压电喷射阀点涂以1 500次/s速度喷射微小精确的材料点

——先进的点涂技术可以满足您极高速度和精度的操作要求

作者:Techcon产品经理:Can La

从现有的六种左右的常见技术中,例如螺旋阀、螺杆泵、时间压力阀或气动喷射阀等,选择最适合具体应用的自动点涂技术并不是一件容易的事情。对于大多数企业,作为结果的匹配是足够的,并且诸如吞吐量和质量等的要求非常适合现在的应用。然而,对于其他企业,如中高产量的移动设备、LED、消费类电子产品和医疗设备组装制造者,他们持续追求不断地提高收益率,以提高盈利能力,同时不断地追求更先进的点涂技术,以更好地帮助他们实现这一目标。

对于这些用户来说,有一种相对较新的技术,可以将胶粘剂和其他液体的点涂速率提高20倍或更多,其点涂速率可达1 500 Hz,最高可达2 000 Hz。这就是压电驱动喷射点涂阀,它的点涂速度大约是气动喷射阀的两倍。

压电喷射阀具有的点涂定位精度和小而整齐的点涂点尺寸,常常令操作人员对印象深刻并深感惊讶,特别是:a)它移动得太快了;b)材料是被喷射的,而不是物理放置的,因为大多数的解决方案都是依赖与基板的实际接触。使用先进的控制器,点涂点的尺寸可以小至0.5 nL,并具有出色的一致性和重复性。这种精度也使得压电喷射阀适用于一些其他速度不是一个主要因素的利基应用,在这些应用中,随着时间的推移,操作人员很难始终实现所需的超小点或超细线的点涂。

压电喷射技术的速度

喷射阀—无论是较老的气动喷射技术还是较新的压电喷射技术—主要通过消除Z轴的运动来获得显著的速度优势。虽然高度传感和重新定位以及基于接触阀门(如螺杆泵和螺旋阀技术)所需的上下运动(针头向下移动,接触基板,点涂液体,然后拉回来)在大多数标准中被认为是相当快的,但是这些时间还是占用了很大比例的点涂时间。相比之下,非接触式喷射点涂,可以一次又一次地从基板上方的固定位置准确地射出材料。这使得气动喷射阀可以很好地再利用这些运动时间,并以比接触式阀门快10倍的速度进行点涂。

然而,气动喷射阀技术“仅”使速度提高了1 000%,而压电喷射阀却大大提高了速度。在压电喷射阀设备中,压电驱动器不是依靠空气压力,而是将电信号转换成高精度的运动,以比机械气动解决方案(必须打开、关闭和重置)更快的速度按所需的模式点涂材料,机械气动解决方案每次大约需要额外消耗20 ms。通过这种方式,可以实现比基于接触式解决方案快2 000%的速度,比气动喷射解决方案快2倍的速度。对于速度敏感、大批量、高吞吐量的应用,产量的增加将是非同寻常的,并可以实现高利润。

此外,压电技术可以点涂小至0.5 nL的点和线是难以超越的,其点涂精度和可重复性也是如此。

压电喷射技术的另一个显著优势是,它能够提供高达1 500 Hz的速度,甚至可以用于生产高度不规则的基板或那些存在难以接近的“角落和缝隙”的基板。由于液体是喷射的而不是滴下的,因此喷嘴可以更容易地倾斜,以达到所需材料的准确定位。此外,由于喷嘴不需要落在物件上,带有不规则突起的产品(如带有高突出点的主板)不会受到损坏,因为使用接触式阀门时,必须靠近基板,从而消除了常见的损坏、浪费和停机时间。

工作原理

在压电式喷射阀周期中,流体从阀门内部开始,保持在挺杆(活塞)和喷嘴之间。电子压电晶体以极高的速度上下振动,产生动能,迫使流体在精心控制的压力下喷出,在目标位置形成完美的材料点。

一个完整的五个步骤的压电喷射周期包括:

*上升时间:挺杆移动到开启位置的总时间

*开启时间:阀门保持开启的总时间

*落下时间:挺杆移动到关闭位置的总时间

*提针:基于材料粘度的行程长度

*延迟时间:阀门保持关闭的时间,等待下一个周期

所有这些步骤都可以重复进行,一次又一次,最高可达1 500次/s,这个数值可以作为与正在考虑的其他点涂方法进行比较的客观依据。在实际条件下,每秒点涂的液滴数量将受到各种因素的影响,如所需点涂点大小、材料的粘度和正在组装基板的水平运动速度。如前所述,在使用中,非接触式压电喷射阀的速度,通常比任何接触式阀门的速度快20倍。

易用性、占地面积和购买时需考虑的其他因素

当考虑升级到压电喷射阀点涂系统时,需要注意的重要一点是,“喷射阀”一词既可以指较老的气动喷射阀,也可以指较新的压电晶体驱动的喷射阀。虽然这两种技术都比常见的接触式点涂方式(如螺旋阀和螺杆泵)快得多,但更新的压电式喷射阀大大提高了速度,如前所述,其速度可以达到现有气动式的两倍左右。然而,由于“喷射阀”多年来仅指“气动喷射阀”,许多人仍然可互换地使用这一术语,许多潜在用户甚至阀门制造商对压电喷射阀相对不熟悉,或尚未有令人印象深刻的实践体验。换句话说,购买时有必要在所有讨论中明确提到“压电”,以确保每个人都有相同的共识。

目前,有几家制造商在提供压电喷射阀点涂解决方案,但正如人们所预料的那样,在设计、阀门本身以及相关控制器等许多方面,他们都可能存在显著差异。

例如,要考虑的一个关键问题是确定正确的“工艺方法”要相对容易,即参数的组合,以确保正确的位置和正确的材料量。压电阀不仅利用了小孔喷嘴,而且还提供了对材料压力和喷射压力进行微调的灵活性,从而获得了圆点的一致性。一旦确定了正确的参数,阀门在维护保持这些参数时就会非常准确和一致,但要达到这一点往往需要反复试验。减少困难挑战的关键是所提供控制器的能力,以及制造商可能提供的任何帮助。对于后者,一些制造商可能只会查看MSDS并给出意见。另一些制造商会在实验室对你的材料进行某种程度的实际测试,以确保其有效性。此外,他们可能愿意使用所获得的知识来帮助您更快地调整操作中的参数。购买前询问是值得的。

此外,控制器的用户界面会在确定适当参数的相对容易程度上产生巨大的差异,因此,会对初始产品设置期间潜在的产品浪费或生产正常运行时间损失方面产生影响。有些压电喷射点涂系统需要手动调整,有不同程度的精确度;另一些提供了使用软件进行微调的能力,允许操作员修改不同流体类型的喷射特性,并优化可重复点涂的过程;有些甚至包括功能更全的控制器,带有触摸屏和图形界面,优化了可用性,使设置比过去更快、更直观。一些制造商正在进一步提高标准,提供设置参数以及远程监控和故障排除的能力,允许运营商使用设备上的应用程序随时从任何地方、甚至从大洋彼岸控制其系统。这些压电喷射阀模式适合一个复杂的基于工业4.0的智能工厂或者正在努力成为一个智能工厂的运作。

压电喷射装置所需的空间对台式机用户和设备集成商都很重要。对于前者,更整洁的单元意味着更小的工作区域需求和更有效的工厂空间划分。对于后者,由于压电喷射阀的速度和精度优势,设备制造商更希望将一个或多个单元建成高端自动化应用设备,将它们与机器人和其他辅助设备组合在一起,为客户提供一流的功能。为此,需要注意考虑具体品牌的压电喷射点涂阀的相对尺寸、重量和占地面积。

一个更深奥的问题是,在市场上现有的所有点涂阀技术中,压电喷射不仅是最先进的,而且也是最具挑战性的制造技术。喷嘴和挺杆等部件的公差是非常严格的,精确地加工它们超出了许多零件制造商的能力。使用不太合格的部件降低成本的压电喷射设备可能会很快显示出一些问题,比如液体点涂不当、速度不一致、清洗困难、频繁的故障和其他对生产率和质量产生负面影响的问题。当你权衡不同设备的好处时,可以考虑与其他用户讨论他们的体验。

压电喷射阀适合你吗?

此外,还有一些局限性需要考虑。例如,潜在用户应该考虑到他们希望点涂的材料类型。压电喷射阀适用于粘度范围非常广的材料,可达200万厘泊或更高,包括硅树脂和聚氨酯橡胶等粘稠材料。然而,由于需要均匀地喷射材料,那些含有固体颗粒的材料,例如带有超细金属颗粒的焊膏,通常不是喷射阀点涂技术的最佳候选材料。

最后,没办法绕过的是,相比于接触点涂系统,获得先进的尖端技术的压电喷射阀代表了一个更大的前期投资。然而,考虑到它的极快速度,在与老式气动喷射阀相提并论时,在成本上还是有优势。此外,该系统最昂贵的压电组件是高度稳健的,额定约10亿周期。但是,如果您的工艺流程将不会受益于最高速度以及超高精度的点涂,那么投资可能就不值得了。然而,如果超精确点涂的产量飞跃是有价值的,显著提高盈利能力,那么压电喷射阀可能是一个非常理想的投资。

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