Düşük-Viskoziteli Sıvılar: Damlama Kontrolü - Genişletilmiş İnceleme

İnce sıvılarda özel bir sahtekârlık vardır. O kadar isteyerek, o kadar sessizce akıyorlar ki operatör sürecin kontrol altında olduğunu sanıyor. Otuz-santipoise'de bir astar, yirmide bir aktivatör, onbeş-'de ince bir UV uyumlu, bunlar, pistona gözle görülür şekilde direnç gösteren dolgulu bir epoksi ile karşılaştırıldığında "kolay" malzemeler gibi görünür. Ancak yine de, sektör genelinde düşük-viskoziteli dağıtım neredeyse tüm diğer kategorilerden daha sessiz saha arızalarına neden olur. Bunun nedeni sıvının itilmesinin zor olması değildir. İttirilmesi çok kolay ve siz ona söylediğiniz anda durmayı reddediyor.

Bir atıştan sonraki anı düşünün. Vana kapanır. Robot iğneyi milimetrenin onda ikisi kadar kaldırıyor. Kalın bir macun üzerinde yüzey gerilimi ve akma gerilimi sıvıyı yerinde tutar; nokta hafif kubbeli, itaatkar bir şekilde oturuyor. İnce bir astar üzerinde, delik duvarına yapışan bir sıvı şeridi tarafından beslenen küçük bir sıvı sütunu, delik içinde asılı kalır. Delik aslında küçük bir kılcal rezervuar gibi davranır. Komut sona erdi ancak menisküs hala rahatlıyor. Bir saniyeden kısa bir süre sonra, bir uydu boncuğu ayrılır ve - bazen parçanın üzerine, bazen fikstürün üzerine, bazen de hiçbir şeyin üzerine düşer ve geride yalnızca UV incelemesi altında yeniden ortaya çıkacak hafif bir sis kalır. Bu "ikinci damladır" ve optik kaplamaların, sensör astarlarının ve tıbbi kateter ön ıslatmalarının-banıdır.

Nedenini anlamak için sezgiyi bırakıp kılcal matematiğe gitmemiz gerekiyor. Sıvının delik duvarı boyunca tutunma uzunluğu, serbest bir yüzey için kabaca kılcal uzunluk λ=√( / (ρg)) ile ölçeklenir, ancak dar bir tüp içinde ilgili miktar Washburn penetrasyonudur: sıvı, x(t) ∝ √( ·r·cosθ / (2η)) · √t ön konumuyla yerçekimine karşı deliğin içine doğru ilerler. 0,2 mm iç çaplı bir delik için, ≈ 30 mN/m, η ≈ 0,03 Pa·s, ıslatma cephesi, atışlar arasındaki boş pencerede birkaç on mikron yeniden-ileri gidebilir. Elektro-parlatma burada parlaklığı açısından değil temas açısı açısından önemlidir: kaba frezelenmiş bir duvar (Ra 0,5 µm) temas hattını sabitler, cosθ daha yüksektir ve ıslatma uzunluğu artar. Elektro-cilalı bir duvar (Ra < 0,2 µm), temas hattının geri çekilmesine, cosθ'nın düşmesine ve tutulan kolonun kısalmasına izin verir. Yani damlamaya karşı ilk kaldıraç basınç değil - duvar kaplamasıdır.

İkinci kaldıraç dirençtir. Daha uzun bir iğne basınç düşüşü sağlar. Bir tüpteki laminer akış için, ΔP=8μLQ / (πr⁴). İğneyi 18 mm'den 28 mm'ye uzattığınızda, aynı akış hızı için viskoz direnci yaklaşık %55 oranında artırırsınız; bu, sıvı sütununun atış sonrası elastik geri tepmesinin, dışarı damlamadan önce daha fazla sürtünmeyi yenmesi gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle uzun iğneler (25–30 mm) ince astarlar için klasik seçimdir. Ancak uzunluk şeytanla yapılan bir pazarlıktır: akışı sönümleyen aynı konsol aynı zamanda kaldırma sırasında da esner. Sapma δ ≈ F·L³/(3EI); 18 mm'den 28 mm'ye çıkmak L³'yi neredeyse 3,8 kat artırır, böylece uç daha fazla sallanır ve sallanan uç küçük bir boncuğu yana doğru fırlatır. Deneyimli proses mühendisi bu nedenle yalnızca "uzun bir iğne kullanmaz"; hala yeterli direnç sağlayan en kısa uzun iğneyi - tipik olarak 25 mm - seçerler ve iç çap yalnızca 0,2 mm olduğunda bile dış çapı 0,5-0,6 mm'de tutarak sapı sertleştirirler.

Üçüncü kaldıraç geri çekilir-ve çoğu ayarın gerçekte gerçekleştiği yer burasıdır. Pozitif atış darbesinden sonra, 6-10 ms boyunca -0,02 ila -0,04 MPa'lık kısa bir negatif basınç, menisküsü kabaca 0,1-0,3 mm deliğin içine geri çeker. Çok az olursa kolye kalır; çok fazla ve deliğin içine hava kabarcıkları çekersiniz, bu da bir sonraki atışta tükürür. Dar bir pencere vardır ve viskoziteyle birlikte değişir: 15 cP'lik bir aktivatör -0,025 MPa'da ~6 ms ister; 40 cP'lik ince bir epoksi, -0,035 MPa'da ~10 ms ister. Bunu "hissetmek" yerine, malzeme bazında-günlüğe kaydetmek, sabit bir hattı, her Pazartesi yeniden ayar yapan bir hattan-ayıran şeydir.

Yerde, ritüelin tamamı neredeyse törensel görünüyor. Rezervuar sabit bir-kafa regülatörü ile monte edilmiştir, böylece şırınga boşalırken tahrik kafası dolaşmaz - sıvı seviyesindeki sadece 5 mm'lik bir değişiklik hidrostatik katkıyı ~50 Pa kadar değiştirir, bu da bir uyduyu dürtmeye yeterlidir. Basınç kasıtlı olarak 0,1 MPa'nın altında tutulur; Daha büyük bir nokta elde etmek için baskıyı artırmak yerine atış süresi uzatılır. Uç, her 300 çekimde bir, IPA'ya batırılmış (hiçbir zaman ıslatılmamış) tüy bırakmayan bir çubukla silinir, çünkü ıslak uç yüzü temas açısını azaltır ve yapışmaya davetiye çıkarır. Herhangi bir üretim çalıştırmasından önce, 50-atışlık bir folyo testi gerçekleştirilir: düz bir alüminyum folyoya elli kaldırma, büyütülmüş inceleme, geçilecek sıfır uydu. Tek bir iplik bile belirirse geri emme, kaybolana kadar 1 ms'lik artışlarla adımlanır.

Otomotiv LiDAR pencereleri için 20 cP hidrofobik astar dağıtan bir kaplama hattını hatırlıyorum. 0,12 MPa'da, kısa atışlarda çalıştılar ve parçalar siyah-ışık taramasından geçene ve soluk astar sisi çiller gibi aydınlanana kadar kimsenin "göremediği" %5'lik bir damlama oranını kabul ettiler. Ekip ilk olarak daha dar bir deliğin damlamayı tıkayacağını umarak 0,1 mm'lik daha küçük bir iç çap denedi. - yaptı ve her 400 atışta bir hemen eser parçacıklarla tıkandı. 0,2 mm iç çapa geri dönmek, iğneyi 25 mm'ye uzatmak, basıncı 0,08 MPa'ya düşürmek ve 8 ms -0,03 MPa emme-geri ayarlamak, üç-vardiyalı bir denemede damlamayı sıfıra getirdi. Ayrıca yakındaki bir soğutma fanından gelen ortam hava akışının, soluk bir ipliği yeniden oluşturmaya yetecek kadar uç salınımı eklediğini de keşfettiler; küçük bir akrilik bölme hiçbir parametrenin çözemediği sorunu çözdü.

Maliyet çerçevesi incelikli. "Görünmez" bir damlamanın maliyeti yine de: siyah-ışıkla yeniden işleme, buğulu optiklerden kaynaklanan hurda ve inceleme süresi. 6.000 UPH'de ve %5'lik reddetmede, bu saatte kabaca 300 reddedilen parça anlamına geliyordu ve her biri yaklaşık 40 saniyelik manuel silme işlemi- gerektiriyordu. Uzun, elektro-cilalı paslanmaz nozüle geçiş, iğne başına 3 Yen eklendi ve 25.000'den fazla atışta yuvarlama hatası nedeniyle amorti edildi. Bunun intikamı bir günde değil - iki hafta sonra bütün bir teftiş istasyonunun ortadan kaybolmasıyla oldu.

Tezgahın ötesinde, belirtilmeye değer daha derin bir prensip var: İnce-sıvı dağıtımı hiçbir zaman tek başına bir basınç sorunu değildir; bu bir enerji-depolama sorunudur. Delik, her atıştan sonra bir miktar elastik + kılcal enerji depolar; eğer aktif olarak geri kazanmazsanız, sıvı onu başıboş bir damla olarak harcayacaktır. Elektropolisaj depolananları azaltır; uzunluk serbest bırakılmasına direnir; geri çekmek-onu kurtarır. Üç kaldıraç, bir menisküs.

İleriye baktığımızda, milisaniyenin altında-kapama- özelliğine sahip piezo-tahrikli mikro-valfler, bu uzun paslanmaz nozüllerle eşleşmeye başlıyor ve döngüyü nanolitre ölçeğinde kapatıyor. Görüş sistemleri kaldırma sırasında deliği izler ve emme işlemini gerçek zamanlı olarak-geri ayarlar. Ve iğnenin kendisi, gömülü bir etiketle birlikte, bir gün N atıştan sonra ıslanma-uzunluk sapmasını bildirecek ve ilk uydu ortaya çıkmadan önce temizliğin yapılmasını sağlayacak. Ancak bugün için, pek de göz kamaştırmayan gerçek geçerli: Uzun, pürüzsüz, iyi-ayarlanmış bir paslanmaz püskürtme ucu, ince bir sıvının davranışını sağlamanın hala en sessiz yoludur.