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压电式喷射阀
来源: emasia-china.com作者: 中国电子制造时间:2020-06-22 17:21:27点击:252

从我们熟悉的多种可用技术(如:螺杆阀、渐进式螺杆泵、时间压力阀或气动喷射阀)中选择最适合特定应用场景的自动化点胶技术,并不是一件容易的事情。对大多数操作而言,最终需选择匹配的,同时输出和可靠等属性也可以不断满足应用场景的需求。但对另一些企业(如中高容量的移动设备、LED、消费电子产品和医疗设备装配商)而言,他们希望不断推动更高产量,从而获得更高盈利,为了更好地帮助其实现这一目标,他们需求更加先进的点胶技术。

对这些用户来说,有一种相对较新的技术,可以将黏合剂及其他流体的点胶速度提高约20倍或以上。为了方便对比,这种技术可以:

1500Hz的速度持续点胶,峰值速度可高达2000Hz。这就是压电式喷射点胶阀,该技术的点胶速度约为气动喷射阀的两倍。

操作人员也常常对压电式喷射阀出色的定位精度和小而整齐的点胶尺寸感到惊讶,特别是考虑到:a)其移动速度如此之快,b)其流体是喷射而出,而不是大多数传统点胶解决方案使用的接触式点胶。借助精密控制器,喷射尺寸可小至0.5纳升,并具有出色的一致性和可重复性。这种精度也使压电式喷射适用于一些其他小众应用市场,在这些场景下,速度并非主要因素,但操作人员为了长期稳定地实现超小微粒或超细线条而煞费苦心。

喷射阀-包括较老的气动喷射技术和较新的压电式喷射技术-均获得显著的速度优势,主要是由于消除了Z轴运动。对于渐进式螺杆泵和螺杆阀技术等基于接触进行点胶的阀门而言,高度感应和重新定位及上下运动是必不可少的。此时点胶针头向下运动,接触基底涂敷流体,然后再升起。虽然按大多数标准来说速度相当快,但也占用了很大一部分不必要的点胶时间。与之相比,非接触的喷射式点胶,可以一次又一次地从基底上方的固定位置准确地喷射。这让气动喷射阀省去了多余的移动时间,其点胶速度比接触式阀门快约10倍。

然而,虽然气动喷射阀技术“仅仅”将速度提高了1000%,但压电式喷射阀又将此优势显著提高。与依赖气压不同,在这些设备中,压电驱动器将电信号转换为高精度运动,以比机械气动解决方案快得多的速度,根据所需的图案喷涂物料。而机械气动解决方案则必须经过开启、关闭和重置这一过程,每次会多消耗约20毫秒的时间。这样压电式点胶可以实现比接触式解决方案快2000%的速度,即比气动喷射解决方案快2倍。对于对速度敏感、大规模和高产出的应用场景,产量的增加将非常突出,而且利润极高。

此外,压电技术可以喷涂更小的微粒或线条,甚至小至0.5纳升的点胶量。而每次点胶的精度和可重复性也同样出色。

压电式喷射技术的另一巨大优势,是最快可以高达1500Hz的速度实现上述点胶操作,即便这些装置涉及生产高度不规则的基底,或基底带有很难进入但必须接触到的“角落和缝隙”。由于流体经喷射而出,并非滴落,因此可以更容易地分配喷嘴角度,以便到达需要物料的精确点位。另外,由于喷嘴无需接触基底,因此带有不规则突起的产品(如焊点较高的主板等)不会受损(接触式阀门必须下降到接近基底的位置,可能造成损坏),这同时消除了造成损坏、报废和停机的一个重要因素。

工作原理

在压电式喷射阀循坏中,流体从阀门内部启动,暂存于撞针(活塞)和喷嘴之间。压电锥上下高速振荡,产生动能,使得流体以精密控制的压力喷出,以在目标位置形成完美的点胶量。

压电式喷射阀工作原理

压电式喷射阀工作原理


完整的五步压电喷射循坏由以下部分组成:

●上升时间–撞针移动到打开位置的总时间

●开阀时间-阀门保持开启的总时间

●下落时间–撞针移动到关闭位置的总时间

●撞针抬起-这是行程长度,取决于物料粘度

●延迟时间-阀门保持关闭、等待下一循环的时间

所有这些步骤可一次又一次地重复发生,最高可连续达到每秒1500次。该数字是与其他点胶方法进行对比的客观依据。在真实条件下,每秒喷涂的点胶量将受到所需喷涂尺寸、胶水粘度和组装的基底的水平运动速度等因素的影响。正如前文所述,在使用中,非接触压电式喷射阀的点胶速度一般可以比任何接触式阀门快约20倍。


使用便利性﹑占地面积和其他购买因素

当考虑升级到压电喷射阀点胶系统的功能,需要注意的一个关键点就是,“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驱动喷射阀技术。虽然如前文所述,这两种技术均比人们熟知的螺杆阀或渐进式螺杆泵等接触式点胶方式快很多,但较新的压电式喷射阀具有更显著的优势,同时其点胶速度也比现有的气动技术快约2倍。然而,由于多年来“喷射阀”仅用于指“气动喷射阀”,很多人仍旧在互换使用这些术语。实际上,很多潜在用户,甚至阀门制造商也不太熟悉压电式喷射阀,或亲见其实际操作而获得深刻印象的体验。换句话说,买家有必要在所有讨论中特别提到“压电”,以确保大家讨论的是同一件事。

压电式喷射阀

目前多家制造商在提供压电式喷射阀点胶解决方案。大家知道,这些厂家对阀门本身和控制器两者的设计在很多方面存在显著差异。

例如,有一个需要考虑的关键问题,就是如何相对轻松地确定正确“工艺参数”,即各种参数组合,以确保物料的点胶位置和胶量正确。压电阀不仅通过小孔径喷嘴实现微粒的一致性,而且还通过灵活地微调物料压力和喷射压力来促成这一点。一旦确定了正确参数,阀门就极其精准和一致地保持这些参数,但要达到这一点也经常需要经历一些测试和错误。而减少这项挑战的关键在于设备控制器的功能性和厂家可提供的帮助。对于后者,某些制造商可能只是看一下胶水的MSDS然后提供意见。另一些厂家会在他们的实验室中对您的物料进行某种程度的实际测试,以确保其有效性。此外,他们还可能愿意使用已有的知识帮助您更快速地在实际操作中微调参数。因此,售前咨询非常重要。

此外,控制器用户界面也会产生更大的变化。该界面在友好人机方面发挥着极大的作用,并因此影响到初始产品设置时潜在的产品浪费或生产工时的损失。某些压电式喷射点胶系统要求不同精度水平的手动调整,而另一些提供可进行微调的使用软件,让操作员可以针对不同类型的流体修改喷射属性,同时进行优化,以实现可重复的点胶流程。还有一些正在进入市场的系统甚至带有功能更全面的控制器,配备优化了可用性的触屏和图形界面,并让设置比以往更便捷也更直观。还有一些厂家甚至进一步提升了水平,向用户提供远程设置参数、监控和排除故障的能力,让操作员可以使用手机或平板电脑,随时随地,甚至远程控制系统。这些型号的压电式喷射阀可直接接入先进的工业4.0智能工厂,或正在成为该类厂房的标准配置。

压电式喷射装置需要的空间可能对台式设备用户和设备集成商都很重要。对前者而言,较小的装置意味着更少的占用工作区,更有效的划分工厂空间。对于后者,依托压电式喷射阀的速度和精度优势,设备生产商会越来越多地寻求将一或多个装置构建为高端自动化应用设备,通过机器人和其他配套设备将其组合在一起,以向客户交付真正一流的生产功能。就这一点来说,比较各品牌压电式喷射点胶阀的大小、重量和占用面积是需要考虑的因素。

还有一个较为内行的问题,即在市场上所有可用的点胶阀技术中,压电式喷射不但最先进,而且也是目前最难生产的。喷嘴和撞针等部件的公差极为严格,精确制造这些部件超出了很多零件生产商的能力。为降低成本而使用较低标准部件的压电式喷射产品很有可能显现出流体点胶不到位、速度不一致、难以清洁、故障频出和其他对生产效率及质量产生负面影响的多种问题。在权衡不同型号产品的相对优势时,与其他用户交流这方面的体验,是尽职调查流程的重要一环。


压电式喷射阀适合您的需求吗?

另外,还有一些要考虑的限制因素。例如,潜在用户应将需要使用的点胶物料类型考虑在内。压电式喷射阀可用于很大粘度范围内的不同物料,最高可达到200万CPS的粘度并包括像硅胶和聚氨酯橡胶一样厚的物料。但由于需要均匀喷射物料,对任何喷射阀点胶技术而言,混合了固体颗粒的物料,比如混合了超细金属颗粒的焊锡膏,通常都不是最佳的选择。

最后,还有无法避免的一点,即相对于接触式点胶系统,尖端的压电喷射阀技术需要较大的前期投资。但考虑到其大幅提升的速度,该系统与较老的气动喷射阀的成本异乎寻常的相似。另外,该系统最昂贵的部分(即压电锥)极其坚固耐用,其寿命可达10亿(没错,是10亿)个周期,因此也有助于大幅降低系统的生命周期成本。然而,如果全球最快的点胶速度和超高精度无法为您的流程带来优势,这项投资或许并不值得。但如果对您来说,具有超高精度、几乎可在一夜之间帮助大幅提升利润率的产量飞跃很有价值,压电式喷射阀将是您真正必要的投资。

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