이 튜토리얼에서는 3D 프린팅 마이크로매니퓰레이터를 만드는 방법을 설명합니다. 이는 제가 이전에 제작한 마이크로매니퓰레이터를 2년 전에 공개한 것의 업데이트 버전이지만, 몇 가지 중요한 변경 사항이 포함되어 있습니다.
마이크로매니퓰레이터가 처음이라면, 이는 마이크로미터 단위의 정밀도로 물체를 배치하고 조작하도록 설계된 도구입니다. 매우 유용하지만, 마이크로전자공학에서는 매우 비싼 도구이기도 합니다. 이 프로젝트는 3D 프린팅을 기반으로 성능이 뛰어나면서도 저렴한 DIY 대안을 설계하려는 노력의 결과입니다.
3D 프린팅 부품 사이에서 부드럽게 움직이도록 금속 봉을 슬라이딩 요소로 사용합니다. 또한 백래시를 상쇄하도록 각 축에 스프링을 장착했습니다. 그 결과 50마이크로미터보다 작은 패드에도 팁을 위치시킬 수 있는 민감하면서도 성능이 뛰어난 장치가 완성됩니다.
이전 마이크로매니퓰레이터와 비교하면 이번 버전은 다음과 같습니다:
이 버전을 제작하려면 단계가 훨씬 더 많이 필요하므로, 별도의 Instructable로 작성합니다. 다음 링크에 이전 튜토리얼을 온라인으로 남겨 두어 Version 1을 제작하려는 분들이 참고할 수 있도록 하겠습니다.
이 설계는 주로 3D 프린팅 부품을 사용합니다. 하지만 다음 항목도 필요합니다:
또한 다음 공구가 필요합니다:
니들 팁 홀더도 제작하려면 다음 항목이 추가로 필요합니다:
하드웨어를 쉽게 구할 수 있도록 이 튜토리얼의 마지막 단계에 몇 가지 링크를 제공했습니다. 이 링크는 참고용으로만 제공되며, 제품의 품질을 보증할 수는 없습니다.
이 프로젝트를 제작하려면 먼저 각 부품을 출력합니다. 다음에서 제공되는 STL 파일은 Thingiverse, Printable 및 Makerworld에 미리 방향이 설정되어 있으며 필요한 모든 부품이 하나의 파일에 모여 있습니다. 보유한 금속 봉에 따라 2mm 또는 3mm 버전을 선택하세요(3mm 권장). 미적인 이유로 노브와 레버를 다른 색상으로 출력할 수도 있습니다. Bambu Studio를 사용한다면 제가 제공하는 3mf 파일을 바로 사용할 수 있습니다. 그렇지 않다면 TPU 패드를 제외한 모든 부품을 PLA+ 또는 PETG로 0.2mm 레이어, 벽 4개, 충전률 25%로 출력하는 것을 권장합니다. TPU 패드는 충전률 60%로 출력해야 합니다. 서포트가 필요합니다.
전환식 자기 메커니즘에 대한 간단한 소개는 제가 작성한 다음 문서의 8단계를 참고할 수 있습니다: On/Off 자기 베이스 제작 Instructable.
제작을 시작하려면 바이스나 망치를 사용해 M3 너트를 마이크로매니퓰레이터 베이스에 삽입합니다. 그런 다음 레버를 가져와 아래쪽 면의 구멍 절반에 자석을 삽입하되, 모든 자석의 방향이 같도록 합니다. 아래쪽 면을 확인하려면 베이스 부품을 테이블 위에 놓고 레버를 대어 봅니다. 레버를 올바른 방향으로 놓았을 때 레버는 자연스럽게 베이스 모서리에 맞춰져야 합니다.
첫 번째 자석을 설치한 후 레버를 뒤집고 각 구멍에 와셔 하나씩을 추가합니다. 이 와셔는 앞서 설치한 자석을 제자리에 고정해 다음 단계를 쉽게 해 줍니다. 그런 다음 아래쪽 면의 남은 구멍을 자석으로 채우되, 한 구멍에서 다음 구멍으로 갈 때마다 자석의 방향이 번갈아 바뀌도록 합니다.
모든 자석을 설치한 후 위쪽 면을 와셔로 채웁니다. 각 구멍에는 와셔가 3개씩 들어가야 합니다. 와셔 더미가 레버 표면 위로 튀어나오면 안 됩니다. 와셔의 날카로운 모서리 때문에 촘촘한 더미를 만들 수 없다면 줄을 사용해 모서리를 다듬습니다.
레버가 부드럽게 작동하도록 자석 위에 산업용 그리스나 오일을 소량 바를 수 있습니다. 그런 다음 와셔 고정대를 자석 위에 놓되, 고정대의 가장자리가 자석 위에 오도록 합니다. 각 위치에 와셔 3개씩 쌓고, 각 더미가 촘촘하게 맞물리도록 합니다. 필요한 경우 와셔의 가장자리를 줄로 다듬습니다.
모든 와셔를 설치한 후 와셔 고정대가 아래를 향하도록 조립체를 베이스에 삽입합니다. 레버가 자유롭게 회전하는지, 그리고 레버를 돌릴 때 자기력이 켜지고 꺼지는지 확인합니다.
M3 × 10 mm 볼트 4개를 사용하여 Y 캐리지를 베이스 어셈블리에 고정합니다. 그런 다음 55 mm M3 볼트 3개를 노브 3개에 각각 끼웁니다. 노브는 볼트에 단단히 맞도록 설계되었지만, 필요하면 접착제로 고정합니다.
바이스나 망치를 사용하여 필요한 모든 위치에 M3 너트를 끼웁니다(총 7개). 그런 다음 그림에 표시된 위치에만 슬라이더 로드를 끼웁니다.
Z 슬라이더를 Z 캐리지 안에 넣고 52.5 mm 로드를 끼워 제자리에 고정합니다. 캐리지를 위아래로 움직여 필요한 힘의 정도를 확인합니다. 목표는 충분한 강성을 제공하면서도 스프링이 부품을 움직일 수 있을 만큼 쉽게 미끄러지는 단단한 맞춤 상태를 얻는 것입니다.
맞춤이 너무 빡빡하면 더 긴 로드 조각을 드릴에 장착하고 구멍 안에서 회전시킵니다. Z 슬라이더를 위아래로 움직이면서 마찰로 구멍이 약간 변형될 만큼 충분한 열이 발생할 때까지 로드를 계속 회전시킵니다.
서두르지 말고 부품이 과열되지 않도록 주의합니다. 최상의 결과를 얻으려면 맞춤이 아직 약간 빡빡할 때 멈춘 다음 슬라이더 로드에 소량의 오일이나 그리스를 바릅니다.
그런 다음 65 mm 로드를 사용하여 X 축에도 같은 과정을 적용합니다. 이 로드는 완전히 밀어 넣고 나면 제거하기 매우 어려울 수 있으므로 끼울 때 주의합니다.
Y 축의 경우 로드를 끼우기 전에 노브와 스프링을 설치하는 것이 더 쉽습니다. 다른 두 노브보다 약간 더 긴 Y 노브를 사용해야 합니다. 볼트에 M3 와셔를 끼운 다음 볼트 끝을 Y 캐리지의 해당 구멍에 통과시킵니다. 볼트로 스프링 한쪽 끝을 잡고, 다른 쪽 끝은 X 캐리지의 구멍에 넣습니다. X 캐리지를 가까이 가져가면 제자리에 들어갑니다. 노브를 돌려 고정한 다음, 앞 단계에서 설명한 대로 45 mm 로드 2개를 끼웁니다.
X 및 Z 스프링과 노브를 장착한 다음 베이스에 TPU 패드를 추가합니다.
축하합니다. 마이크로매니퓰레이터가 사실상 완성되었습니다!
맞춤형 도구를 설계하려는 경우, 그림에 표시된 것처럼 Z 부착 플레이트에는 15 mm 및 18 mm 간격으로 배치된 부착 지점 4개가 있습니다.
또는 대부분의 전자기기 응용 분야에서는 제 팁 홀더 시스템을 사용할 수 있습니다. 다음 단계에서 이를 만드는 방법을 설명합니다.
응용 분야에 따라 마이크로매니퓰레이터에 다양한 종류의 도구를 사용하고 싶을 수 있습니다. 그러나 전자 부품을 프로빙하는 것이 목적이라면 팁 홀더가 필요할 가능성이 큽니다. 저는 이전에 표준 마이크로일렉트로닉 커넥터용 팁 홀더 2개를 설계했습니다. 하나는 직선형 커넥터용이고 다른 하나는 90° 굽은 커넥터용입니다. 굽은 홀더에 대해서는 다음의 9단계를 참조하십시오: 이 튜토리얼. 직선형 커넥터의 경우, 제 각도 조절식 홀더를 개선하여 제자리에 조였을 때 홀더가 회전하지 않도록 했습니다. 이 단계에서는 이를 제작하는 방법을 설명합니다.
먼저 원하는 3D 파일 저장소의 마이크로매니퓰레이터 페이지에서 모든 "tip holder" 부품을 출력합니다. STL 파일에 지정된 방향을 유지하고 서포트를 사용합니다.
또한 다음이 필요합니다.
M3 × 14–20 mm 볼트를 볼트 리테이너에 끼우고, M3 × 10 mm 볼트 2개를 노브에 끼우는 것으로 조립을 시작합니다. 필요하면 접착제로 제자리에 고정합니다. M3 너트를 메인 노브에 끼운 다음, 이를 사용하여 암을 베이스에 부착합니다. 암을 90°로 잡으면 납땜 인두로 두 멜트 인서트를 편리하게 삽입할 수 있습니다. 인서트를 설치한 후 암을 베이스에서 분리하고, M3 × 10–15 mm 볼트 4개를 사용하여 베이스를 마이크로매니퓰레이터 Z 슬라이더에 부착합니다. 암을 다시 연결하고 노브를 설치하면 각도 조절식 홀더를 사용할 준비가 됩니다. 상용 니들 팁 홀더를 사용하지 않는다면 다음 단계에서 직접 제작하는 방법을 참조하십시오.
전자 프로빙에는 일반적으로 전기적 연결이 가능한 니들 팁이 필요합니다. 상용 팁 홀더는 보통 안정적인 전기적·기계적 연결을 모두 제공하는 금속 클램핑 시스템을 사용합니다.
3D 프린팅 부품만으로는 안정적인 전기 연결을 제공하기 어렵지만, 제 마이크로매니퓰레이터용 팁 홀더 를 사용하여 스테인리스 스틸 또는 텅스텐 니들뿐만 아니라 인출 유리 모세관도 고정할 수 있습니다.
전기 측정을 하려면 팁을 와이어에 연결해야 합니다. 저는 안정적인 연결을 위해 워핑 방식 을 사용하지만, 팁을 납땜할 수도 있습니다. 제 경험상 스테인리스 스틸 재봉 바늘은 50마이크로미터 이상의 패드에 접촉할 때 잘 작동합니다. 더 작은 패드에는 아래에 설명된 것처럼 전기화학적으로 식각한 팁을 사용해야 합니다.
이 니들 팁 홀더를 제작하려면 먼저 다음에서 파일을 다운로드합니다: Thingiverse, Printables또는 MakerWorld. 그림에 표시된 방향으로 부품을 출력하고, 리테이너 부품에는 브림을 사용합니다. 또한 다음이 필요합니다.
홀더를 조립하려면 스프링과 리테이너를 베이스에 놓고 스프링을 압축한 다음 M2 나사로 리테이너를 제자리에 고정합니다. 2 mm 로드를 베이스에 밀어 넣고 접착제로 고정합니다.
완성된 홀더는 두 노브를 사용하여 각도 조절식 홀더에 고정할 수 있습니다.
니들 팁을 설치하려면 리테이너를 뒤로 당기고 니들을 삽입한 다음 리테이너를 놓습니다.
저는 대부분의 부품을 Taobao에서 조달했습니다. 홍콩에 있는 제 위치를 고려할 때 특히 편리하고 경제적이기 때문입니다. 그러나 Taobao는 중국어를 사용하지 않는 사람에게 이용하기 어려울 수 있으므로 다른 공급업체 링크도 함께 포함했습니다. 이는 추천이나 보증이 아니며, 해당 링크는 참고용으로만 제공된다는 점을 유념하십시오.
원문: https://www.instructables.com/Build-a-3D-Printed-Micromanipulator-V2-with-a-Swit/
https://www.instructables.com/Build-a-3D-Printed-Micromanipulator-V2-w…