Designing and simulating a nitinol-based micro ejector

Diseño y simulación de un micro eyector basado en nitinol

Este artículo describe el diseño y simulación de un eyector de pico-volúmenes cuyo sistema de actuación está basado en la memoria de forma de dos membranas de Nitinol. El volumen de las gotas eyectadas es de 12pL. El micro eyector opera a temperaturas entre 30°C y 64°C, a un voltaje de 12 V y una energía de eyección de 26µJ por gota. Este tipo de eyectores puede tener aplicaciones en la fabricación con tintas conductoras, lubricación y el enfriamiento de dispositivos electrónicos.

Introducción

La impresión por chorro de tinta es la aplicación más utilizada para producir volúmenes de microlitros a picolitros (Smith, 2009, p. 91-99) utilizando el principio de gota a demanda (DoD). Las gotas se producen y se inyectan en un cabezal de impresión interno que forma parte del cartucho utilizado en la impresión de inyección de tinta. El cabezal de impresión contiene boquillas, el líquido a expulsar (tinta) y los calentadores. La función de los calentadores es llevar la tinta a su temperatura de ebullición (T>300°C), creando así una burbuja que se expulsa por la boquilla. Este tipo de cabezales de impresión son algunos de los dispositivos que más beneficios aportan al mercado de los sistemas electromecánicos (MEMS) (Aarkstore, p. 45) y son un componente importante en el campo de la microfluídica (Xu, 2009, p. 1-10).

Esta técnica puede ser útil para expulsar otros tipos de fluidos; sin embargo, sólo se ha aplicado a líquidos que pueden ser llevados a su punto de ebullición sin ser afectados o modificados, como se hace con la tinta (Gad-el-Hak, 2005, p. 30.1-30.7).  El objetivo de esta investigación era explorar la generación de picogotas alternativas a las utilizadas actualmente en los cabezales de impresión por inyección de tinta.  Para dicho diseño y simulación multifísica se utilizó ANSYS v10.0 (AN SYS) en relación con un eyector de gotas de picolitros cuyo rendimiento se basó en la propiedad implícita de la función de memoria de forma relativa a la temperatura de los materiales conocidos como aleaciones con memoria de forma (SMA). Las SMA son aleaciones metálicas que recuerdan su forma original y tienen dos fases: martensita y austenita.