Мезомащабно производство / мезопроизводство

С конвенционалните производствени техники ние произвеждаме „макромащабни“ структури, които са относително големи и видими с просто око. With MESOMANUFACTURING however ние произвеждаме компоненти за миниатюрни устройства. Мезопроизводството се нарича още като MESOSCALE MANUFACTURING or ME Мезопроизводството припокрива както макро, така и микропроизводството. Примери за мезопроизводство са слухови апарати, стентове, много малки двигатели.

 

 

 

Първият подход в мезопроизводството е да се намалят процесите на макропроизводство. Например малък струг с размери от няколко десетки милиметра и двигател от 1,5 W, тежащ 100 грама, е добър пример за мезопроизводство, при което е извършено намаляване на мащаба. Вторият подход е да се разширят процесите на микропроизводство. Като пример процесите на LIGA могат да бъдат увеличени и да навлязат в сферата на мезопроизводството.

 

 

 

Нашите мезопроизводствени процеси преодоляват празнината между базираните на силиций MEMS процеси и конвенционалната миниатюрна машинна обработка. Мезомащабните процеси могат да произвеждат дву- и триизмерни части с микронни размери в традиционни материали като неръждаема стомана, керамика и стъкло. Процесите на мезопроизводство, които понастоящем са достъпни за нас, включват разпрашване с фокусиран йонен лъч (FIB), микрофрезоване, микроструговане, ексимерна лазерна аблация, фемто-секундна лазерна аблация и обработка с микро електроразряд (EDM). Тези мезомащабни процеси използват субтрактивни технологии за машинна обработка (т.е. отстраняване на материал), докато LIGA процесът е допълнителен мезомащабен процес. Мезопроизводствените процеси имат различни възможности и спецификации на производителност. Спецификациите за производителност на машинна обработка, които представляват интерес, включват минимален размер на елемента, толерантност на елемента, точност на местоположението на елемента, повърхностно покритие и скорост на отстраняване на материал (MRR). Имаме възможност за мезопроизводство на електромеханични компоненти, които изискват мезомащабни части. Мезомащабните части, произведени чрез субтрактивни мезопроизводствени процеси, имат уникални трибологични свойства поради разнообразието от материали и повърхностните условия, произведени от различните мезопроизводствени процеси. Тези субтрактивни мезомащабни машинни технологии ни карат да се притесняваме, свързани с чистотата, сглобяването и трибологията. Чистотата е жизненоважна при мезопроизводството, тъй като размерът на частиците на мезомащабната мръсотия и отломки, създадени по време на мезомашинния процес, може да бъде сравним с мезомащабните характеристики. Мезомащабното фрезоване и струговане може да създаде стружки и неравности, които могат да блокират дупки. Морфологията на повърхността и условията на повърхностно покритие варират значително в зависимост от мезопроизводствения метод. Мезоразмерните части са трудни за работа и подравняване, което прави сглобяването предизвикателство, което повечето от нашите конкуренти не могат да преодолеят. Нашите нива на добив в мезопроизводството са много по-високи от нашите конкуренти, което ни дава предимството да можем да предложим по-добри цени.

 

 

 

ПРОЦЕСИ НА МЕЗОМАЩАБНА ОБРАБОТКА: Нашите основни мезопроизводствени техники са фокусиран йонен лъч (FIB), микрофрезоване и микроструговане, лазерна мезообработка, микро-EDM (електроразрядна обработка)

 

 

 

Мезопроизводство с използване на фокусиран йонен лъч (FIB), микрофрезоване и микроструговане: FIB разпръсква материал от детайл чрез бомбардиране с галиев йонен лъч. Заготовката се монтира към набор от прецизни етапи и се поставя във вакуумна камера под източника на галий. Етапите на преместване и въртене във вакуумната камера правят различни места върху детайла достъпни за лъча от галиеви йони за мезопроизводство на FIB. Регулируемо електрическо поле сканира лъча, за да покрие предварително определена проектирана област. Потенциал с високо напрежение кара източник на галиеви йони да се ускори и да се сблъска с детайла. Сблъсъците отделят атоми от детайла. Резултатът от процеса на мезообработка на FIB може да бъде създаването на почти вертикални фасети. Някои FIB, достъпни за нас, имат диаметър на лъча до 5 нанометра, което прави FIB машина с мезо и дори микромащаб. Ние монтираме микро фрезови инструменти на високопрецизни фрезови машини към машинни канали в алуминий. С помощта на FIB можем да произведем инструменти за микроструговане, които след това могат да се използват на струг за производство на пръти с фина резба. С други думи, FIB може да се използва за обработка на твърда инструментална екипировка, освен за директна мезообработка на елементи върху крайния детайл. Бавната скорост на отстраняване на материала направи FIB непрактичен за директна обработка на големи елементи. Твърдите инструменти обаче могат да отстраняват материал с впечатляваща скорост и са достатъчно издръжливи за няколко часа машинна обработка. Независимо от това, FIB е практичен за директно мезообработване на сложни триизмерни форми, които не изискват значителна скорост на отнемане на материал. Продължителността на експозицията и ъгълът на падане могат значително да повлияят на геометрията на директно обработените елементи.

 

 

 

Лазерно мезопроизводство: Ексимерните лазери се използват за мезопроизводство. Ексимерният лазер обработва материала, като го пулсира с наносекундни импулси ултравиолетова светлина. Работният детайл е монтиран на прецизни транслационни етапи. Контролер координира движението на обработвания детайл спрямо неподвижния UV лазерен лъч и координира изстрелването на импулсите. Може да се използва техника за прожектиране на маска за дефиниране на геометрии на мезообработка. Маската се вкарва в разширената част на лъча, където лазерният флуенс е твърде нисък, за да премахне маската. Геометрията на маската се намалява чрез лещата и се проектира върху детайла. Този подход може да се използва за обработка на множество отвори (матрици) едновременно. Нашите ексимерни и YAG лазери могат да се използват за обработка на полимери, керамика, стъкло и метали с размери на характеристиките до 12 микрона. Доброто свързване между UV дължината на вълната (248 nm) и детайла при лазерно мезопроизводство/мезообработка води до вертикални стени на канала. По-чист подход за лазерна мезообработка е използването на титано-сапфирен фемтосекунден лазер. Откриваемите остатъци от такива мезопроизводствени процеси са частици с нано размери. Характеристики с размер от един микрон могат да бъдат микропроизведени с помощта на фемтосекундния лазер. Процесът на фемтосекундна лазерна аблация е уникален с това, че разрушава атомни връзки вместо термично аблиращ материал. Процесът на фемтосекундна лазерна мезообработка / микрообработка има специално място в мезопроизводството, тъй като е по-чист, с микронни възможности и не е специфичен за материала.

 

 

 

Мезопроизводство с помощта на Micro-EDM (електроразрядна обработка): Електроразрядната обработка премахва материала чрез процес на искрова ерозия. Нашите микро-EDM машини могат да произвеждат детайли с размер до 25 микрона. За грузилото и машината за микро-EDM с тел двете основни съображения за определяне на размера на елемента са размерът на електрода и междината над дупката. Използват се електроди с диаметър малко над 10 микрона и прекомерен диаметър от няколко микрона. Създаването на електрод със сложна геометрия за EDM машината изисква ноу-хау. Както графитът, така и медта са популярни като електродни материали. Един подход за производство на сложен потъващ EDM електрод за част от мезомащаб е използването на процеса LIGA. Медта, като електроден материал, може да бъде покрита в матрици LIGA. След това медният електрод LIGA може да бъде монтиран върху EDM машината за потъване за мезопроизводство на част от различен материал, като неръждаема стомана или ковар.

 

 

 

Нито един процес на мезопроизводство не е достатъчен за всички операции. Някои мезомащабни процеси са по-обхватни от други, но всеки процес има своя ниша. През повечето време се нуждаем от различни материали, за да оптимизираме работата на механичните компоненти и се чувстваме комфортно с традиционните материали като неръждаема стомана, тъй като тези материали имат дълга история и са много добре характеризирани през годините. Мезопроизводствените процеси ни позволяват да използваме традиционни материали. Субтрактивните мезомащабни машинни технологии разширяват нашата материална база. Накъсването може да е проблем с някои комбинации от материали в мезопроизводството. Всеки конкретен мезомащабен процес на обработка влияе уникално върху грапавостта и морфологията на повърхността. Микрофрезоването и микроструговането могат да генерират неравности и частици, които могат да причинят механични проблеми. Micro-EDM може да остави преработен слой, който може да има специфични характеристики на износване и триене. Ефектите на триене между части от мезомащаб може да имат ограничени точки на контакт и не се моделират точно от моделите на повърхностен контакт. Някои мезомащабни машинни технологии, като микро-EDM, са доста зрели, за разлика от други, като фемтосекундна лазерна мезо-обработка, които все още изискват допълнително развитие.