Jetting, czyli dozowanie bezkontaktowe

Dozowanie za pomocą jettingu miało swoje początki w drukarkach atramentowych. Na początku były to głowice termiczne, które podgrzewały niewielką ilość atramentu doprowadzając ją do wrzenia. Tusz gwałtownie zwiększy swoją objętość, jest wystrzeliwany z głowicy. Ograniczeniem tej technologii jest lepkość płynu, która nie może być większa niż 30 mPa*s. Kolejnym rozwiązaniem, które pozwalało na bezkontaktowe dozowanie, były głowice piezoelektryczne. Wyposażone są one w komorę, która gwałtownie zmniejsza objętość wypychając w ten sposób materiał na zewnątrz. Zaletą ich jest szybkość działania do 20 kHz. W przemyśle elektronicznym znalazły zastosowanie przy produkcji diod OLED (głowice takie produkuje Epson i Dimatrix). Podobnie jak głowica termiczna nie może ona dozować lepkości większych niż 30 mPa*s. Innym rozwiązaniem stosowanym w zaworach typu „jet” jest zawór, w którym gwałtowne zamyka i otwiera się dyszę. Płyn jest podawany pod ciśnieniem do dyszy, zawór jest gwałtownie otwierany piezoelektrycznie. Porcja materiału jest wypchnięta na zewnątrz i zawór jest gwałtownie zamykany. Cały proces uzależniony jest lepkości materiału, dawka, więc będzie się zmieniała wraz ze zmianą tejże lepkości. Ta technologia jettingu znalazła zastosowanie w elektronice do np. nakładanie klejów utwardzanych światłem UV do hermetyzacji, jak też przy produkcji dysków twardych HDD do nakładania płynów tłumiących wibracje głowic odczytujących. Zawory takie oferuje firma EFD. Jeszcze inne rozwiązanie stosuje się przy dozowaniu pasty lutowniczej (Mydata). Pasta podawana jest za pomocą pompy śrubowej do komory. W komorze porusza się tłok, który jednocześnie odcina dopływ pasty jak i wypycha pastę na zewnątrz (prędkość dozowania do 500 dawek/minutę). Jest to, więc dozowanie wolumetryczne-objętościowe, za każdym razem dawka objętościowo jest taka sama bez względu na zmianę lepkości. Rozwiązanie to jest również stosowane do dozowania klejów SMA. Mechaniczny „jet” – rozwiązanie to stosuje ASYMTEK. Zasada działania tego systemu wygląda następująco, materiał jest podawany pod stosunkowo niskim ciśnieniem, a wystrzelenie płynu następuje poprzez iglicę sterowaną pneumatycznie. Iglica uderzając wystrzeliwuje określoną porcję materiału. Zaletą tego rozwiązania jest to, że wytwarzane jest wysokie ciśnienie w dyszy, co umożliwia dozowanie materiałów o bardzo dużych lepkościach (do 300 000 mPa*s). Minusem tej technologii jest wielkość kropek, które nie są tak małe jak w przypadku głowic termicznych czy też piezoelektrycznych. Jednakże technologia ta znalazła szerokie zastosowanie w montażu elektroniki: underfilling, dozowanie żywic, fluxu, klejów SMA. Jak i dozowaniu ciekłych kryształów, produkcji wyświetlaczy, produkcji diod LED, dysków HDD, precyzyjnym smarowaniu i wielu innych zastosowaniach. Ta technologia jettingu jest również używana do powlekania konformalnego (conformal coating), umożliwia precyzyjne powlekania małych komponentów i trudno dostępnych obszarów. Z powodzenie może dozować lakiery do powlekania konformalnego o lepkościach do 1 000 mPa*s. Zasada działania mechanicznego jeta Materiał jest podawany pod ciśnieniem by wypełnić obszar komory płynu. Otwór jest zamknięty poprzez dociśnięcie iglicy zakończonej kulką do gniazda. Następnie unoszona jest iglica, materiał wypełnia obszar pod iglicą. Następuje gwałtowne opuszczenie iglicy, która zbliżając się do gniazda tworzy małą komorę i z niej właśnie płyn zostaje wystrzelony na zewnątrz w postaci strumienia. Cały proces powtarza się. Igła a jet Dozowania bezkontaktowe – jetting wolny jest od nieodłącznych wad dozowania za pomocą igły. Proces dozowania za pomocą igły wymaga by igła, płyn dozowany i podłoże były w kontakcie. To znaczy odległość igły od podłoża musi być na tyle mała by płyn mógł dotknąć podłoża, a powierzchnia styku z podłożem była większa niż średnica wewnętrzna igły. Jest to konieczne by płyn pozostał na podłożu i oderwał się od igły, gdy będziemy ją unosić. Konieczność oderwania strugi materiału powoduje, że igłę musimy unosić za każdym razem, gdy chcemy dozować kropki. Wydłuża to oczywiście cały proces nakładania kleju, gdyż igła wykonuje szereg ruchów góra/dół. Narażeni jesteśmy też na niebezpieczeństwo skrzywienia igły lub też uszkodzenia komponentu, ponieważ poruszamy się bardzo blisko komponentów, a nawet pomiędzy nimi. Aplikatory typu jet pracują w pewnej odległości od podłoża, poruszając nad większością komponentów. Nie jest więc konieczny ich ruch w osi Z, gdyż strzelamy z pewnej wysokości. Również linie tworzone za pomocą jeta nie posiadają charakterystycznych dla igły zgrubień na początku i końcu linii. Kolejną przewagą zaworów typu Jet nad dozowaniem za pomocą igły jest możliwość dozowania pomiędzy blisko umieszczone komponenty. Rys. 2. Porównanie separacji komponentów przy różnych metodach dozowania © ASYMTEK. Jak widzimy minimalna odległość pomiędzy komponentami dla jettingu może być 3 razy mniejsza! Bezpieczeństwo procesu jest również większy, bo nie musimy schodzić igłą pomiędzy komponenty, strzelamy z bezpiecznej wysokości. Jet on the fly Kluczem do przewagi szybkościowej jettingu nad klasycznym dozowaniem za pomocą igły, jest hasło „jet on the fly” Co ono znaczy? Aplikator porusza się z dużą prędkością, strzelając materiałem. Oprogramowanie samo wylicza moment dozowania, tak by materiał trafił dokładnie w to miejsce, które wskazaliśmy. Rys. 3. Jet on the fly – dozowanie w locie (©ASYMTEK). Calibrated process jetting Ważną sprawą jest kontrola naszego procesu. Rynek wymaga by produkować szybciej i taniej. Jak możemy mieć pewność, że nie produkujemy odpadów? Odpowiedzią jest właśnie „Calibrated process jetting”. System ten pozwala kontrolować wielkość dawki za pomocą precyzyjnej wagi, która sprawdza masą określonej liczby kropek i wylicza ich średnią masę. Porównuje to z zadanymi parametrami i wprowadza ewentualne korekty w wielkości kropki.

Rys. 4. Dot on dot – możliwość stawiania kropki jedna na drugiej (©ASYMTEK).

Wszystko to bez udziału operatora. Dot on dot Funkcja ta daje nam możliwość stawiania kropki na kropce, umożliwia to nam, np. tworzenie mechanicznej struktury, która może przewodzić prąd (jak połączenie drutem). Czy też nakładanie past w struktury 3D, co zapewnia lepszy rozpływ pasty przy dociśnięciu komponentu (brak uwięzionych bąbli powietrza). NexJet – Advanced Jetting Technology

Rys. 5. NexJet – aplikator typu „jet” nowej generacji (©ASYMTEK).

Jest to kolejny krok w ewolucji zaworów do jettingu. Zaprojektowany zostałby uprościć obsługę i zminimalizować czas przestoju. System NexJet wyposażony jest w kartridż Genius™ Jet Cartridge (strzeżony patentem). Jest to jedyny element systemu, który ma kontakt z płynem i wymaga czyszczenia. Każdy aplikator NexJet dostarczany jest z dwoma kartridżami, gdy jeden pracuje, drugi możemy czyścić. Czyszczenie odbywa się w specjalnym urządzeniu, które ułatwia tą operację i nie wymaga żadnych dodatkowych narzędzi i przyrządów. Nie jest wymagany jakikolwiek demontaż kartridża, po prostu wkładamy go w stację czyszczącą. Zawory używane do tej pory miały od 8-14 części, które wymagały czyszczenia i sprawdzenia stopnia ich zużycie przed ponownym montażem. Kartridż Genius™ Jet jest szczególnie przydatny dla tych użytkowników, którzy często zmieniają płyn dozowany. Każda taka zmiana do tej pory wiązała się z demontażem i czyszczeniem zaworu, no i oczywiście przestojem. Dzięki nowemu rozwiązaniu, zmieniamy tylko kartridż, drugi czyścimy w międzyczasie i możemy pracować dalej. Rys. 6. Kartridż Jet Genius™ (©ASYMTEK). Opcjonalnie kartridż może być wyposażony w system RFID. Dzięki temu systemowi wiemy czy zainstalowany jest właściwy kartridż oraz wiemy czy kartridż nie przekroczył maksymalnej liczby cykli pracy. Jeśli wpiszemy w program typ kartridża jak ma być użyty w danym programie, to system ostrzeże nas, że próbujemy załadować program mając zainstalowany niewłaściwy kartridż. Wpływa to na bezpieczeństwo procesu: minimalizuje połyki operatorów, eliminuje możliwość użycia niewłaściwej części, dzięki możliwości logowania operacji daje inżynierom procesu wgląd w historię produkcji. Przyszłość W porównaniu do pierwszych zaworów typu „jet” obecne mogą dozować kropki niemal stokrotnie razy mniejszej objętości. Ilość płynów, jakie możemy dozować zwiększyła się kilkunastokrotnie. Obecnie niemal każdy płyn używany w montażu może być jettowany. Przyszłość przyniesie nam na pewno możliwość dozowania jeszcze mniejszych objętości przy większych prędkościach. Ilość płynów, które będziemy mogli dozować zwiększy się niewątpliwie. Kierunek rozwoju, jaki wskazał aplikator NexJet pokazał nam, że producenci dążą również do uproszczenia obsługi tych urządzeń i zwiększenia efektywności produkcji. --- Artykuł został umieszczony dzięki uprzejmości firmy © AMB Technic. Więcej informacji na stronie firmy.