Generalmente, un actuador utiliza una fuente de energía para mover o controlar componentes mecánicos. Estos se encuentran con frecuencia en varias máquinas y motor electrico . Durante muchos años, se han miniaturizado diferentes tipos de dispositivos mecánicos, aunque este procedimiento normalmente necesita componentes muy pequeños del individuo. En el siglo XXI, se desarrollaron microaccionadores donde los procesos industriales como el micromecanizado y la litografía se utilizan principalmente para fabricar un microaccionador. Este artículo analiza una descripción general de un microaccionado r – trabajar con aplicaciones.
Definición de microactuador
Un servomecanismo microscópico utilizado para suministrar y transmitir una cantidad medida de energía para el funcionamiento del sistema u otro mecanismo se conoce como microactuador. Al igual que un actuador general, un microactuador debe cumplir con estos estándares, como conmutación rápida, gran recorrido, alta precisión, menor consumo de energía, etc. Estos actuadores están disponibles en diferentes tamaños que varían desde milímetros a micrómetros, pero una vez empaquetados pueden lograr todo el tamaño en centímetros,
Una vez que se genera el movimiento mecánico de los sólidos, los desplazamientos típicos de estos actuadores varían de nanómetros a milímetros. De manera similar, las tasas de flujo típicas generadas por estos actuadores van desde rangos de picolitros o minutos a microlitros o minutos. El diagrama del microactuador se muestra a continuación.
Construcción de Micro Actuador
Las siguientes figuras muestran tres diseños de microaccionador térmico: actuador de biomaterial, actuador de haz doblado y actuador de flexión. El diseño de la térmica actuadores con un solo material es simétrico lo que se conoce como viga doblada o en forma de V.
El actuador bimaterial incluye materiales con diferentes coeficientes de expansión térmica y funciona igual que un termostato bimetálico. Cada vez que la temperatura cambia debido a un calentador integrado en el actuador, el microaccionador puede moverse debido a la variación dentro de la expansión asociada con la variación dentro de la temperatura.
El actuador de viga doblada incluye patas en ángulo que son útiles para expandirse una vez calentado y proporcionan salida de fuerza y desplazamiento. El actuador de flexión es asimétrico e incluye un brazo caliente y un brazo frío. Estos actuadores incluyen patas asimétricas que se doblan hacia la superficie debido a la expansión diferencial una vez calentadas.
Funcionamiento del microactuador
El principio de funcionamiento de un microactuador es generar movimiento mecánico de fluidos o sólidos donde este movimiento se genera mediante el cambio de una forma de energía a otra energía, como energía térmica, electromagnética o eléctrica a energía cinética (K.E) de componentes móviles. Para la mayoría de los actuadores, se utilizan diferentes principios de generación de fuerza, como el efecto piezoeléctrico, el efecto bimetálico, las fuerzas electrostáticas y el efecto de memoria de forma. Al igual que un actuador general, un microaccionador debe cumplir con estos estándares, como conmutación rápida, gran recorrido, alta precisión, menor consumo de energía, etc.
El actuador mecánico incluye una fuente de alimentación, una unidad de transducción, un elemento actuador y una acción de salida.
- La fuente de alimentación es corriente eléctrica/voltaje.
- La unidad de transducción convierte la forma correcta de la fuente de alimentación en la forma preferida de acciones del elemento de accionamiento.
- El elemento actuador es un componente o material que se mueve a través de la fuente de alimentación.
- La acción de salida es generalmente un movimiento prescrito.
Tipos de microaccionadores
Los microaccionadores están disponibles en diferentes tipos que se analizan a continuación.
- Microaccionador Térmico
- Microactuador MEMS
- Micro actuador electrostático
- Piezoeléctrico
Microaccionador Térmico
Un microaccionador térmico es un componente estándar que se utiliza en Microsystems. Estos componentes se alimentan eléctricamente a través del calentamiento Joule; de lo contrario, se activan ópticamente mediante el uso de un láser. Estos actuadores se utilizan en diseños MEMS que incluyen nanoposicionadores e interruptores ópticos. Los principales beneficios de los microactuadores térmicos incluyen principalmente menos voltajes operativos, alta generación de fuerza y menos vulnerabilidad a fallas de adhesión en comparación con los actuadores electrostáticos. Estos actuadores necesitan más potencia y sus velocidades de conmutación están limitadas por los tiempos de enfriamiento.
Para diseñar y probar estos microaccionadores, se debe realizar una amplia gama de trabajos. Por lo tanto, estos microaccionadores están diseñados con diferentes métodos de microfabricación, como el procesamiento de silicio sobre aislante y el micromecanizado de superficies. Las aplicaciones de los microaccionadores incluyen principalmente redes de RF de impedancia sintonizable, microrrelés, instrumentación médica muy precisa y muchas más.
Microactuador MEMS
El microaccionador MEMS es un tipo de sistema microelectromecánico y su función principal es convertir la energía en movimiento. Estos actuadores combinan componentes eléctricos y mecánicos con dimensiones micrométricas. Entonces, los movimientos típicos que logran estos actuadores son micrómetros. Los microaccionadores MEMS se utilizan principalmente en diferentes aplicaciones, como emisores ultrasónicos, microespejos de desviación de haz óptico y sistemas de enfoque de cámara. Por lo tanto, este tipo de microaccionadores se utilizan principalmente para producir una desviación controlada.
Micro actuador electrostático
Las unidades de accionamiento de microaccionador que se accionan a través de la fuerza electrostática se conocen como microaccionador electrostático. El microaccionador electrostático se está convirtiendo en el bloque de construcción más importante dentro de los sistemas informáticos y el procesamiento de señales ópticas debido a su alta densidad, tamaño pequeño, bajo consumo de energía y alta velocidad. En general, el principio de funcionamiento dentro de estos sistemas se puede explicar como energía de atracción electrostática que provoca una revolución mecánica, conversión o deformación de la placa de espejo, controlando la fase, la potencia o la dirección del haz de luz cuando se transmite a través de algún espacio o medio libre.
En este tipo de microaccionador, cada unidad impulsora incluye electrodos en forma de onda donde estos electrodos se tiran y aíslan entre sí a través de la fuerza electrostática. Este tipo de deformación del actuador depende principalmente de la fuerza electrostática, la fuerza externa y la elasticidad de la estructura.
El movimiento de este actuador simplemente se analizó a través del FEM (método de elementos finitos) y el modelo macro de este actuador se fabricó para verificar su movimiento. Por lo tanto, se confirmó que el cumplimiento aparente del actuador se puede controlar mediante un sistema de control de retroalimentación que utiliza detección de desplazamiento capacitivo y accionamiento electrostático.
Micro actuador piezoeléctrico
Los microaccionadores piezoeléctricos son muy famosos y se utilizan con mayor frecuencia en diferentes campos. Estos están diseñados montando elementos piezoeléctricos uno encima del otro. Una vez que se le da un voltaje a ambos lados de estos elementos, pueden expandirse. Pero tiene una estructura complicada por lo que es complejo de montar. El microaccionador piezoeléctrico se utiliza en diferentes sistemas de servocontrol para proporcionar un posicionamiento y una compensación ultraprecisos con el potencial.
Por favor, consulte este enlace para saber acerca de un Actuador piezoeléctrico .
Ventajas y desventajas
los ventajas de los microaccionadores Incluya lo siguiente.
- Los beneficios de los microaccionadores térmicos son menos voltajes operativos, la generación de fuerza es alta y menos susceptibilidad a fallas de adhesión en comparación con los actuadores electrostáticos.
- Los microaccionadores están disponibles en un tamaño más pequeño, con menos consumo de energía y un sistema de respuesta más rápido.
los desventajas de los microaccionadores Incluya lo siguiente.
- Los microaccionadores térmicos necesitan más potencia.
- La velocidad de conmutación de los microaccionadores térmicos está limitada por los tiempos de enfriamiento.
Aplicaciones de microaccionadores
Las aplicaciones de los microaccionadores incluyen las siguientes.
- El microactuador es un pequeño dispositivo activo que se utiliza para producir movimiento mecánico de fluidos/sólidos. Aquí el movimiento se produce cambiando una forma de energía a otra forma.
- Los microaccionadores son aplicables en microfluídica para Lab-on-a-Chip y sistemas de administración de fármacos implantables.
- Es un servomecanismo microscópico que transmite y suministra una cantidad medida de energía para la operación de otro sistema/mecanismo.
- Los microaccionadores se utilizan para construir pequeños espejos para proyectores y pantallas.
- MEMS Los microaccionadores se utilizan principalmente en diferentes aplicaciones, como emisores ultrasónicos, sistemas de enfoque de cámara y microespejos de desviación de haz óptico.
- La fuerza producida por un microaccionador eléctrico se utiliza principalmente para generar deformaciones mecánicas dentro del material de interés.
Por lo tanto, todo esto se trata una descripción general del microactuador que es capaz de realizar las tareas de la herramienta convencional dentro del macromundo, sin embargo, son de tamaño muy pequeño y permiten una mayor precisión. Los ejemplos de microactuadores incluyen principalmente un interruptor de matriz óptica recopilado con microespejos torsionales que se accionan a través de la fuerza electrostática, un microactuador utilizado para escanear antenas de microondas, un microactuador con aleación de memoria de película delgada y autoensamblaje de microestructura tridimensional con microactuadores de accionamiento por rascado. Aquí hay una pregunta para ti, ¿qué es MEMS?
