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真正「隔空移物」的超聲波操控:這家公司打算把黑科技用于電子組裝
還有什么是超聲波不能干的么……
立陶宛一家名叫 Neurotechnology 的公司近日公開了一種的「超聲波 3D 打印技術」,這一技術利用超聲波操控(Ultrasonic Manipulation)的方法,能夠使用超聲波無需接觸的情況下「隔空」抓取和移動細小的電子元件和材料,不過相比「3D 打印」,該技術似乎更適合應用于各種電子元件的 PCB 組裝中。
Neurotechnology 的超聲研究小組(Ultrasound Research Group)基于超聲波操控開發了一套原型設備,該設備使用了一組超聲波轉換器陣列,每個轉換器由計算機單獨控制,陣列內能夠產生「壓力斷面」(Pressure Profiles)來移動、旋轉材料或元件。

設備內還有一枚攝像頭用于確定 PCB 板和電子元件的位置,以及一臺激光器用于將電子元件焊接到 PCB 板上。
「超聲波操控可以移動的材料種類非常多,包括金屬、塑料甚至液體等等。」這一項目的負責人 Osvaldas Putkis 博士表示。「它不僅可以操縱材料顆粒,還可以處理各種形狀的電子元件。其他非接觸式的技術,如基于磁力或靜電力的方法,都不能實現這種功能。」
這一技術能夠精確地在極小的尺度下移動物體,例如,在 40kHz 的頻率下,設備的工作精度可以達到幾十個微米,通過提高頻率,其工作精度還可以進一步提高。

在 Neurotechnology 公開的視頻中,Putkis 演示了使用原型機將一枚電阻安裝到 PCB 板上的過程。首先,設備通過攝像頭確定 PCB 板和焊點的位置,接著元件會被逐個放入設備中,通過聲波場旋轉、移動到對應的位置,最后使用激光將部件焊接到位。
由于超聲波操控技術能夠在非接觸的情況下移動物體,其在處理各類材料特別是電子元件時的優點也十分明顯:一方面,它可以避免機械抓取可能對元件造成的物理損傷;另一方面,還可以減少或消除作業中產生的靜電,保護敏感的電路。此外,可處理材料的廣泛性也是這一技術的重要優勢,除了固體之外,該技術甚至可以在空間中移動液體,理論上可以將燒熔的材料直接塑造成型。
不過,這一技術目前還處在開發階段,暫時只能用于 PCB 組裝這樣的移動對象比較細小的場景下,而無法完成手機之類復雜產品的完整組裝。但「隔空移物」的非接觸式技術在 SMT 等電子組裝等領域仍具有一定的應用潛力。Neurotechnology 超聲研究小組在陣列控制、超聲場建模和超聲波粒子操控等領域有著深入研究,正在尋求其他公司參與這項技術的進一步開發和應用。