指導老師:鄭宗杰 教授 團隊成員:李牧桓、鍾錦輝、廖辰翁 機械式微流量泵浦 指導老師:鄭宗杰 教授 團隊成員:李牧桓、鍾錦輝、廖辰翁
目錄 摘要 微泵浦的發展與應用 研究動機與目的 機構 馬達驅動硬體系統 結果
摘要 機械式微流量泵浦主要是著手於針筒式泵浦的開發,軟體部份我們透過圖控程式Labview來控制馬達，並且利用步進馬達以機械式的機構配合傳動進而控制針筒注射的流量 。機構主要著重於螺桿滑座和推動板的設計,利用此機構能夠準確地控制步進馬達轉動和螺桿滑動的位置。
微泵浦的發展與應用 在生醫系統微小化之後,微泵浦在微流體元件中扮演著極為重要的角色,該如何快速且有效率的輸送微量的流體,在整個設備製程中,是相當重要的一個部分,並且流體的運輸必須藉由微泵浦提供穩定的驅動力,以帶動傳輸系統且精準的控制其流量。 而目前在生醫方面較常見到的泵浦型式有以下幾種:壓電式微泵浦、氣動式微泵浦、電磁力微泵浦等,在現有泵浦型式中相對於早期,已經能夠使液體在微流道內的驅動效率提升許多了,但是由於需要相配合的周邊儀器過於龐大,所以我們開發出一種體積較小,利用驅動馬達結合機構的方式。
研究動機與目的 基於現在的針筒式微泵浦雖然已經實行微小化,但是需要輔助的儀器卻也非常的多且複雜,而精準度也還沒有達到最理想的程度,而針筒式泵浦在市場上的價格也一直居高不下,也無法行程一體多用的使用方式,因此此發明的目的著重於利用不同的材料和控制模式,使的此發明能夠克服以上的問題,達到一主體多種規格的使用模式,並且利用Labivew控制使精準度再次的大大提升。
一、機構 本機構分為以下這五個部分 A.機械式微流量泵浦示意圖 B.底座 C.針筒底座 D.聯軸器 E.螺桿連結系統
機械式微流量泵浦示意圖 機構設計的材質主要由壓克力、不鏽鋼、鐵，三種構成,基本上的材質還是以壓克力為主,以達到減低重量,容易攜帶的特性為主,而需要較精密控制的部分則由不鏽鋼為材料。
底座 底座的部分主要都是由壓克力材質構成,而各個支撐座與擋板之間的連結全部為螺絲形式的連結,讓整個機構形成為可拆式的組合。
針筒底座 此機構所設計的多規格使用為這個針筒底座,基於市售上的產品幾乎都採用一種產品搭配一種規格的方式再販售,而這個底座的設計為可拆式的,只需要更換底座,便可以更換針筒的大小,而流量的控制一樣透過程式的修改而予以供制。
聯軸器 聯軸器主要為連接導螺桿與馬達的核心元件採用全自行設計此聯軸器是由一圓柱將中心鑽孔,並且配合行星減速器的圓軸粗度與導螺桿的粗細,且在螺桿上鑽孔,各用一個沉頭螺絲鎖進各自的螺紋內孔裡。
螺桿連結系統 此機構的最大重點就是導螺桿系統,導螺桿為公制M1.0的牙桿自行加工所製成的,在左右兩邊連結擋板的地方先進行第一次的螺桿外徑縮減,套上滾珠軸承與牆壁連結,接著再進行第二次的外徑縮減讓螺桿延伸出擔心使用時間長久可能導致壓克力變形或者壞損的可能性,故使用不鏽鋼材質,萬一損壞了也可以直接更換套筒。 1.左側的擋板 2.板子為推進針筒的推動板 3.滾珠軸承 4.自製套筒 5.螺桿
二、馬達驅動系統 A.控制軟體 B.馬達硬體 C.驅動硬體
控制軟體 利用labview程式虛擬儀控的特點,把數值用可直接鍵入的方式輸入電腦,再讓數值經過重重的迴圈,轉換成應輸出的脈波數,再由軸卡將訊號傳送至端子台。
馬達 利用五相步進馬達來驅動,配合10:1行星式減速器來動作。 五相步進馬達的最小步進角為0.72度再加上行星式減速器的配合,可讓一個POS脈波訊號只讓軸產生最小0.072度的轉動角度。
驅動硬體 驅動硬體包含運動軸卡、端子台、馬達驅動器及+24V直流電源供應器。 利用Labview軟體控制運動軸卡,計算出需要的脈波數,軸卡再把數位訊號轉換成脈波數轉到端子台上,再用訊號線連接馬達驅動器,連接驅動器上的Out+、 Out-、Dir+、Dir-,就可以輸送脈波即決定馬達的旋轉方向。
機構實體圖
結果 利用pos數控制步進馬達加上減速機構我們把最小度數,縮至0.072度透過1mm的導螺桿連接,擋板的最小位移量就是0.072mm。而配合的針筒半徑為7mm,表面積153.94平方公厘。理論上最小的輸出量為11.084立方公厘。但由於機構穩定和水表面張力種種因素導致所能控制的最低穩定流量約為0.01cc。
未來展望 依照現在機械式微流量泵浦的結果來看，射出量為0.01cc ，再選擇更小的射出量時,水珠無法完全滴出,故無法在更小的單位下達到精準的目的,之後嘗試改善機構間的配合,進而去降低能控制的最小流量的精準性。