طراحی و ساخت عملگر تولید قطرات کوچک فلزی برای استفاده در روش قطره نشانی هدفمند

با توجه به دامنه کاربردی گسترده تولید و جانشانی قطره فلزی، نظیر نمونه سازی سریع، شکل دهی به کمک اسپری، سیستم های میکروالکترومکانیکی، مدارات الکتریکی و عملیات سطحی، عملگرهای مختلفی برای جانشانی قطره فلزی طراحی و ساخته شده است. فناوری هایی که تاکنون برای تولید و جانشانی قطره فلزی گسترش یافته است، عموما پیچیده، گرانقیمت و زمان بر بوده و قطره تولید شده توسط این فناوری ها نیز معمولا با عیوبی نظیر وجود حباب در قطره، پخش شدگی و ورقه ورقه شدن همراه است. در این پژوهش یک عمگر جدید برای تولید قطرات فلزی ارائه شده، که می تواند جایگزینی مناسب برای برخی از عملگرهای مرسوم باشد. از جمله اهداف این پژوهش می توان به تولید قطره هایی با قطر کمتر از 500 میکرومتر، یکنواخت، یک اندازه، کروی و تکرار پذیر اشاره نمود که با توجه به نوع طراحی آن، دارای انعطاف پذیری بالایی بوده و در بسیاری از کاربردهای عملگرهای تولید قطره می توان از آن استفاده کرد. عملگر طراحی شده در این پژوهش، از دو قسمت اصلی که عبارتند از واحد تولید کننده قطره و واحد موقعیت دهنده قطره، تشکیل شده است. در واحد تولید کننده قطره، یک کوره حرارتی فلز مورد نظر را ذوب کرده و یک شتاب دهنده، قطره فلزی را با اندازه و سرعت مطلوب پرتاب می کند و واحد موقعیت دهنده، آن قطره را به محل مورد نظر هدایت می کند. در این عملگر، از یک المنت حرارتی تسمه ای به منظور ذوب قلع استفاده شد و سپس به کمک یک ترانسدیوسر سلونوئیدی، نوسانات فشار منقطع به مذاب منتقل شده و در نتیجه هنگام خروج مذاب از نازل، قطره فلزی تولید می شود. در آزمایش های انجام گرفته، پارامترهای موثر بر تولید قطره نظیر دمای مذاب، موقعیت اولیه میله راهنما، دامنه حرکت ترانسدیوسر سلونوئیدی و فرکانس و ولتاژ اعمالی به ترانسدیوسر بر روند تولید قطره بررسی شده است. سپس میزان دقت عملگر در جانشانی قطره، با توجه به فاصله نازل عملگر از سطح جانشانی قطره بررسی شده است. نتایج تجربی نشان می دهد که عملگر ساخته شده، قادر به تولید قطره های فلزی با قطر کمتر از 550 میکرومتر بوده و با توجه به دقت آن در جانشانی قطره، می تواند برای بسیاری از کاربردهای یاد شده استفاده شود. در این پژوهش ابتدا روش های مختلف تولید قطره معرفی شده و سپس تئوری حاکم بر مسئله نیز ارائه می شود. در ادامه چگونگی طراحی یک عملگر تولید قطره فلزی و روش ساخت دستگاه مورد بررسی قرار می گیرد و در نهایت تست عملکرد آن برای بررسی پارامترهای موثر بر تولید قطره ارائه می شود. همچنین برخی از کاربردهای عملگر ساخته شده در لحیم کاری مدارات الکتریکی و نمونه سازی سریع نیز مورد بررسی قرار می گیرد.