Ứng dụng công nghệ LIGA chế tạo thành công vi lò xo phẳng

Bằng kỹ thuật LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung), nhóm nghiên cứu Chuyên trang Kỹ thuật Vật liệu đã chế tạo thành công vi lò xo đồng ứng dụng trong hệ thống vi cơ điện tử (MEMS).

Phát triển công nghệ vũ khí siêu nhỏ là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng nhằm phát triển vũ khí mới trong tương lai. Để đáp ứng nhu cầu phát triển vũ khí siêu nhỏ, các quốc gia đã áp dụng các công nghệ khác nhau nhằm chế tạo cảm biến và thiết bị vi cơ điện tử.

Trong đó, vi lò xo phẳng là một chi tiết quan trọng trong các hệ thống vi điều khiển, gia tốc kế và hệ thống MEMS khác. Vi lò xo phẳng chủ yếu được chế tạo từ kim loại và Si. Các thí nghiệm li tâm của nhóm nghiên cứu Robinson CH (Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Phát triển Vũ khí Mỹ ) chỉ ra rằng lò xo Si dễ bị vỡ trong môi trường chịu va đập, điều này hạn chế việc ứng dụng lò xo Si trong môi trường chịu va đập. Bên cạnh đó, các lò xo Ni của hệ thống MEMS được chế tạo bằng phương pháp LIGA lại bị biến dạng dẻo sau nhiều lần kéo nén, không thể khôi phục về trạng thái ban đầu, do đó chưa đáp ứng được yêu cầu sử dụng. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu Feng Peng Zhou (Đại học KHCN Nam Kinh, Trung Quốc) đã đánh giá rằng phương pháp electroforming (tạo hình điện hóa) thu được kim loại đồng có cơ tính vượt trội so với Ni. Tuy nhiên, cơ tính kim loại đồng được tạo bởi kỹ thuật tạo hình điện hóa phụ thuộc rất nhiều vào các thông số công nghệ.

Vậy nên, tối ưu hóa thông số công nghệ, nâng cao độ mỏi của vi lò xo, đáp ứng yêu cầu sử dụng lâu dài của hệ thống MEMS là điều hoàn toàn cần thiết.

Nhóm nghiên cứu Chuyên trang Kỹ thuật Vật liệu đã sử dụng công nghệ UV-LIGA chế tạo vi lò xo phẳng bằng đồng. Quy trình chế tạo được trình bày như hình 1. Kích thước vi lò xo phẳng chế tạo được được trình bày trong hình 2 (đơn vị tính: mm), lò xo có bề rộng dây lò xo 500 μm.

mems quy trình chế tạo vi lò xo LIGA process kích thước vi lò xo theo thiết kế micro spring size

Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện, chu kỳ và mật độ dòng điện đến độ mỏi của vi lò xo. Dùng kính hiển vi điện tử quét (Quant 250FEG) quan sát tổ chức tế vi; thiết bị nhiễu xạ tia X (Bruker-AXS D) chụp quang phổ. Dùng thiết bị kéo nén cấp tải nhỏ (chuyển vị cố định 0,2 mm) để đánh giá độ mỏi của lò xo.

Kết quả nghiên cứu thu được như hình 3, 4:

tổ chức tế vi  kết quả phân tích vi lò xo phẳng microstructure result XRD
ảnh hưởng của thông số công nghệ tạo hình điện hóa đến độ mỏi Effect of electroforming forming technology parameters on fatigue

Bằng kỹ thuật tạo hình điện hóa chế tạo thành công vi lò xo phẳng bằng đồng có bề rộng dây lò xo 500 μm, độ mỏi lớn nhất đạt 517 lần.

Qua phân tích khảo sát, nhóm nghiên cứu xác định được độ mỏi của vi lò xo tăng khi chu kỳ dương giảm; Độ mỏi đạt được lớn nhất khi mật độ dòng điện 3 A/dm2 ; dùng nguồn điện mạch xung đối xứng chế tạo vi lò xo có độ mỏi cao hơn nguồn điện một chiều hoặc nguồn điện mạch xung. Thông số tối ưu chế tạo vi lò xo phẳng bằng đồng gồm: Nguồn điện mạch xung đối xứng, chu kỳ dương 10%, chu kỳ âm 10 %, mật độ dòng điện 3 A/dm2.

Hướng phát triển của đề tài: Từ kết quả nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục áp dụng công nghệ UV-LIGA chế tạo chi tiết MEMS có cơ tính đáp ứng yêu cầu làm việc thực tế.



Chuyên mục:Tin tức

Thẻ:, , ,

1 reply

  1. Bài viết khá hay để nghiên cứu tham khảo. Tôi cũng đang làm về hướng này

    Thích

Trả lời

Điền thông tin vào ô dưới đây hoặc nhấn vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s

%d người thích bài này: