กระบวนการสร้างเมมเบรนฝังไมโครคอยล์และการศึกษาสมรรถนะในการใช้งานเป็นแอคชัวเอเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า

ภากร นนทิวัฒน์วณิช

dc.contributor.advisor	อลงกรณ์ พิมพ์พิณ
dc.contributor.advisor	อศิ บุญจิตราดุลย์
dc.contributor.author	ภากร นนทิวัฒน์วณิช
dc.contributor.other	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์
dc.date.accessioned	2013-07-25T07:41:08Z
dc.date.available	2013-07-25T07:41:08Z
dc.date.issued	2553
dc.identifier.uri	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/33404
dc.description	วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2553	en_US
dc.description.abstract	งานวิจัยนี้พัฒนากระบวนการสร้างแผ่นเมมเบรน PDMS ที่ถูกฝังด้วยคอยล์ทองแดงเพื่อใช้เป็นส่วนประกอบของเมมเบรนแอคชัวเอเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า กระบวนการสร้างที่พัฒนาขึ้นประกอบด้วย 2 ขั้นตอนหลัก ขั้นตอนแรกคือกระบวนการสร้างคอยล์ทองแดง เริ่มจากการสร้างแบบหล่อที่มีรูปร่างของคอยล์บนแผ่นสเตนเลส โดยใช้เทคนิค Photolithography หลังจากนั้นจึงนำแบบหล่อที่ได้ไปปลูกฟิล์มทองแดงด้วยเทคนิค Electroplating เพื่อสร้างคอยล์ทองแดงขึ้นมา ขั้นตอนที่สองคือการสร้างแผ่นเมมเบรนและการประกบคอยล์ทองแดง โดยวิธีการเท PDMS เริ่มจากการสปิน PDMS ลงบนฐานอะคริลิกแล้วนำไปอบเพื่อให้แข็งตัว หลังจากนั้นจึงวางคอยล์ทองแดงด้านบนแล้วสปิน PDMS ทับอีกครั้ง สุดท้ายจึงลอกแผ่นเมมเบรนที่มีคอยล์ทองแดงอยู่ภายในออกมา ในการศึกษานี้พบว่า อัตราการปลูกฟิล์มทองแดงเป็นฟังก์ชั่นโดยตรงกับค่ากระแสไฟฟ้าต่อหน่วยพื้นที่ อีกทั้งขนาดความขรุขระของแผ่นสเตนเลสควรมีค่าน้อยกว่า 0.112 ไมโครเมตร เพื่อทำให้คอยล์ทองแดงหลุดออกมาจากแผ่นสเตนเลสได้ หลังจากนั้นจึงนำแผ่นเมมเบรนที่ได้มาประกอบเป็นแอคชัวเอเตอร์โดยแผ่นเมมเบรนหนา 300 ไมโครเมตร มีคอยล์ทองแดงรูปร่างวงกลมรอบเดียวหนา 40 ไมโครเมตร กว้าง 500 ไมโครเมตร ฝังอยู่ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางคอยล์เท่ากับ 1 เซนติเมตร ในการทดสอบได้ศึกษาขนาดเมมเบรนสองขนาดคือ เส้นผ่านศูนย์กลางเมมเบรน 2 และ 4 เซนติเมตร ผลการทดสอบของ Static Response พบว่าเมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้า 3.16 แอมแปร์ แอคชัวเอเตอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 และ 4 เซนติเมตร จะมีระยะกระดกเท่ากับ 25 และ 73 ไมโครเมตร ตามลำดับ ผลการทดสอบ Dynamic Response ด้วยกระแสไฟฟ้ารูปซายน์ในช่วงความถี่ 2-8 เฮิร์ทและกระแสไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 1.9 แอมแปร์ พบว่า เมื่อความถี่ของสัญญาณกระแสไฟฟ้าเพิ่มมากขึ้นระยะกระดกสูงสุดจะมีค่าลดลงสำหรับทั้งสองกรณี แอคชัวเอเตอร์ที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเมมเบรน 2 และ 4 เซนติเมตรจะให้ระยะกระดกสูงที่สุดเท่ากับ 15 และ 21 ไมโครเมตร ตามลำดับ ที่ความถี่ 2 เฮิร์ทซ์	en_US
dc.description.abstractalternative	The fabrication process of the micro coil embedded membrane is developed. This membrane is the main component in a micro electromagnetic membrane actuator. In this study, Polydimethylsiloxane (PDMS) and copper are used as the membrane and metal coil materials, respectively. The fabrication process is divided into two main parts, namely coil electroplating and membrane forming with coil assembly. Firstly, the mold in a shape of copper coil is created by photolithography technique on a stainless substrate, and copper is then electroplated into the mold until the desired thickness is achieved. Next, the copper coil is removed from the mold, and placed onto a polymerized PDMS layer that is previously coated on an acrylic substrate. After that, another layer of PDMS is poured over, spun, and polymerized to form the micro coil embedded membrane. Finally, the resulting micro coil embedded membrane is peeled off from the acrylic substrate. In this study, we found that the copper deposition rate is linearly increased with the applied current density. Moreover, the roughness of the stainless substrate should be less than 0.112 µm as the copper coil detached from the substrate naturally. The prototype actuator was assembled by using 300-µm-thick membrane with embedded 40-µm-thick, 500-µm-wide and 1 cm diameter single-turn copper coil. The membranes with 2-cm and 4-cm diameter were tested. The static response test reveals that the deflection of 2-cm diameter membrane is 25 µm, while that of 4-cm diameter membrane is 73 µm, at the applied DC current of 3.16 A. For the dynamic response test with AC sinusoidal current, the deflection of both actuators is decreased when the frequency of applied current is increased. At the driving frequency of 2 Hz and peak-to-peak current of 1.9 A, the amplitude of deflection is 15 µm for 2-cm diameter membrane, while that of 4-cm diameter membrane is 21 µm.	en_US
dc.language.iso	th	en_US
dc.publisher	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.relation.uri	http://doi.org/10.14457/CU.the.2010.1436
dc.rights	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.subject	เมมเบรน ‪แอคชัวเอเตอร์	en_US
dc.subject	ไมโครแอคชัวเอเตอร์	en_US
dc.subject	Membranes Actuator	en_US
dc.subject	Micro Actuator	en_US
dc.title	กระบวนการสร้างเมมเบรนฝังไมโครคอยล์และการศึกษาสมรรถนะในการใช้งานเป็นแอคชัวเอเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า	en_US
dc.title.alternative	Fabrication process of micro coil embedded membrane and its performance investigation as an electromagnetic actuator	en_US
dc.type	Thesis	en_US
dc.degree.name	วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต	en_US
dc.degree.level	ปริญญาโท	en_US
dc.degree.discipline	วิศวกรรมเครื่องกล	en_US
dc.degree.grantor	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย	en_US
dc.email.advisor	Alongkorn.P@Chula.ac.th
dc.email.advisor	basi@chula.ac.th
dc.identifier.DOI	10.14457/CU.the.2010.1436