CN113776722A - 一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，利用三维机械臂，拉伸硅胶混合液，在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射得到微圆柱传感器测量阵列。本发明解决了现有浇铸制备工艺成功率和精确性不足的问题，避免了制备精度较低，无法构成阵列式测量。以及脱模时易产生断裂，成功率难以得到保障的问题。本发明能够利用UV固化技术和增材制造技术，保证在一定的成功率、准确性的技术要求下制备微圆柱传感器测量阵列。

Description

一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺
技术领域
本发明属于流体力学实验技术领域，涉及一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，具体涉及一种测量壁面切应力实验装置的制备工艺，用于制备微圆柱传感器测量阵列。
背景技术
在测量流体壁面切应力的实验装置中，微圆柱传感器是目前行业内的前沿与主流，不仅可以有效地解决光学测量方法只能建立在标准水平面而不适用于曲面、复杂表面结构的缺点，也有效解决热测量方法中外界环境对测量结果影响较大的缺点。利用微圆柱传感器测量壁面切应力是一种精确度高，适用范围广的实验方法，因此：对现存的微圆柱传感器制备工艺的改进意义重大。在现有微圆柱传感器的制备工艺中绝大多数采用浇铸制备的方法，该方法虽然适用于大量批次生产，但是局限性也十分明显。首先浇铸工艺中精确度很难得到保障，无论是制备精度还是测量精度误差较大，单根的高度误差、锥度指数分别在3.1％和1.0％；
其次，在脱模过程中，微圆柱传感器也容易出现断裂的的现象，导致制备成功率较低。综上所述，现有制备工艺的问题在于：
(1)制备精度较低，无法构成阵列式测量。
(2)脱模时易产生断裂，成功率难以得到保障。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，针对现有浇铸制备工艺成功率和精确性不足的缺点，提出一种基于UV固化技术和增材制造技术的新型制备工艺。该工艺能够保证在一定的成功率、准确性的技术要求下制备微圆柱传感器测量阵列。
技术方案
一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，其特征在于步骤如下：
步骤1、制备硅胶混合液：将道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-OnInc.Solaris硅胶按体积比10:1配制成硅胶混合液；
步骤2、制备单根微圆柱传感器：在平放的硅质平板上滴加3.15×10-8ml的硅胶混合液；
步骤3：将设计方案中单根微圆柱传感器三维结构坐标数值作为三维机械臂的运动轨迹坐标，输入三维机械臂的操作***，采用三维机械臂固定毛细玻璃管，并使毛细玻璃管顶端的塑料小球浸没在硅质平板的混合硅胶中；
步骤4、拉伸制备单根微圆柱感器：启动三维机械臂，在运动轨迹坐标控制下，操纵三维机械臂沿竖直方向提拉毛细玻璃管至0.1mm高度后，取下毛细玻璃管；
步骤5、UV固化单根微圆柱传感器：在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射时间为1-3秒；
步骤6：按照设计方案中阵列传感器的位置，重复步骤3～步骤5，直至完成微圆柱传感器测量阵列的制备。
所述毛细玻璃管与顶端的塑料小球的结构为：毛细玻璃管针尖外径0.006mm，塑料小球直径0.01mm，将毛细玻璃管扎进塑料小球。
对阵列中制备失败的的微圆柱传感器的修复：将微圆柱传感器阵列中制作失败的微圆柱传感器用毛细玻璃管挑去，在原位置按照步骤3～步骤5重新制备该微圆柱传感器直至修复成功为止。
有益效果
本发明提出的一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，利用三维机械臂，拉伸硅胶混合液，在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射得到微圆柱传感器测量阵列。
本发明解决了现有浇铸制备工艺成功率和精确性不足的问题，避免了制备精度较低，无法构成阵列式测量。以及脱模时易产生断裂，成功率难以得到保障的问题。本发明能够利用UV固化技术和增材制造技术，保证在一定的成功率、准确性的技术要求下制备微圆柱传感器测量阵列。
一、成功率
(1)单根微圆柱制备成功率99.7％
按照上述制备工艺中的步骤1-7进行多次制备，共计制备575根，成功制备573根，成功率高达99.7％
(2)10×10阵列制备
按照上述制备工艺中的步骤1-9进行多次制备，共计制备10×10阵列15个，一次性成功13个，经修复成功15个。共计一次成功率87％、经修复成功率100％。
二、精确性
单根的高度误差、锥度指数分别在0.67％和0.24％，相较于浇铸法中3.1％和1.0％的误差有较大的改进。
附图说明
图1：微圆柱传感器测量阵列制备工艺流程示意图
图2毛细玻璃管与塑料小球配合关系示意图
5—毛细玻璃管；6—塑料小球；7—微型圆柱传感器
图3：微圆柱传感器测量阵列制备工艺关键步骤指示图
1—硅质平板；2—硅胶混合液；3—三维机械臂；4—UV固化灯
a：在平放的硅质平板上滴加硅胶混合液
b：用三维机械臂固定毛细玻璃管并使塑料小球浸没在硅质平板的混合硅胶中
c：操纵三维机械臂沿竖直方向提拉毛细玻璃管
d：UV固化单根微圆柱传感器
e：UV固化单根微圆柱传感器完成
图4：微圆柱传感器测量阵列成品效果展示图
a：三维图示；b：侧视
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
一、材料准备：
三维机械臂、道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-On Inc.Solaris硅胶、塑料小球(直径10微米)、WPI公司TIP10TW1型玻璃毛细管、硅质平板、UV固化灯、UV工业防护眼镜。
二、操作步骤：
1、制备硅胶混合液：将道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-OnInc.Solaris硅胶按体积比10:1配制成硅胶混合液。
2、放置制备平台：将硅质平板平放。
3、制备单根微圆柱传感器的材料准备：在硅质平板上滴加3.15×10-8ml的硅胶混合液。
4、制备单根微圆柱传感器的工具准备：用毛细玻璃管将塑料小球固定在玻璃管顶端(毛细玻璃管针尖外径0.006mm，塑料小球直径0.01mm，将毛细玻璃管扎进塑料小球)，二者配合关系如图2——毛细玻璃管与塑料小球配合关系示意图所示。
5、制备单根微圆柱传感器预备步骤：用三维机械臂固定毛细玻璃管并使塑料小球浸没在硅质平板的混合硅胶中。
6、拉伸制备单根微圆柱感器：将运动轨迹坐标输入三维机械臂并操纵三维机械臂沿竖直方向提拉毛细玻璃管至0.1mm高度后，取下毛细玻璃管。
7、UV固化单根微圆柱传感器：在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射时间为1-3秒。
8、设计微圆柱传感器测量阵列的单元间距：以x mm等间距设置所需阵列。
9、制备微圆柱传感器测量阵列多次操作步骤2～步骤7，直至完成微圆柱传感器测量阵列的制备。
10、对阵列中制备失败的的微圆柱传感器进行修复：将微圆柱传感器阵列中制作失败的微圆柱传感器用毛细玻璃管挑去，在原位置按照步骤2～步骤7重新制备该微圆柱传感器直至修复成功为止。
实施实例
一、试验环境
温度：26.7℃湿度：42％
二、试验材料
三维机械臂、道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-On Inc.Solaris硅胶、塑料小球(直径10微米)、WPI公司TIP10TW1型玻璃毛细管、硅质平板、UV固化灯、UV工业防护眼镜。
三、试验步骤
1、制备硅胶混合液：将道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-OnInc.Solaris硅胶按体积比10:1配制成硅胶混合液。
2、放置制备平台：将硅质平板平放。
3、制备单根微圆柱传感器的材料准备：在硅质平板上滴加3.15×10-8ml的硅胶混合液。
4、制备单根微圆柱传感器的工具准备：用毛细玻璃管将塑料小球固定在玻璃管顶端(毛细玻璃管针尖外径0.006mm，塑料小球直径0.01mm，将毛细玻璃管扎进塑料小球)，二者配合关系如图2——毛细玻璃管与塑料小球配合关系示意图所示。
5、制备单根微圆柱传感器预备步骤：用三维机械臂固定毛细玻璃管并使塑料小球浸没在硅质平板的混合硅胶中。
6、拉伸制备单根微圆柱感器：将运动轨迹坐标输入三维机械臂并操纵三维机械臂沿竖直方向提拉毛细玻璃管至0.1mm高度后，取下毛细玻璃管。
7、UV固化单根微圆柱传感器：在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射时间为1-3秒。
8、设计微圆柱传感器测量阵列的单元间距：以0.5mm等间距设置所需阵列。
9、制备微圆柱传感器测量阵列多次操作步骤2～步骤7，直至完成微圆柱传感器测量阵列的制备。
10、对阵列中制备失败的的微圆柱传感器进行修复：将微圆柱传感器阵列中制作失败的微圆柱传感器用毛细玻璃管挑去，在原位置按照步骤2～步骤7重新制备该微圆柱传感器直至修复成功为止。
四、试验结果
一、成功率
(1)单根微圆柱制备成功率99.7％
按照上述制备工艺中的步骤1-7进行多次制备，共计制备575根，成功制备573根，成功率高达99.7％
(2)10×10阵列制备
按照上述制备工艺中的步骤1-9进行多次制备，共计制备10×10阵列15个，一次性成功13个，经修复成功15个。共计一次成功率87％、经修复成功率100％。
二、精确性
单根的高度误差、锥度指数分别在0.67％和0.24％，相较于浇铸法中3.1％和1.0％的误差有较大的改进。

Claims (3)

1.一种微圆柱传感器测量阵列制备工艺，其特征在于步骤如下：
步骤1、制备硅胶混合液：将道康宁公司184，Momentive RTV615和Smooth-OnInc.Solaris硅胶按体积比10:1配制成硅胶混合液；
步骤2、制备单根微圆柱传感器：在平放的硅质平板上滴加3.15×10-8ml的硅胶混合液；
步骤3：将设计方案中单根微圆柱传感器三维结构坐标数值作为三维机械臂的运动轨迹坐标，输入三维机械臂的操作***，采用三维机械臂固定毛细玻璃管，并使毛细玻璃管顶端的塑料小球浸没在硅质平板的混合硅胶中；
步骤4、拉伸制备单根微圆柱感器：启动三维机械臂，在运动轨迹坐标控制下，操纵三维机械臂沿竖直方向提拉毛细玻璃管至0.1mm高度后，取下毛细玻璃管；
步骤5、UV固化单根微圆柱传感器：在暗光条件下进行UV固化操作，UV光固化照射时间为1-3秒；
步骤6：按照设计方案中阵列传感器的位置，重复步骤3～步骤5，直至完成微圆柱传感器测量阵列的制备。
2.根据权利要求1所述微圆柱传感器测量阵列制备工艺，其特征在于：所述毛细玻璃管与顶端的塑料小球的结构为：毛细玻璃管针尖外径0.006mm，塑料小球直径0.01mm，将毛细玻璃管扎进塑料小球。
3.根据权利要求1所述微圆柱传感器测量阵列制备工艺，其特征在于：对阵列中制备失败的的微圆柱传感器的修复：将微圆柱传感器阵列中制作失败的微圆柱传感器用毛细玻璃管挑去，在原位置按照步骤3～步骤5重新制备该微圆柱传感器直至修复成功为止。
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