw ang microactuator dahil sa pagkakaiba-iba sa loob ng pagpapalawak na nauugnay sa pagkakaiba-iba sa loob ng temperatura.

Kasama sa bent-beam actuator ang mga angled legs na nakakatulong sa pagpapalawak kapag pinainit at nagbibigay ng lakas at displacement na output. Ang flexure actuator ay asymmetric na may kasamang mainit na braso at malamig na braso. Kasama sa mga actuator na ito ang mga asymmetric na binti na nakayuko sa ibabaw dahil sa differential expansion kapag pinainit.

Paggawa ng Microactuator

Ang gumaganang prinsipyo ng isang Microactuator ay upang makabuo ng mekanikal na paggalaw ng mga likido o solid kung saan ang paggalaw na ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagpapalit ng isang anyo ng enerhiya patungo sa isa pang enerhiya tulad ng mula sa thermal, electromagnetic, o elektrikal patungo sa kinetic energy (K.E) ng mga movable na bahagi. Para sa karamihan ng mga actuator, ginagamit ang iba't ibang mga prinsipyo ng pagbuo ng puwersa tulad ng piezo effect, bimetal effect, electrostatic forces at shape memory effect. Tulad ng isang pangkalahatang actuator, kailangang matugunan ng isang microactuator ang mga pamantayang ito tulad ng mabilis na paglipat, malaking paglalakbay, mataas na katumpakan, mas kaunting paggamit ng kuryente, atbp.

Kasama sa mechanical actuator ang power supply, transduction unit, actuating element, at output action.

• Ang power supply ay Electrical current/boltahe.
• Ang transduction unit ay nagko-convert ng tamang anyo ng power supply sa ginustong anyo ng mga aksyon ng actuating element.
• Ang actuating element ay isang bahagi o materyal na gumagalaw sa pamamagitan ng power supply.
• Ang pagkilos na output ay karaniwang nasa isang iniresetang galaw.

Mga Uri ng Microactuator

Available ang mga microactuator sa iba't ibang uri na tinatalakay sa ibaba.

• Thermal Microactuator
• MEMS Microactuator
• Electrostatic Micro Actuator
• Piezoelectric

Thermal Microactuator

Ang thermal microactuator ay isang karaniwang bahagi na ginagamit sa Microsystems. Ang mga sangkap na ito ay pinapagana ng kuryente sa pamamagitan ng pag-init ng Joule kung hindi man ay optically activated sa pamamagitan ng paggamit ng laser. Ang mga actuator na ito ay ginagamit sa mga disenyo ng MEMS na kinabibilangan ng mga nanopositioner at optical switch. Ang mga pangunahing benepisyo ng mga thermal microactuators ay higit sa lahat ay kinabibilangan ng mas kaunting operating voltages, mataas na henerasyon ng puwersa, at mas kaunting vulnerability sa adhesion failures kumpara sa mga electrostatic actuator. Ang mga actuator na ito ay nangangailangan ng higit na kapangyarihan at ang kanilang mga bilis ng paglipat ay limitado sa mga oras ng paglamig.

Para sa pagdidisenyo at pagsubok sa mga microactuator na ito, isang malawak na hanay ng trabaho ang kailangang gawin. Kaya ang mga microactuator na ito ay idinisenyo gamit ang iba't ibang pamamaraan ng microfabrication tulad ng pagpoproseso ng silicon-on-insulator at micromachining sa ibabaw. Ang mga application ng microactuators ay pangunahing kasama ang tunable impedance RF network, micro-relays, napakatumpak na instrumentong medikal, at marami pa.

MEMS Microactuator

Ang MEMS microactuator ay isang uri ng Micro Electro Mechanical System at ang pangunahing tungkulin nito ay upang baguhin ang enerhiya sa paggalaw. Pinagsasama ng mga actuator na ito ang mga de-koryente at mekanikal na bahagi na may mga sukat ng micrometer. Kaya, ang karaniwang mga galaw na natamo ng mga actuator na ito ay mga micrometer. Ang mga MEMS microactuator ay pangunahing ginagamit sa iba't ibang mga application tulad ng mga ultrasonic emitters, optical beam deflection micromirrors at camera focus system. Kaya ang mga uri ng microactuators ay pangunahing ginagamit upang makabuo ng isang kinokontrol na pagpapalihis.

Electrostatic Micro Actuator

Ang isang microactuator driving units na pinapatakbo sa pamamagitan ng electrostatic force ay kilala bilang isang electrostatic microactuator. Ang electrostatic microactuator ay nagiging pinakamahalagang building block sa loob ng mga computing system at optical signal processing dahil sa mataas nitong density, maliit na sukat, mababang paggamit ng kuryente at mataas na bilis. Sa pangkalahatan, ang prinsipyo ng operasyon sa loob ng mga system na ito ay maaaring ipaliwanag bilang electrostatic na kaakit-akit na enerhiya na nagdudulot ng mekanikal na rebolusyon, conversion o mirror plate deformation, pagkontrol sa phase, power, o direksyon ng light beam kapag nagpapadala ito sa ilang libreng espasyo o medium.

Sa ganitong uri ng microactuator, ang bawat unit sa pagmamaneho ay may kasamang parang alon na mga electrodes kung saan ang mga electrodes na ito ay hinihila at insulated mula sa isa't isa sa pamamagitan ng electrostatic force. Ang ganitong uri ng actuator deformation ay pangunahing nakadepende sa electrostatic force, sa panlabas na puwersa at sa elasticity ng istraktura.

Ang galaw ng actuator na ito ay nasuri lang sa pamamagitan ng FEM (finite-element method) at ang macro model ng actuator na ito ay ginawa para i-verify ang paggalaw nito. Kaya, nakumpirma na ang maliwanag na pagsunod ng actuator ay maaaring kontrolin ng isang feedback control system gamit ang capacitive displacement sensing at electrostatic driving.

Piezoelectric Micro Actuator

Ang mga piezoelectric microactuators ay napaka sikat at pinakamadalas na ginagamit sa iba't ibang larangan. Ang mga ito ay dinisenyo sa pamamagitan ng pag-mount ng mga elemento ng piezoelectric sa ibabaw ng bawat isa. Kapag ang isang boltahe ay ibinigay sa magkabilang panig ng mga elementong ito, maaari silang lumawak. Ngunit ito ay may isang kumplikadong istraktura kaya ito ay kumplikado upang mag-assemble. Ang piezoelectric micro-actuator ay ginagamit sa iba't ibang servo control system upang magbigay ng ultra-tumpak na pagpoposisyon at kompensasyon na may potensyal.

Mangyaring sumangguni sa link na ito upang malaman ang tungkol sa a Piezoelectric Actuator .

Mga Kalamangan at Kahinaan

Ang Mga pakinabang ng microactuators isama ang mga sumusunod.

• Ang mga benepisyo ng thermal microactuators ay mas kaunting operating voltages, ang pagbuo ng puwersa ay mataas, at mas kaunting susceptibility sa adhesion failures kung ihahambing sa mga electrostatic actuator.
• Available ang mga microactuator sa mas maliit na sukat, na may mas kaunting paggamit ng kuryente at mas mabilis na sistema ng pagtugon.

Ang mga disadvantages ng microactuators isama ang mga sumusunod.

• Ang mga thermal microactuator ay nangangailangan ng higit na kapangyarihan.
• Ang bilis ng paglipat ng mga thermal microactuators ay limitado ng mga oras ng paglamig.

Mga Aplikasyon ng Microactuator

Ang mga aplikasyon ng microactuators ay kinabibilangan ng mga sumusunod.

• Ang Microactuator ay isang maliit na aktibong aparato na ginagamit upang makagawa ng mekanikal na paggalaw ng mga likido/ solid. Dito nabubuo ang paggalaw sa pamamagitan ng pagpapalit ng isang anyo ng enerhiya sa isa pang anyo.
• Ang mga microactuator ay naaangkop sa microfluidics para sa Lab-on-a-Chip at Implantable Drug Delivery System.
• Ito ay isang microscopic servomechanism na nagpapadala at nagbibigay ng nasusukat na dami ng enerhiya para sa isa pang operasyon ng system/mekanismo.
• Ginagamit ang mga microactuator para sa pagbuo ng maliliit na salamin para sa mga projector at display.
• MEMS Ang mga microactuator ay pangunahing ginagamit sa iba't ibang mga application tulad ng mga ultrasonic emitters, camera focus system at optical beam deflection micromirrors.
• Ang puwersa na ginawa ng isang electric microactuator ay pangunahing ginagamit upang makabuo ng mga mekanikal na deformation sa loob ng materyal na interes.

Kaya, ito ay tungkol sa lahat isang pangkalahatang-ideya ng Microactuator na may kakayahang magsagawa ng mga gawain ng kumbensyonal na tool sa loob ng macroworld, gayunpaman, ang mga ito ay napakaliit sa laki at nagbibigay-daan sa higit na katumpakan. Pangunahing kasama sa mga halimbawa ng micro actuator ang isang optical matrix switch na kinokolekta gamit ang torsional micromirrors na itinutulak sa pamamagitan ng electrostatic force, isang microactuator na ginagamit para sa microwave antenna scanning, isang microactuator na may thin film memory alloy at 3-dimensional microstructure self-assembly na may scratch drive microactuators. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang MEMS?