كان المشروع الجانبي الممتع الذي عملت عليه خلال فترة دراستي التعاونية هنا في StarFish Medical عبارة عن فرن إعادة التدفق مصمم خصيصًا لحام المكونات المثبتة على السطح على لوحات الدوائر المطبوعة.
لماذا بناء فرن إنحسر؟
في معظم الأحيان، يتم تجميع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بنا لدى الشركات المصنعة المتعاقدة، ولكن هناك بعض الحالات حيث يكون من الأنسب تجميع لوحات نموذجية صغيرة داخل الشركة لتوفير الوقت. في الماضي، استخدمنا لوحة التسخين المسبق ومحطة الهواء الساخن لتجميعها، ولكن هذا له بعض العيوب، مثل إمكانية دفع المكونات إلى ما هو أبعد من حدود درجة حرارتها أو إنتاج وصلات لحام منخفضة الجودة بسبب عدم وجود تدفق مناسب حساب تعريفي. هناك حاجة إلى حل إعادة التدفق الذي ينفذ ملف تعريف إعادة التدفق بشكل صحيح إذا أردنا معالجة هذه المشكلات. تتوفر أفران إعادة التدفق الرخيصة التي تنفذ ملفات تعريف إعادة التدفق عبر الإنترنت، ولكن غالبًا ما تتطلب هذه الأجهزة تعديلات لتعمل بشكل جيد، لذلك قررنا إنشاء أفران مخصصة. بالإضافة إلى ذلك، بدا وكأنه مشروع ممتع!
إنشاء حل مخصص
لقد قمت ببناء فرن إنحسر حول ستارفيش دق، إحدى منصات التطوير الداخلية لدينا. يعد StarFish DAQ (نظام الحصول على البيانات) خيارًا مثاليًا لمشروع مثل هذا لأنه يسمح لك بتنفيذ حلقات التحكم PID بسرعة بمسارات محددة مسبقًا. وهذا يلغي وقت التطوير الذي يتم إنفاقه عادةً في تنفيذ التحكم PID، وإدخال ADC، وإخراج PWM على وحدة التحكم الدقيقة وواجهة مستخدم الرسم البياني على جهاز الكمبيوتر. كما أنه يوفر قدرة كافية لتحسين المشروع دون الحاجة إلى تغيير النظام الأساسي. يمكن لمخرجات التيار العالي تشغيل محرك مروحة للتبريد بالحمل الحراري أو مؤازرة لفتح باب الفرن في نهاية الدورة.
بالنسبة للفرن نفسه، استخدمت أرخص فرن محمصة يمكن أن أجده: وحدة هاميلتون بيتش معروضة للبيع مقابل 27 دولارًا. تم تفضيل فرن محمصة رخيصة لأنه بالإضافة إلى الحفاظ على تكاليف المشروع منخفضة، فإن أفران محمصة عمومًا لديها نظام تحكم حراري كهروميكانيكي بسيط للغاية. يقوم منظم الحرارة الشريطي ثنائي المعدن بتشغيل عناصر التسخين إذا كانت درجة الحرارة أقل من نقطة ضبط منظم الحرارة وإيقاف تشغيلها إذا كانت درجة الحرارة أعلى من نقطة الضبط. يمكن تجاوز منظم الحرارة عن طريق ضبط حده على درجة حرارة تتجاوز الحد الأقصى لدرجة الحرارة لدورة إعادة التدفق والتحكم في السخانات بمرحل خارجي متصل بمدخل طاقة الفرن.
بالنسبة للمرحل، استخدمت في البداية جهازًا جاهزًا يحتوي على مرحل ميكانيكي يمكنني التحكم فيه باستخدام StarFish DAQ المتصل بين فرن التحميص ومأخذ الحائط. كان هذا التتابع بطيئًا جدًا وكان به عدد قليل نسبيًا من الحد الأقصى لأحداث التبديل، مما يعني أنني لم أتمكن حقًا من دفع تردد PWM إلى ما يزيد عن 1 هرتز. ويفضل تردد PWM الأعلى لتقليل تأثيره على استجابة درجة حرارة الفرن، حيث أن الترددات المنخفضة يمكن أن تنتج خللاً في درجة الحرارة. يمكن تشغيل مرحل الحالة الصلبة بتردد PWM أعلى من المرحل الميكانيكي.
بعد إثبات المفهوم باستخدام المرحل الجاهز، قمت بتصميم حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد لمرحل الحالة الصلبة الذي يحمل أيضًا StarFish DAQ. كانت العلبة تمثل تحديًا مثيرًا للاهتمام في التصميم لأنه كان علي أن أفكر في السلامة الكهربائية المحيطة بأسلاك التيار المتردد الرئيسية والسلامة الحرارية، حيث يمكن أن يصبح المرحل ساخنًا للغاية ويذوب العلبة. لقد قمت بتضمين حاجز عزل بين جانبي الجهد العالي والمنخفض في العلبة بحيث لا يمكن إلا للمرحل المرور منه، ومبدد حراري مؤرض بالأرض لتبريد المرحل بشكل سلبي.
للحصول على ردود فعل على درجة الحرارة، استخدمت مزدوجًا حراريًا من النوع K ولوحة جانبية من Adafruit. يتم توصيل هذه المزدوجة الحرارية بثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي يتم إعادة تدفقه. يقوم الفرن بتسخين محتوياته باستخدام الأشعة تحت الحمراء، وبالتالي فإن الهواء الموجود داخل الفرن (الشفاف نسبيًا للأشعة تحت الحمراء) يمكن أن يكون أكثر برودة بعدة درجات من ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه (غير الشفاف للأشعة تحت الحمراء). العديد من أفران إعادة التدفق الرخيصة لا تحتوي على المزدوجات الحرارية التي تتصل بلوحة PCB وبدلاً من ذلك تقوم بقياس درجة حرارة الهواء داخل الفرن. يمكن أن يؤدي ذلك إلى انحراف درجة حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور عن ملف تعريف إعادة التدفق إذا لم يتم حساب التناقض بشكل صحيح.
تقييم الأداء
كانت استجابة درجة حرارة الفرن قادرة على متابعة ملف إعادة التدفق المبرمج بدقة، مع وجود بعض الرنين المبلل فقط على طول درجة الحرارة المرتفعة في فترة النقع وقليل من التجاوز أثناء فترة إعادة التدفق. يمكن تحسين أوجه القصور هذه من خلال ضبط PID بشكل أفضل، ولكنها صغيرة بما يكفي بحيث تعمل عملية إعادة التدفق بشكل جيد.
لقد اختبرت الجهاز على لوحات التوسعة التي صنعناها لمشروع آخر. كانت هذه لوحات بسيطة نسبيًا تم استخدامها لتنفيذ تعديل على لوحة أخرى لا تزال في مرحلة النموذج الأولي. حجم إنتاجها الصغير جعلها غير مناسبة للتجميع الاحترافي. لقد قمت بملء المكونات الموجودة على اللوحة يدويًا وأعدت تدفقها باستخدام فرن إعادة التدفق.
بعد بعض التنظيف، أصبحت الألواح تحتوي على وصلات لحام ذات مظهر ممتاز. للوهلة الأولى، قد تعتقد أنها جاءت من خدمة تجميع احترافية، بدلاً من تجميعها يدويًا وإعادة تدفقها باستخدام فرن إعادة التدفق المصنوع خصيصًا! لقد تمكنت من اختبار فرن إعادة التدفق على ألواح أخرى وكان قادرًا على إنتاج وصلات لحام عالية الجودة في كل مرة. إحدى اللوحات التي كانت مثيرة للإعجاب بشكل خاص هي اللوحة المُحسّنة لنقل الحرارة، والتي يصعب لحامها يدويًا بشكل عام.
التعلم من هذا المشروع
بدا هذا مشروعًا بسيطًا نسبيًا في البداية، لكنني وجدت الكثير من المجالات التي يجب التعمق فيها لتحسين النظام قدر الإمكان. لقد تدربت على العديد من المهارات من خلال هذا المشروع، مثل كيفية توصيل دائرة 120 فولت تيار متردد عالية الطاقة بأمان، وكيفية تطبيق وضبط التحكم PID على النظام الحراري، وكيفية تصميم حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد لتلبية السلامة الكهربائية والحرارية متطلبات.
أنا ممتن لأنني تمكنت من العمل في مشاريع مثيرة للاهتمام مثل هذه خلال تعاوني في StarFish والتعلم من الفريق الممتاز هنا! تقبل StarFish Medical فرص العمل على مدار العام للطلاب المتفوقين. تحقق من بهم صفحة المواضع التعاونية للمزيد من المعلومات.
كالوم أوريلي هو طالب هندسة كهربائية في جامعة كولومبيا البريطانية. كانت آخر فترة تعاونية له عبارة عن فترة عمل مدتها 4 أشهر على اختبار محركات السبائك ذات ذاكرة الشكل. وهو جزء من UBC Rocket، وهو فريق تصميم طلابي للهندسة، يقود فريقًا لتصميم الإلكترونيات لصاروخ أسرع من الصوت.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون السيارات / المركبات الكهربائية ، كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- تشارت بريم. ارفع مستوى لعبة التداول الخاصة بك مع ChartPrime. الوصول هنا.
- BlockOffsets. تحديث ملكية الأوفست البيئية. الوصول هنا.
- المصدر https://starfishmedical.com/blog/starfish-medical-co-op-custom-built-reflow-oven/
