Συγκόλληση μικρορευστονικών πολυμερικών διατάξεων με υπερήχους, χωρίς τη χρήση ενεργειακού κατευθυντή

Ιορδανίδης, Χρήστος; Iordanidis, Christos

dc.contributor.author	Ιορδανίδης, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Iordanidis, Christos	en
dc.date.accessioned	2017-01-25T10:44:17Z
dc.date.available	2017-01-25T10:44:17Z
dc.date.issued	2017-01-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44249
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13804
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Συγκόλληση με υπερήχους	el
dc.subject	Μικρορευστονικές διατάξεις	el
dc.subject	Πολυμερικά υλικά	el
dc.subject	Χωρίς ενεργειακό κατευθυντή	el
dc.subject	Πολυμεθακρυλικό μεθύλιο	el
dc.subject	Ultrasonic bonding	en
dc.subject	Microfluidic devices	en
dc.subject	Without an energy director	en
dc.subject	Polymer materials	en
dc.subject	PMMA	en
dc.subject	COP	en
dc.title	Συγκόλληση μικρορευστονικών πολυμερικών διατάξεων με υπερήχους, χωρίς τη χρήση ενεργειακού κατευθυντή	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Ultrasonic bonding of polymer microfluidics devices, without an energy director	en
heal.classification	Συγκόλληση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-24
heal.abstract	Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η συγκόλληση θερμοπλαστικών πολυμερικών μικρορευστονικών διατάξεων από πολυμεθακρυλικό μεθύλιο (ΡΜΜΑ) και από πολυμερές κυκλοολεφίνης (COP), χωρίς τη χρήση ενεργειακού κατευθυντή. Οι μικρορευστονικές διατάξεις κατασκευάζονται σε διαστάσεις 1.50 cm x 4.50 cm, πάχους 0.2 cm, και επεξεργάζονται οι επιφάνειες τους για να αποκτήσουν μια επιπεδότητα. Η επιπεδότητα των δοκιμίων διαδραματίζει τεράστιο ρόλο στη συγκόλληση με υπερήχους. Η τεχνολογική στάθμη στη συγκόλληση με υπερήχους σε θερμοπλαστικά πολυμερή μέχρι και σήμερα, παρατίθεται και γίνεται προσπάθεια επιβεβαίωσης και αναπαραγωγής κάποιων μεθόδων. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η χρήση διαλύτη ισοπροπανόλης, ακετόνης και μίγμα αυτών, αλλά και η εισαγωγή μκρο-κατευθυντών ενέργειας, με πρόσδωση τραχύτητας στις επιφάνειες των πολυμερών. Επίσης, εξετάζεται η περίπτωση πολλαπλών διαδοχικών συγκολλήσεων με υπερήχους, με στάδια προθέρμανσης. Τέλος, εξετάζεται η περίπτωση που το ένα εκ των δύο δοκιμίων προς συγκόλληση είναι λεπτό φιλμ από το υλικό πάχους 0.03 cm. Χρησιμοποιείται διάταξη ελαστικού υποστρώματος για βελτίωση της επιπεδότητας και της ομοιόμορφης κατανομής της ενέργειας. Η διάταξη αποτελείται από λεπτό φιλμ PDMS πάχους 0.03 cm, και επίπεδου πλακιδίου πυριτίου, πάχους 0.05 cm. Απαιτείται περισσότερη ενέργεια στα δείγματα μας, αλλά τα αποτελέσματα εμφανίζουν μεγαλύτερα ποσοστά συγκόλλησης σε όλη τη διεπιφάνεια. Για πλάτος ταλάντωσης 4.5 και 5 μm, με δύναμη συγκόλλησης 400 Newton, σε μεγάλους χρόνους συγκόλλησης 16 δευτερολέπτων, η ενέργεια είναι 1500 Joule, το ποσοστό συγκόλλησης είναι πάνω από 90% της επιφάνειας για το ΡΜΜΑ, ενώ για το COP έχουμε ακόμα μεγαλύτερα ποσοστά συγκόλλησης. Οι αντίστοιχες συνθήκες είναι για πλάτος ταλάντωσης 5.5 και 6 μm, δύναμη συγκόλλησης 550 Ν, σε χρόνους συγκόλλησης 16 δευτερολέπτων και ενέργεια συγκόλλησης 2500 Joule. Αν και δεν καταφέραμε να επιτύχουμε ακόμη μια στιβαρή ομοιόμορφη συγκόλληση χωρίς παραμορφώσεις των επιφανειών, αποδείξαμε ότι με καλή προετοιμασία των δειγμάτων και έμφαση στην επιπεδότητα τους, καταφέρνουμε να αυξήσουμε την επαναληψιμότητα στα αποτελέσματα μας και να αυξήσουμε τα ποσοστά συγκόλλησης. Επιπροσθέτως, επιβεβαιώσαμε ότι η τραχύτητα σε μια επιφάνεια και η χρήση διαλύτη συμβάλλουν σε μια ποιοτικότερη συγκόλληση και αυξάνουν το ποσοστό συγκόλλησης. Τέλος, με τη μέθοδο του στατιστικού σχεδιασμού Box-Benken, καταλήξαμε ότι το πλάτος της ταλάντωσης και η δύναμη συγκόλλησης διαδραματίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο στην επίδραση που έχουν σαν παράμετροι της συγκόλλησης.	el
heal.abstract	The purpose of this thesis was to investigate the principles of ultrasonic bonding of thermoplastic polymeric microfluidic devices of polymethyl methacrylate (PMMA) and cyclic olefin polymer (COP), without using an energy director. Microfluidic devices were made in dimensions 1.50 cm x 4.50 cm, with thickness of 0.2 cm. We processed their surfaces to obtain a flatness. The flatness of samples withholds a significan role in the ultrasonic welding. We have studied the technological level in ultrasonic welding of thermoplastic polymer materials until today, and we tried to confirm and reproduce some methods. Specifically, we tried solvent assisted ultrasonic bonding, using isopropanol, acetone and mixtures of the above, as a solvent. We also examine micro-energy directors, imparting roughness to the surface of polymers. Also, we try multiple successive steps, with a preheating stage. Finally, we try ultrasonic bonding, where one of the two pieces to be welded, is a thin film with a thickness of 0.03 cm. We use an elastic substrate device for improving the flatness and the uniformly distribution of energy. The device consists of a thin PDMS film with thickness of 0.03 cm and a flat wafer made of Silicon, with thickness of 0.05 cm. With this device, our samples required more energy, but the results show higher welding rates across the interface. For performing ultrasonic bonding experiments with an amplitude of 4.5 and 5 microns, bonding strength 400 Newton, welding time of 16 seconds, and energy given about 1500 Joules, the bonding rate was more than 90% of the surface of PMMA, while at the COP material we achieved even more higher welding rates . The corresponding conditions for COP were an amplitude of 5.5 and 6 microns, and a welding force of 550 N, welding times in 16 seconds and welding energy 2500 Joule. Although we could not achieve yet a robust uniformly welding, without the distortion (thermal deformation) of the surfaces, we demonstrated that with a proper preparation of the samples and processing their surface with flatness, we managed to increase the reproducibility of our results and increase the welding rate. In addition, we confirmed that the roughness of the surface and the solvent assisted ultrasonic bonding, contribute to a better quality of welding and increase the welding rate. Finally, using the statistical design Box-Benken, we concluded that both amplitude and welding force, play an equally important role, in the effect they have to ultrasonic bonding, as welding parameters.	en
heal.advisorName	Αλεξόπουλος, Λεωνίδας	el
heal.advisorName	Γογγολίδης, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	148 σ.
heal.fullTextAvailability	true