雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工裝置及其加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微米(納米)級(jí)玻璃噴嘴制作領(lǐng)域，尤指涉及一種雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工裝置及其加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微噴嘴是微滴噴射技術(shù)中最為關(guān)鍵的部件之一，直徑大小、流道形狀及內(nèi)壁表面質(zhì)量決定了微液滴的直徑和噴射能力。微噴嘴的制作方法有光刻法、電鑄法、微電火花(化學(xué))加工法、玻璃管拉制法等。拉制法制作玻璃微噴嘴時(shí)，是通過(guò)控制玻璃材料的變形長(zhǎng)度及各部分的加熱時(shí)間，得到具有不同孔徑和錐度的玻璃管。
[0003]拉制法制作的玻璃微噴嘴具有較低的流體阻力和良好的生物樣品兼容性，可滿(mǎn)足微滴噴射和生物芯片微陣列制作的要求，可以制作出針尖內(nèi)徑為微米甚至納米級(jí)別的微噴嘴，而經(jīng)過(guò)鍛制的玻璃微噴嘴，則通過(guò)加熱處理拉制出的微噴嘴，消除微噴嘴在拉制過(guò)程中形成的殘余應(yīng)力。
[0004]目前，拉制法微噴嘴制作裝置有垂直或水平布置的拉針儀、鍛針儀。拉針儀有水平式、垂直式，制作微噴嘴的方式一般依靠氣動(dòng)力、電磁力、重力等將加熱的玻璃管道從中部拉開(kāi)；拉制后的玻璃管形成細(xì)長(zhǎng)的流體通道，為了控制玻璃微噴嘴的長(zhǎng)度，一般還需要將拉制的玻璃微管道經(jīng)過(guò)磨制的過(guò)程。鍛制儀的工作過(guò)程為將玻璃管道或經(jīng)過(guò)拉制的微噴嘴出口處加熱，由于粘度降低表面張力作用使玻璃發(fā)生殘余變形，端口收縮，形成所需的幾何形狀。同時(shí)這些操作均需要特定幾何形狀的玻璃噴嘴，要求微噴嘴一致性良好，以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。所以需要制作出高度自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)單的微噴嘴制作儀，節(jié)省勞力和工作時(shí)間，擺脫對(duì)操作熟練性的依賴(lài)；需要制作出幾何形狀、應(yīng)力性質(zhì)等使用特性一致良好的微噴嘴，以取得良好應(yīng)用效果，需要將拉制和鍛制微噴嘴集合至同一臺(tái)儀器，進(jìn)行拉制、高溫拋光、鍛制等操作，需要能夠?qū)崿F(xiàn)二次拉制制作微噴嘴，以得到大錐度的微噴嘴。
[0005]為了解決這個(gè)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)的研宄人員做了相關(guān)研宄工作，如中國(guó)專(zhuān)利號(hào)201210123632.8的設(shè)計(jì)思路是將玻璃微針局部加熱并拉伸，以形成出口處內(nèi)徑比較小的微噴嘴，通過(guò)改變拉力等操作來(lái)控制微針幾何形狀，雖然該專(zhuān)利中提出了一種可以同時(shí)進(jìn)行拉制和鍛制的自動(dòng)化微噴嘴制作儀，但該發(fā)明只是集成了玻璃管拉制和玻璃微針鍛制的過(guò)程，并沒(méi)有集成玻璃微噴嘴磨制的裝置，因此所制得的微噴嘴長(zhǎng)度不能控制。
[0006]此外，現(xiàn)有的玻璃管道拉制裝置都是一端固定，另外一端為活動(dòng)，而在拉制過(guò)程中，熱源卻固定不動(dòng)，因此拉斷點(diǎn)會(huì)偏離熱源，導(dǎo)致玻璃管道拉斷點(diǎn)兩端變形為非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，兩端長(zhǎng)度不一樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工裝置，通過(guò)該方法及裝置可以使拉制的玻璃管雙端對(duì)稱(chēng)變形，形成兩個(gè)一致的玻璃微噴嘴。
[0008]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種將拉制、鍛制及磨制集合在一臺(tái)機(jī)器中的雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工裝置。
[0009]本發(fā)明所要解決的又一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種上述加工裝置的加工方法。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工裝置，包括玻璃管夾持裝置、玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置、加熱器裝置及控制裝置；該玻璃管夾持裝置夾持固定玻璃管的兩端；該玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)有兩個(gè)分別帶動(dòng)玻璃管兩端并向兩端運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的加熱器裝置設(shè)置在玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置的一側(cè)，其包括具有環(huán)形加熱孔的加熱器，該加熱孔使用時(shí)套在玻璃管的中央。
[0011]優(yōu)選地，進(jìn)一步包括可帶動(dòng)所述的加熱器裝置沿玻璃管的軸線(xiàn)方向上移動(dòng)的鍛制運(yùn)動(dòng)裝置。
[0012]優(yōu)選地，進(jìn)一步包括磨制裝置，該磨制裝置設(shè)置在所述玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置的另一側(cè)，其包括磨削裝置以及可帶動(dòng)磨削裝置移動(dòng)的磨制運(yùn)動(dòng)裝置；該磨削裝置由砂輪及電機(jī)組成。
[0013]優(yōu)選地，所述的玻璃管夾持裝置包括分別夾持玻璃管兩端的第一上壓板、第一下壓板以及第二上壓板、第二下壓板；在兩個(gè)下壓板上設(shè)置有用于放置玻璃管的V形槽。
[0014]優(yōu)選地，所述玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿以及絲桿螺母，該絲桿螺母與所述的玻璃管夾持裝置相連。
[0015]優(yōu)選地，所述的鍛制運(yùn)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿以及絲桿螺母，該絲桿螺母與所述的加熱器裝置直接或者間接連接。
[0016]優(yōu)選地，所述的加熱器裝置還設(shè)置有用于對(duì)加熱器位置進(jìn)行微調(diào)的加熱器微調(diào)裝置；加熱器微調(diào)裝置包括Z方向位置微調(diào)儀及XY方向位置微調(diào)儀，該加熱器微調(diào)裝置設(shè)置在鍛制運(yùn)動(dòng)裝置上。
[0017]優(yōu)選地，所述的磨制運(yùn)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿以及絲桿螺母，該絲桿螺母與所述的磨削裝置直接或者間接連接；該磨制運(yùn)動(dòng)裝置還包括砂輪微調(diào)裝置，其包括XY方向位置微調(diào)儀和Z方向位置微調(diào)儀。
[0018]一種采用上述加工裝置的加工方法，包括如下步驟:
步驟一，選擇加熱器:根據(jù)玻璃管的外徑選擇具有相應(yīng)加熱孔的加熱器；
步驟二，裝夾玻璃管:將玻璃管的兩端裝夾到玻璃管夾持裝置上；
步驟三，校正:在裝夾好玻璃管后，運(yùn)行機(jī)器，通過(guò)位置微調(diào)按鈕控制加熱器微調(diào)裝置調(diào)節(jié)加熱器與玻璃管之間的相對(duì)位置，使加熱孔的軸線(xiàn)與玻璃管軸線(xiàn)重合；
步驟四，拉制:待裝夾和調(diào)節(jié)好玻璃管后，加熱器開(kāi)始加熱，當(dāng)加熱絲達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，保持該溫度繼續(xù)加熱，同時(shí)控制裝置的控制器控制玻璃管拉制運(yùn)動(dòng)裝置的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)拉動(dòng)玻璃管向兩端運(yùn)動(dòng)直至拉斷，拉斷處形成兩個(gè)玻璃微噴嘴，完成拉制過(guò)程；
步驟五，鍛制:拉制完后鍛制運(yùn)動(dòng)裝置帶著加熱器先后運(yùn)動(dòng)到玻璃管斷開(kāi)的兩端的相應(yīng)位置對(duì)玻璃微噴嘴進(jìn)行加熱，鍛制過(guò)程中觀(guān)察玻璃管的閉合錐度，當(dāng)錐度達(dá)到合適值即停止加熱，完成噴嘴的鍛制過(guò)程；待兩端噴嘴均鍛制好后，加熱器微調(diào)裝置帶動(dòng)加熱器沿著與玻璃管軸線(xiàn)垂直的方向運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離玻璃管；
步驟六，磨制:由磨制運(yùn)動(dòng)裝置帶動(dòng)砂輪運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位置，對(duì)鍛制好的噴嘴進(jìn)行磨制加工，將噴嘴尖端的封閉區(qū)域去除，磨出想要的噴嘴內(nèi)徑。
[0019]一種雙端驅(qū)動(dòng)的玻璃微噴嘴加工方法，通過(guò)設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)玻璃管兩端的玻璃管夾持裝置同時(shí)向相反的方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)玻璃管的拉制過(guò)程，在拉斷點(diǎn)兩端形成兩個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的微噴嘴。
[0020]采用上述方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有玻璃微噴嘴制作方式相比，由于采用了雙端驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)玻璃管進(jìn)行拉制，拉制過(guò)程中因?qū)ΨQ(chēng)運(yùn)動(dòng)，拉斷點(diǎn)位置始終處于加熱器內(nèi)容，玻璃管受熱均勻，拉制速度和加熱速度可控，形成的兩個(gè)玻璃微噴嘴結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，因此可同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)形狀一致的玻璃微噴嘴的制作，提高了玻璃微噴嘴的制作效率和材料利用率。
[0021]同時(shí)，本發(fā)明采用可控移動(dòng)的加熱裝置，可實(shí)現(xiàn)玻璃微噴嘴的在原位加熱煅燒，無(wú)需二次裝夾，還可進(jìn)一步控制玻璃微噴嘴的長(zhǎng)度、錐度等結(jié)構(gòu)尺寸。
[0022]此外，本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置了砂輪磨削裝置，可實(shí)現(xiàn)玻璃微噴嘴的在位磨削；結(jié)合加熱裝置和磨削裝置，可完成玻璃微噴嘴的拉制、煅燒、磨削等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)玻璃微噴嘴的全自動(dòng)加工。
[0023]再者，本發(fā)明可以通過(guò)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)方式控制，顯著提高控制的靈活性，同時(shí)相對(duì)于其它電機(jī)的控制方式，其結(jié)