عنوان پایان‌نامه
طراحی و تدوین دانش فنی ساخت میکرو عملگر با استفاده از مواد هوشمند
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2435;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 59431
- تاریخ دفاع
- ۰۶ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- حمید سلمانی نهوجی
- استاد راهنما
- محسن حامدی
- چکیده
- در سال‌های اخیر مطالعات گسترده‌ای در زمینه سیستم‌های میکروالکترومکانیکی و کاربردهای آنها در حوزه‌های گوناگون به خصوص پزشکی، هوافضا و دفاعی صورت گرفته است. در این میان، میکروگریپرها یکی از پرکاربردترین ادوات می‌باشند که از آنها برای جابجایی و موقعیت‌دهی کنترل‌شده و ایمن قطعات استفاده می‌شود. در سوی دیگر، دسته جدیدی از مواد موسوم به مواد هوشمند با توجه به کارایی و بازده بسیار بالا، راه خود را برای ورود به صنایع مختلف گشوده‌اند. از آنجایی که همواره نحوه تحریک میکروگریپرها، مهمترین مسئله در طراحی آنها می‌باشد، مواد هوشمند به یکی از بهترین گزینه‌ها برای این کار تبدیل شده‌اند. در این پژوهش، یک میکروگریپر با استفاده از میکروعملگرهای حافظه‌دار از جنس نایتینول، طراحی و بهینه‌سازی شده است. این طراحی بر مبنای استفاده از میکروعملگرهای مطرح شده در کارهای گذشته صورت گرفته و سپس به منظور افزایش کارایی، ابعاد میکروگریپر و همچنین محل و نحوه قرارگیری میکروعملگرها با استفاده از طراحی آزمایش‌ها و به کمک طرح‌های عاملی دو سطحی بهینه شده است. بهینه‌سازی با هدف دستیابی به بیشترین میزان جابجایی و البته با درنظر گرفتن سطح تنش صورت گرفته است. بر اساس نتایج شبیه‌سازی عددی، میزان جابجایی فک‌های میکروگریپر بهینه 428 میکرومتر بوده که در نوع خود بی‌نظیر است. در ادامه با استفاده از ورق نایتینول موجود، ساخت لایه‌نازک حافظه‌دار به روش اچ شیمیایی تا ضخامت 100 میکرومتر صورت گرفته است. سپس میکروعملگر حافظه‌دار با بهره‌گیری از فرایند برش لیزر ساخته شده و آزمایش‌های عملی اندازه‌گیری برای اطمینان از صحت عملکرد، بر روی آن انجام گرفته است. از آنجایی که این مواد رفتاری کاملاً غیر خطی داشته و همچنین پیش‌بینی رفتار دقیق آنها نیازمند در نظر گرفتن تعداد بسیار زیادی از پارامترهای مستقل و وابسته به ماده می‌باشد، مدل‌های نرم‌افزاری از پیش‌بینی بسیار دقیق نتایج بر اساس شرایط واقعی ناتوان می‌باشند. از این رو برای تطبیق نتایج حاصل از شبیه‌سازی نرم‌افزاری بر نتایج بدست آمده از تست عملی میکروعملگر، از یک معادله اصلاحی کمک گرفته شد. با بررسی نتایج نهایی مشاهده شد که مقدار خطا به میزان چشم‌گیری کاهش یافته است. به‌کارگیری نتایج این تحقیق باعث می‌شود درک بهتری از رفتار و محدودیت‌های میکروعملگرها داشته و در نهایت با افزایش قابلیت کاربرد آنها، راه را به سوی هوشمند شدن میکروعملگرها می‌گشاید.
- Abstract
- A new group of materials have found their way into Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) due to their surprising performance which has been named Smart Materials. Microgrippers are one of the most common devices of micro structures that have been used for secure movement and locating micro scale parts. There have been widespread researches on MEMS and its applications especially in medicine and military industries in recent years. In this study, a novel smart microgripper with shape memory microactuators has been designed and optimized. The microgripper has been designed according to previous studies on microactuators. The geometry and dimensions of microgripper as well as the position of microactuators have been optimized via Design of Experiments (DOE) method. Furthermore, a 100 micrometers shape memory alloy thin film using chemical etch process of nitinol sheets was made. In the next step, the shape memory microactuator has been manufactured via laser cutting process. In order to examine the fabricated microactuator functionality, experimental tests have been done. According to the results of finite element simulations of microgripper, the maximum displacement of microgripper’s jaws will be about 428 micrometers. Additionally, the finite element results were adjusted on experimental test results using a corrective equation.
