عملية تصنيع عازل المرنة الأجهزة التنفيذية القائمة على السيليكون

الهدف العام من هذا الإجراء هو تصنيع مشغلات مرنة عازلة للكهرباء قوية. يوضح هذا الفيديو طريقة تصنيع مشغل في المستوى، يتكون من غشاء سيليكون مشدود على إطار.

مع وجود أقطاب كهربائية متوافقة مختومة على كلا الجانبين. وبفضل قوى التشغيل الكبيرة التي تتميز بها، تمتلك مشغلات الإيلاستومر العازلة العديد من التطبيقات المحتملة. ومع ذلك، فإن عمليات الإنتاج اليدوية المستخدمة في تصنيعها قد حدت من استخدامها في المنتجات التجارية.

تكمن الميزة الرئيسية لهذه التقنية في القدرة على تصنيع مشغلات ميكانيكية متينة وقابلة للتكرار وبأشكال محددة بدقة. ويسمح استخدام المطاط السيليكوني منخفض الفقد باستجابة تشغيل سريعة. وعلى الرغم من أن الإجراء يتناول تصنيع مشغل ميكانيكي، إلا أنه يمكن استخدام التقنية ذاتها لتصنيع مولدات المطاط العازلة كهربائياً ومجسات الانفعال القابلة للتمدد.

لبدء صب الطبقة المضحية، قم بقص ورقة بطول 400 millimeter من بولي إيثيلين تيريفثالات (polyethylene terephthalate) أو PET عالي الجودة بسمك 125 micron من اللفافة. ضع ركيزة PET على طاولة التفريغ ثم قم بتشغيل مضخة التفريغ. ضع أداة تطبيق قضيب التشكيل على طلاء الأفلام الأوتوماتيكي واضبط سرعة الطلاء على 5 millimeters في الثانية.

بعد ذلك، ضع 2 mL من محلول الطبقة المضحية أمام قضيب التشكيل وقم بتشغيل آلة الطلاء. بعد ذلك، اسحب أداة تطبيق الفيلم مع ترك مضخة التفريغ تعمل وترك ركيزة PET على لوحة التفريغ. اترك الطبقة لتجف في الهواء لمدة دقيقتين.

لصب غشاء السيليكون، أضف 15 grams من قاعدة السيليكون و 1.50 grams من عامل التشابك إلى وعاء الخلط. ثم أضف 10 grams من مذيب السيليكون لتقليل اللزوجة. اخلط مزيج السيليكون باستخدام الخلاط الكوكبي.

استخدم دورة خلط لمدة دقيقتين بسرعة 2,000 RPM متبوعة بدورة إزالة غازات لمدة دقيقتين بسرعة 2,200 RPM. بعد ذلك، اضبط ارتفاع الموزع العام على 225 microns. ضع الموزع في الجزء العلوي من ورقة PET واضبط سرعة موزع الغشاء على ثلاثة millimeters per second.

من الضروري الحصول على أغشية خالية من العيوب من خلال تجنب دخول جزيئات الغبار أثناء عملية الصب. ونقوم بذلك عبر العمل في بيئة نظيفة وتنظيف الركيزة بعناية قبل طلاء الغشاء. انقل 10 milliliters من خليط السيليكون من وعاء الخلط إلى ركيزة PET باستخدام حقنة.

قم بتشغيل المطبق الآلي لوضع السيليكون فوق كامل ركيزة PET. أوقف تشغيل المضخة وانتظر لمدة خمس دقائق للسماح للمذيب بالتبخر من الطبقة المصبوبة. انقل الغشاء إلى لوح زجاجي وضعه في الفرن لمدة 30 دقيقة عند 80 درجة مئوية.

بعد مرور 30 دقيقة، أخرج الغشاء من الفرن واتركه ليبرد في درجة حرارة الغرفة لمدة خمس دقائق إضافية. ثم غطِّه برقاقة رقيقة من PET لحماية السطح من الملوثات. قم بتجهيز الدعامة الممددة مسبقاً ودعامة الغشاء، ثم قص شطيرة غشاء السيليكون المصبوب/ركيزة PET كما هو موضح في البروتوكول المكتوب.

ثبّت الدعامة الممددة مسبقاً والمقطوعة بالليزر فوق دائرة غشاء السيليكون المقطوعة بحيث يكون الجانب اللاصق لأسفل، لضمان تلامس المادة اللاصقة مع سطح السيليكون. جهّز حماماً من الماء المغلي واغمر فيه المجموعة كاملة، بما في ذلك غشاء السيليكون والدعامة اللاصقة. وأثناء الغمر، قم بتقشير ركيزة PET بعيداً عن غشاء السيليكون بلطف وببطء حتى ينفصلا تماماً.

أخرج الغشاء السيليكوني من الحمام المائي واتركه ليجف. يمكن استخدام مسدس النيتروجين لتسريع عملية التجفيف. قم بقياس سمك الغشاء باستخدام مقياس تداخل الإرسال وفقًا لبروتوكول الشركة المصنعة.

اضبط جهاز التمديد المسبق على قطر 45 مليمتر وضع غشاء السيليكون الداعم الممدد مسبقاً على أصابع جهاز التمديد، بحيث يكون الجانب اللاصق متجهاً للأسفل. قم بقص الدعامة الممددة مسبقاً بين أصابع جهاز التمديد. بعد ذلك، ضع المسطرة الشعاعية على جهاز التمديد وقم بتدوير حلقة التمديد المسبق عكس اتجاه عقارب الساعة لزيادة قطر جهاز التمديد إلى 58.5 مليمتر من أجل تمديد الغشاء مسبقاً بشكل متساوٍ ثنائي المحور بمعامل 1.3.

بعد ذلك، قم بإزالة الغشاء الواقي من حامل غشاء PMMA للكشف عن المادة اللاصقة. ألصق حامل غشاء PMMA على سطح الغشاء الممدد مسبقاً. قم بالقص حول حامل الغشاء لفصل الغشاء الممدد مسبقاً عن أداة التمديد.

بعد ذلك، قم بقياس السمك النهائي للغشاء الممدد مسبقاً باستخدام مقياس تداخل الإرسال. ولإعداد آلة الطباعة بالوسادة، قم بتركيب الكليشيه الذي يحتوي على نمط القطب الكهربائي المطلوب على الكتلة المغناطيسية. ثم ضع كتلة الكليشيه فوق كوب الحبر المملوء بالحبر.

ثم قم بتركيب التجميعة في الجهاز. ضع لوحة المحاذاة على قاعدة الطابعة. ابدأ دورة طباعة على آلة الطباعة بالوسادات.

والذي سيقوم بتطبيق تصميم القطب الكهربائي على لوحة المحاذاة. افحص بصرياً تداخل القطب المطبوع والهيكل المرجعي المحفور للوحة المحاذاة. حرك منصة التدرج X-Y لتصحيح أي عدم محاذاة.

افحص بصرياً المحاذاة مع البنية المرجعية واستمر في تحريك موضع المنصة والأقطاب الكهربائية المطبوعة حتى يتم الحصول على تطابق تام للنمط المطبوع فوق البنية المرجعية. ضع غشاءً ممدداً مسبقاً على قاعدة الطابعة. ثم ابدأ دورة طباعة على آلة الطباعة بالوسادة (pad printing machine) لختم القطب الكهربائي فوق الغشاء.

قم بختم الغشاء مرتين لضمان الحصول على سمك كافٍ للقطب الكهربائي يبلغ حوالي أربعة ميكرونات. بعد تكرار عملية الطباعة حتى يتم ختم جميع الأغشية الممددة مسبقاً، ضع الأغشية التي تحمل القطب المختوم في فرن عند درجة حرارة 80 °C لمدة 30 دقيقة. ثم ضع أحد الأغشية المطبوعة مقلوباً على قاعدة الطابعة بحيث يكون الجانب الخلفي من الغشاء مكشوفاً.

ابدأ سلسلة من دورتي طباعة لتشكيل القطب السفلي. ولإكمال عمل المشغل الميكانيكي، ضع الأغشية في الفرن عند 80 °C لمدة 30 دقيقة لربط القطب السفلي تشابكياً. ولإنشاء الوصلات الكهربائية، قم أولاً بإزالة الغطاء الواقي لإطار المشغل الميكانيكي للكشف عن المادة اللاصقة.

ثم ضع قطعة من الشريط اللاصق بمقاس 18 مليمتر في 2.5 مليمتر على جزء إطار المشغل الذي سيتلامس مع القطب السفلي، واثنِها إلى جانب الإطار لتوفير تلامس كهربائي يمكن الوصول إليه. بعد ذلك، قم بتمرير إطار المشغل داخل حامل الغشاء واضغط بلطف على الغشاء بالأصابع ليلتصق بالمادة اللاصقة الموجودة في إطار المشغل. وباستخدام مشرط، اقطع الغشاء عند الحدود الفاصلة بين حامل الغشاء وإطار المشغل ثم قم بإزالة حامل الغشاء.

ضع قطعة ثانية من الشريط الموصل مقاس 18 مليمتر في 2.5 مليمتر على منطقة التلامس للقطب العلوي. وأخيراً، ضع سلكاً على كل قطعة من الشريط الموصل لإجراء اتصال كهربائي. قم بتوصيل السلكين بمصدر جهد عالٍ وقم بتطبيق إشارة مربعة بتردد 2 هرتز وبسعة 2 كيلوفولت.

تعتمد سماكة الفيلم الجاف لغشاء السيليكون المصبوب على إعداد الفجوة في أداة الطلاء وكذلك على سرعة الترميز. ويكون تأثير السرعة أكثر أهمية بالنسبة للأغشية الأكثر سماكة. ويظهر تطبيق مجال كهربائي يتجاوز 100 فولت لكل ميكرون عند تردد قدره 1 هرتز أن المشغل يمكنه تحقيق تشوهات كبيرة.

يظهر تمدد التشغيل القطري للمشغل اعتماداً تربيعياً بالنسبة لجهد التيار المستمر المطبق. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصنيع مشغلات المطاط العازلة المسطحة ذات أزمنة استجابة قصيرة. ومن مزايا استخدام المطاط السيليكوني منخفض الفقد الميكانيكي.

تتمثل النقطة الجوهرية في هذا الإجراء في القدرة على تصنيع مشغلات ميكانيكية قابلة للتكرار ذات أقطاب كهربائية محددة بدقة. وتوضح عملية التصنيع الخاصة بنا مساراً ممكناً نحو التصنيع واسع النطاق للمشغلات الميكانيكية المصنوعة من اللدائن المرنة العازلة للكهرباء.