Combinant les frontisses flexibles amb l’actuació piezoelèctrica

Els actuadors piezoelèctrics són coneguts pel seu moviment suau, alta resolució, alta rigidesa i alta eficiència de conversió energètica. Són ideals per a un posicionament precís en aplicacions d’enginyeria. Tot i això, aquests actuadors solen tenir només uns quants a desenes de micres de desplaçament, cosa que pot no ser suficient per a moltes aplicacions que requereixen un rang de moviment més gran.

Per superar aquesta limitació, es poden utilitzar frontisses flexibles conjuntament amb els actuadors piezoelèctrics. Les frontisses flexibles proporcionen un moviment suau, no requereixen lubricació, no tenen cap reacció ni fricció i ofereixen una alta precisió. Són el mètode més adequat per assolir el desplaçament dels actuadors. A més, el mecanisme de frontissa flexible proporciona una precàrrega adequada per a l’actuador piezoelèctric, evitant que es sotmeti a tensió a la tracció.

Hi ha diversos exemples típics d’utilitzar la unitat d’elements piezoelèctrics i la transmissió de mecanisme de frontissa flexible:

1. Taula de posicionament d’ultra precisió: l’Oficina Nacional d’estàndards dels Estats Units va desenvolupar un banc de treball de micro-posicionament el 1978 per a la mesura de l’amplada de la línia de fotomasks. El banc de treball està impulsat per elements piezoelèctrics i el mecanisme de frontissa flexible s’utilitza per a l’amplificació de desplaçament. És compacte, funciona al buit i pot situar linealment objectes dins d’un rang de treball de 50 mm amb una resolució d’1nm o millor.

2. Microscopi de túnel d’escaneig (STM): Per ampliar la gamma de mesurament de STM, els investigadors han desenvolupat taules de treball ultra-precisions en bidimensionals impulsades per un mecanisme de frontissa flexible impulsat piezoelèctricament. Aquestes taules de treball permeten mesures de camp grans. Per exemple, l’Oficina Nacional d’estàndards dels Estats Units va informar d’una sonda STM de 500 pm x 500 pm amb un camp de vista de 500 mm. El banc de treball X-Y està impulsat per blocs piezoelèctrics i el mecanisme de frontissa flexible té una proporció d'amplificació de desplaçament d'uns 18.

3. Mecanatge ultra-precisió: els titulars d’eines de micro-posicionament compostos per elements piezoelèctrics, mecanismes de frontissa flexibles i sensors capacitius s’utilitzen per al tall de diamants d’ultra precisió. El suport de l'eina té un cop de 5um i una resolució de posicionament d'aproximadament 1nm. S'utilitza per a processos de connexió de precisió com la soldadura làser.

4. Capçal d’impressió: el capçal d’impressió d’una impressora de matriu d’impacte utilitza el principi de la unitat piezoelèctrica i la transmissió de mecanisme de frontissa flexible. El mecanisme de frontissa flexible amplifica el desplaçament del bloc piezoelèctric i condueix el moviment de l’agulla d’impressió. Les agulles d'impressió múltiples formen el capçal d'impressió, permetent la impressió de caràcters compostos per matrius de punts.

5. Focus d'automòbil òptic: en la producció automatitzada, calen sistemes d'autofocus d'alta precisió per obtenir imatges d'alta qualitat. Les unitats tradicionals del motor tenen una precisió de posicionament limitada i estan limitades per la ampliació de la lent objectiva. La unitat piezoelèctrica amb un mecanisme de frontissa flexible ofereix una millor repetibilitat i pot centrar -se en lents objectives amb una ampliació elevada.

6. Motor piezoelèctric: els motors piezoelèctrics es poden dissenyar mitjançant unitat piezoelèctrica i transmissió de mecanisme de frontissa flexible. Aquests motors poden assolir la rotació de subjecció i trepitjament o moviment lineal entre el motor i l'estator. Poden proporcionar una alta precisió de posicionament a velocitats baixes i poden suportar certs moments o forces.

7. Portaments d’aire radial actius: els coixinets d’aire radial actius utilitzen mecanismes de frontissa flexibles i unitats piezoelèctriques per controlar amb precisió el desplaçament radial d’un eix. Això millora la precisió del moviment de l’eix en comparació amb els coixinets d’aire tradicionals.

8. Micro-agafador: els micro-agafadors s’utilitzen en el conjunt de microinstrument, la manipulació de cèl·lules biològiques i la cirurgia fina. Amplifiquen el desplaçament dels actuadors piezoelèctrics mitjançant mecanismes de palanca de frontissa flexibles per permetre la captació d’objectes minúsculs.

L’ús de frontisses flexibles en estructures de suport, estructures de connexió, mecanismes d’ajustament i instruments de mesura és àmpliament aplicable als camps de la mesura de precisió de precisió, la tecnologia de micres i la nanotecnologia.

En conclusió, les frontisses flexibles ofereixen nombrosos avantatges per assolir desplaçaments i posicionament ultra-precises amb els actuadors piezoelèctrics. Proporcionen un moviment suau, una alta precisió i cap fricció ni retrocés. Utilitzant mecanismes de frontissa flexibles per transferir i amplificar el desplaçament dels actuadors piezoelèctrics, els enginyers poden aconseguir moviments més grans i una major precisió en una àmplia gamma d’aplicacions.