Mesoscale Manufacturing / Mezomanufacturing

Sa konvencionalnim proizvodnim tehnikama proizvodimo strukture „makrorazmjera“ koje su relativno velike i vidljive golim okom. With MESOMANUFACTURING ipak proizvodimo komponente za minijaturne uređaje. Mezoproizvodnja se takođe naziva i kao MESOSCALE MANUFACTURING or_cccb78BA. Mezoproizvodnja preklapa i makro i mikro proizvodnju. Primjeri mezoproizvodnje su slušni aparati, stentovi, vrlo mali motori.

 

 

 

Prvi pristup u mezoproizvodnji je smanjenje procesa makroproizvodnje. Na primjer, sićušni strug sa dimenzijama od nekoliko desetina milimetara i motorom od 1,5 W težine 100 grama dobar je primjer mezoproizvodnje gdje je došlo do smanjenja veličine. Drugi pristup je povećanje mikroproizvodnih procesa. Na primjer, LIGA procesi se mogu povećati i ući u područje mezoproizvodnje.

 

 

 

Naši procesi mezoproizvodnje premošćuju jaz između MEMS procesa baziranih na silicijumu i konvencionalne minijaturne obrade. Mezoscale procesi mogu proizvesti dvodimenzionalne i trodimenzionalne dijelove koji imaju karakteristike mikronske veličine u tradicionalnim materijalima kao što su nehrđajući čelici, keramika i staklo. Mezoproizvodni procesi koji su nam trenutno dostupni uključuju raspršivanje fokusiranim ionskim snopom (FIB), mikro-glodanje, mikro-struganje, ekscimer lasersku ablaciju, femto-sekundnu lasersku ablaciju i mikro-elektro-pražnjenje (EDM) obradu. Ovi procesi na mezoskali koriste tehnologije subtrativne obrade (tj. uklanjanje materijala), dok je LIGA proces aditivni proces mezoskale. Procesi mezoproizvodnje imaju različite mogućnosti i specifikacije performansi. Specifikacije performansi obrade koje su od interesa uključuju minimalnu veličinu karakteristike, toleranciju karakteristika, tačnost lokacije karakteristika, završnu obradu površine i brzinu uklanjanja materijala (MRR). Imamo mogućnost mezoproizvodnje elektro-mehaničkih komponenti za koje su potrebni mezorazmjerni dijelovi. Dijelovi mezoskala proizvedeni subtraktivnim procesima mezoproizvodnje imaju jedinstvena tribološka svojstva zbog raznolikosti materijala i površinskih uslova proizvedenih različitim procesima proizvodnje mezoproizvoda. Ove subtraktivne mezoskalne tehnologije obrade donose nam brige vezane za čistoću, montažu i tribologiju. Čistoća je od vitalnog značaja u mezoproizvodnji jer veličina čestica mezoskala i krhotina stvorenih tokom procesa mezo-mašine može biti uporediva sa karakteristikama mezoskale. Mezorazmjerno glodanje i tokarenje može stvoriti strugotine i neravnine koje mogu blokirati rupe. Morfologija površine i uvjeti završne obrade uvelike variraju ovisno o metodi mezoproizvodnje. Dijelovi u mezorazmjeru su teški za rukovanje i poravnavanje što montažu čini izazovom koji većina naših konkurenata nije u stanju savladati. Naše stope prinosa u mezoproizvodnji su daleko veće od naših konkurenata što nam daje prednost da možemo ponuditi bolje cijene.

 

 

 

PROCESI OBRADE MESOSCALE: Naše glavne tehnike mezoproizvodnje su fokusirani ionski snop (FIB), mikro-glodanje i mikro-struganje, laserska mezo-mašinska obrada, mikro-EDM (elektro-pražnjena obrada)

 

 

 

Mezoproizvodnja korišćenjem fokusiranog jonskog snopa (FIB), mikro glodanje i mikro-struganje: FIB raspršuje materijal iz radnog komada bombardovanjem snopom galijuma. Radni komad se montira na set preciznih stepenica i stavlja u vakuumsku komoru ispod izvora galijuma. Faze translacije i rotacije u vakuumskoj komori čine različite lokacije na radnom komadu dostupnim snopu galijevih jona za FIB mezoproizvodnju. Električno polje koje se može podesiti skenira snop kako bi pokrilo unaprijed definirano projektirano područje. Potencijal visokog napona uzrokuje ubrzanje izvora galijevih jona i sudaranje s radnim komadom. Sudari odvajaju atome od radnog komada. Rezultat FIB procesa mezo-mašinske obrade može biti stvaranje skoro vertikalnih faseta. Neki FIB-ovi koji su nam dostupni imaju prečnik snopa od čak 5 nanometara, što FIB čini mašinom sposobnom za mezo, pa čak i za mikro. Alati za mikro glodanje montiramo na glodalice visoke preciznosti na aluminijske kanale. Koristeći FIB možemo proizvesti alate za mikrotokarenje koji se zatim mogu koristiti na strugu za proizvodnju šipki s finim navojem. Drugim riječima, FIB se može koristiti za obradu tvrdih alata osim direktne mezo-mašinske obrade na krajnjem radnom komadu. Spora brzina uklanjanja materijala učinila je FIB nepraktičnim za direktnu obradu velikih elemenata. Međutim, tvrdi alati mogu ukloniti materijal impresivnom brzinom i dovoljno su izdržljivi za nekoliko sati strojne obrade. Ipak, FIB je praktičan za direktnu mezo-mašinsku obradu složenih trodimenzionalnih oblika koji ne zahtijevaju značajnu brzinu uklanjanja materijala. Dužina ekspozicije i upadni ugao mogu u velikoj meri uticati na geometriju direktno obrađenih elemenata.

 

 

 

Laserska mezoproizvodnja: Excimer laseri se koriste za mezoproizvodnju. Eksimer laser obrađuje materijal tako što ga pulsira nanosekundnim impulsima ultraljubičastog svjetla. Radni komad je montiran na precizne translatorne stupnjeve. Kontroler koordinira kretanje radnog komada u odnosu na stacionarni UV laserski snop i koordinira ispaljivanje impulsa. Tehnika projekcije maske može se koristiti za definiranje geometrija mezo-mašinske obrade. Maska se ubacuje u prošireni dio zraka gdje je fluens lasera prenizak za ablaciju maske. Geometrija maske se smanjuje kroz sočivo i projektuje na radni komad. Ovaj pristup se može koristiti za obradu više rupa (nizova) istovremeno. Naši excimer i YAG laseri mogu se koristiti za mašinsku obradu polimera, keramike, stakla i metala čija veličina je čak 12 mikrona. Dobra sprega između UV talasne dužine (248 nm) i radnog komada u laserskoj mezoproizvodnji / mezo mašinskoj obradi rezultira vertikalnim zidovima kanala. Čistiji pristup laserskoj mezo mašinskoj obradi je upotreba ti-safirnog femtosekundnog lasera. Ostaci koji se mogu otkriti iz takvih procesa proizvodnje mezoproizvoda su čestice nano veličine. Karakteristike veličine jednog mikrona mogu se mikrofabrikovati pomoću femtosekundnog lasera. Proces femtosekundne laserske ablacije je jedinstven po tome što razbija atomske veze umjesto termičke ablacije materijala. Proces femtosekundne laserske mezo-mašinske/mikroobradne obrade ima posebno mjesto u mezoproizvodnji jer je čistiji, mikronski sposoban i nije specifičan za materijal.

 

 

 

Mezoproizvodnja pomoću Micro-EDM (elektro-pražnjenja mašinske obrade): Mašinska obrada elektro-pražnjenjem uklanja materijal kroz proces erozije iskre. Naše mikro-EDM mašine mogu proizvesti elemente veličine čak 25 mikrona. Za sinker i žičanu mikro-EDM mašinu, dva glavna razmatranja za određivanje veličine karakteristike su veličina elektrode i razmak iznad dna. Koriste se elektrode prečnika nešto više od 10 mikrona i prekomerno samo nekoliko mikrona. Stvaranje elektrode složene geometrije za potopnu EDM mašinu zahteva znanje i iskustvo. I grafit i bakar su popularni kao materijali za elektrode. Jedan od pristupa za izradu komplikovane potopljene EDM elektrode za dio mezoskala je korištenje LIGA procesa. Bakar, kao materijal elektrode, može se ugraditi u LIGA kalupe. Bakarna LIGA elektroda se zatim može montirati na potopnu EDM mašinu za mezoproizvodnju dela od drugog materijala kao što je nerđajući čelik ili kovar.

 

 

 

Nijedan mezoproizvodni proces nije dovoljan za sve operacije. Neki mezoskalni procesi su šireg dosega od drugih, ali svaki proces ima svoju nišu. Većinu vremena potrebni su nam različiti materijali kako bismo optimizirali performanse mehaničkih komponenti i zadovoljni smo tradicionalnim materijalima kao što je nehrđajući čelik, jer ovi materijali imaju dugu povijest i bili su vrlo dobro okarakterizirani kroz godine. Procesi mezoproizvodnje omogućavaju nam korištenje tradicionalnih materijala. Tehnologije obrade u mezoskali proširuju našu materijalnu bazu. Zajedljivost može biti problem s nekim kombinacijama materijala u mezoproizvodnji. Svaki pojedinačni proces obrade u mezoskali jedinstveno utiče na hrapavost i morfologiju površine. Mikro glodanje i mikrotokarenje mogu stvoriti neravnine i čestice koje mogu uzrokovati mehaničke probleme. Mikro-EDM može ostaviti recast sloj koji može imati posebne karakteristike habanja i trenja. Efekti trenja između delova mezoskale mogu imati ograničene tačke kontakta i nisu precizno modelovani modelima površinskog kontakta. Neke tehnologije obrade na mezoskali, kao što je mikro-EDM, su prilično zrele, za razliku od drugih, kao što je femtosekundna laserska mezo-obrada, koje još uvijek zahtijevaju dodatni razvoj.