Microattuatore: design, funzionamento, tipi e sue applicazioni

In genere, un attuatore utilizza una fonte di energia per spostare o controllare componenti meccanici. Questi si trovano frequentemente in varie macchine e motori elettrici . Per molti anni sono stati miniaturizzati diversi tipi di dispositivi meccanici, sebbene questa procedura normalmente richieda componenti molto più piccoli dell'individuo. Nel 21° secolo sono stati sviluppati microattuatori in cui processi industriali come la microlavorazione e la litografia vengono utilizzati principalmente per realizzare un microattuatore. Questo articolo discute una panoramica di a microattivato r – lavorare con le applicazioni.

Definizione del microattuatore

Un servomeccanismo microscopico utilizzato per fornire e trasmettere una quantità misurata di energia per il funzionamento del sistema o di un altro meccanismo è noto come microattuatore. Come un attuatore generale, un microattuatore deve soddisfare questi standard come commutazione rapida, ampia corsa, alta precisione, minor consumo energetico, ecc. Questi attuatori sono disponibili in diverse dimensioni che variano da millimetri a micrometri, ma una volta imballati possono raggiungere l'intera dimensione in centimetri,

Una volta generato il movimento meccanico dei solidi, gli spostamenti tipici di questi attuatori vanno da nanometri a millimetri. Allo stesso modo, le portate tipiche generate per questi attuatori vanno da picoLiter o minuti a microLitri o intervalli minuti. Il diagramma del microattuatore è mostrato di seguito.

Costruzione del micro attuatore

Le figure seguenti mostrano tre modelli di microattuatori termici: attuatore per biomateriali, attuatore a raggio piegato e attuatore flessibile. Il design della termica attuatori con un unico materiale è simmetrico che è noto come trave piegata o a forma di V.

L'attuatore bimateriale include materiali con diversi coefficienti di dilatazione termica e funziona allo stesso modo di un termostato bimetallico. Ogni volta che la temperatura cambia a causa di un riscaldatore incorporato nell'attuatore, il microattuatore può muoversi a causa della variazione all'interno dell'espansione associata alla variazione della temperatura.

L'attuatore a raggio piegato include gambe angolate che sono utili per espandersi una volta riscaldate e forniscono forza e cilindrata. L'attuatore di flessione è asimmetrico e include un braccio caldo e un braccio freddo. Questi attuatori includono gambe asimmetriche che si piegano in superficie a causa dell'espansione differenziale una volta riscaldate.

Funzionamento del Microattuatore

Il principio di funzionamento di un microattuatore è generare movimento meccanico di fluidi o solidi in cui questo movimento viene generato cambiando una forma di energia in un'altra energia come da energia termica, elettromagnetica o elettrica in energia cinetica (KE) di componenti mobili. Per la maggior parte degli attuatori, vengono utilizzati diversi principi di generazione della forza come l'effetto piezoelettrico, l'effetto bimetallico, le forze elettrostatiche e l'effetto memoria di forma. Come un attuatore generale, un microattuatore deve soddisfare questi standard come commutazione rapida, ampia corsa, alta precisione, minor consumo energetico, ecc.

L'attuatore meccanico include un alimentatore, un'unità di trasduzione, un elemento di azionamento e un'azione di uscita.

• L'alimentazione è corrente/tensione elettrica.
• L'unità di trasduzione converte la giusta forma dell'alimentazione nella forma preferita di azioni dell'elemento di azionamento.
• L'elemento di azionamento è un componente o materiale che si muove attraverso l'alimentazione.
• L'azione in uscita è generalmente in un movimento prescritto.

Tipi di microattuatori

I microattuatori sono disponibili in diversi tipi che vengono discussi di seguito.

• Microattuatore termico
• Microattuatore MEMS
• Microattuatore elettrostatico
• Piezoelettrico

Microattuatore termico

Un microattuatore termico è un componente standard utilizzato nei microsistemi. Questi componenti sono alimentati elettricamente tramite riscaldamento Joule, altrimenti attivato otticamente mediante un laser. Questi attuatori sono utilizzati nei progetti MEMS che includono nanoposizionatori e interruttori ottici. I principali vantaggi dei microattuatori termici includono principalmente minori tensioni operative, elevata generazione di forza e minore vulnerabilità ai guasti di adesione rispetto agli attuatori elettrostatici. Questi attuatori richiedono più potenza e le loro velocità di commutazione sono limitate dai tempi di raffreddamento.

Per progettare e testare questi microattuatori, è necessario svolgere un'ampia gamma di lavori. Quindi questi microattuatori sono progettati con diversi metodi di microfabbricazione come l'elaborazione del silicio su isolante e la microlavorazione della superficie. Le applicazioni dei microattuatori includono principalmente reti RF a impedenza sintonizzabile, microrelè, strumentazione medica molto accurata e molti altri.

Microattuatore MEMS

Il microattuatore MEMS è un tipo di sistema micro elettromeccanico e la sua funzione principale è quella di trasformare l'energia in movimento. Questi attuatori combinano componenti elettrici e meccanici con dimensioni micrometriche. Quindi, i movimenti tipici raggiunti da questi attuatori sono micrometri. I microattuatori MEMS sono utilizzati principalmente in diverse applicazioni come emettitori di ultrasuoni, microspecchi di deviazione del raggio ottico e sistemi di messa a fuoco della fotocamera. Quindi questi tipi di microattuatori vengono utilizzati principalmente per produrre una deflessione controllata.

Microattuatore elettrostatico

Le unità di azionamento del microattuatore che sono azionate dalla forza elettrostatica è noto come microattuatore elettrostatico. Il microattuatore elettrostatico sta diventando l'elemento costitutivo più significativo all'interno dei sistemi informatici e dell'elaborazione del segnale ottico a causa della sua alta densità, dimensioni ridotte, basso consumo energetico e alta velocità. In generale, il principio di funzionamento all'interno di questi sistemi può essere spiegato come energia attrattiva elettrostatica che causa una rivoluzione meccanica, una conversione o una deformazione della piastra dello specchio, controllando la fase, la potenza o la direzione del raggio di luce quando trasmette attraverso uno spazio libero o mezzo.

In questo tipo di microattuatore, ogni unità di azionamento include elettrodi ondulati in cui questi elettrodi sono tirati e isolati l'uno dall'altro attraverso la forza elettrostatica. Questo tipo di deformazione dell'attuatore dipende principalmente dalla forza elettrostatica, dalla forza esterna e dall'elasticità della struttura.

Il movimento di questo attuatore è stato semplicemente analizzato attraverso il FEM (metodo degli elementi finiti) e il modello macro di questo attuatore è stato fabbricato per verificarne il movimento. Pertanto, è stato confermato che l'apparente conformità dell'attuatore può essere controllata da un sistema di controllo del feedback che utilizza il rilevamento dello spostamento capacitivo e l'azionamento elettrostatico.

Microattuatore piezoelettrico

I microattuatori piezoelettrici sono molto famosi e più frequentemente utilizzati in diversi campi. Questi sono progettati montando elementi piezoelettrici uno sopra l'altro. Una volta che viene fornita una tensione a entrambi i lati di questi elementi, possono espandersi. Ma ha una struttura complicata, quindi è complesso da assemblare. Il microattuatore piezoelettrico viene utilizzato in diversi sistemi di servocontrollo per fornire un posizionamento e una compensazione ultra precisi con il potenziale.

Si prega di fare riferimento a questo link per conoscere a Attuatore piezoelettrico .

Vantaggi e svantaggi

Il vantaggi dei microattuatori include il seguente.

• I vantaggi dei microattuatori termici sono minori tensioni operative, generazione di forza elevata e minore suscettibilità ai guasti di adesione rispetto agli attuatori elettrostatici.
• I microattuatori sono disponibili in una dimensione più piccola, con un minor consumo energetico e un sistema di risposta più veloce.

Il svantaggi dei microattuatori include il seguente.

• I microattuatori termici richiedono più potenza.
• La velocità di commutazione dei microattuatori termici è limitata dai tempi di raffreddamento.

Applicazioni dei microattuatori

Le applicazioni dei microattuatori includono quanto segue.

• Il microattuatore è un piccolo dispositivo attivo utilizzato per produrre il movimento meccanico di fluidi/solidi. Qui il movimento è prodotto cambiando una forma di energia in un'altra forma.
• I microattuatori sono applicabili in microfluidica per sistemi di somministrazione di farmaci Lab-on-a-Chip e impiantabili.
• È un servomeccanismo microscopico che trasmette e fornisce una quantità misurata di energia per un'altra operazione di sistema/meccanismo.
• I microattuatori vengono utilizzati per costruire piccoli specchi per proiettori e display.
• MEMS i microattuatori sono utilizzati principalmente in diverse applicazioni come emettitori di ultrasuoni, sistemi di messa a fuoco della fotocamera e microspecchi di deviazione del raggio ottico.
• La forza prodotta da un microattuatore elettrico viene utilizzata principalmente per generare deformazioni meccaniche all'interno del materiale di interesse.

Quindi, questo è tutto una panoramica del Microattuatore che è in grado di svolgere i compiti dello strumento convenzionale all'interno del macromondo, tuttavia, sono di dimensioni molto ridotte e consentono una maggiore precisione. Esempi di micro attuatori includono principalmente un interruttore a matrice ottica raccolto con microspecchi torsionali che sono guidati dalla forza elettrostatica, un microattuatore utilizzato per la scansione dell'antenna a microonde, un microattuatore con lega di memoria a film sottile e microstruttura tridimensionale con microattuatori scratch drive. Ecco una domanda per te, cos'è il MEMS?