Fabricació a Mesoescala / Mesofabricació

Amb les tècniques de producció convencionals produïm estructures de "macroescala" relativament grans i visibles a simple vista. Amb MESOMANUFACTURING no obstant això, produïm components per a dispositius en miniatura. Mesomanufacturing també es coneix com a MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781905-91905-05-05-05-136bad5cf58d_or_cc781905-05-05-05-05-05-05-05-05-05-02 La mesofabricació se superposa tant a la macro com a la microfabricació. Exemples de mesofabricació són audiòfons, stents, motors molt petits.

 

 

 

El primer enfocament de la mesofabricació és reduir els processos de macrofabricació. Per exemple, un petit torn amb unes dimensions d'unes dotzenes de mil·límetres i un motor d'1,5 W amb un pes de 100 grams és un bon exemple de mesofabricació on s'ha produït una reducció d'escala. El segon enfocament és escalar els processos de microfabricació. Com a exemple, els processos LIGA es poden ampliar i entrar en l'àmbit de la mesofabricació.

 

 

 

Els nostres processos de mesofabricació estan superant la bretxa entre els processos MEMS basats en silici i el mecanitzat en miniatura convencional. Els processos a mesoescala poden fabricar peces bidimensionals i tridimensionals amb característiques de mida de micres en materials tradicionals com ara acers inoxidables, ceràmica i vidre. Els processos de mesofabricació que tenim actualment disponibles inclouen la pulverització de feix d'ions enfocats (FIB), micro-fresat, micro-tornejat, ablació làser excimer, ablació làser femtosegon i mecanitzat per micro electrodescàrrega (EDM). Aquests processos de mesoescala utilitzen tecnologies de mecanitzat subtractives (és a dir, eliminació de material), mentre que el procés LIGA, és un procés de mesoescala additiu. Els processos de mesofabricació tenen diferents capacitats i especificacions de rendiment. Les especificacions de rendiment del mecanitzat d'interès inclouen la mida mínima de les característiques, la tolerància de les característiques, la precisió de la ubicació de les característiques, l'acabat de la superfície i la taxa d'eliminació de material (MRR). Tenim la capacitat de mesofabricar components electromecànics que requereixen peces de mesoescala. Les peces de mesoescala fabricades mitjançant processos de mesofabricació subtractius tenen propietats tribològiques úniques a causa de la varietat de materials i les condicions superficials produïdes pels diferents processos de mesofabricació. Aquestes tecnologies de mecanitzat a mesoescala subtractives ens aporten preocupacions relacionades amb la neteja, el muntatge i la tribologia. La neteja és vital en la mesofabricació perquè la brutícia a mesoescala i la mida de les partícules de deixalles creades durant el procés de mesomecanitzat poden ser comparables a les característiques de mesoescala. El fresat i el tornejat a mesoescala poden crear estelles i rebaves que poden bloquejar els forats. La morfologia de la superfície i les condicions d'acabat superficial varien molt segons el mètode de mesofabricació. Les peces a mesoescala són difícils de manejar i alinear, cosa que fa que el muntatge sigui un repte que la majoria dels nostres competidors no poden superar. Les nostres taxes de rendiment en mesofabricació són molt superiors a les dels nostres competidors, la qual cosa ens dóna l'avantatge de poder oferir millors preus.

 

 

 

PROCESSOS DE MEQUINAT A MESOSCALA: Les nostres principals tècniques de mesofabricació són Focused Ion Beam (FIB), micro-fresat i micro-tornejat, meso-mecanitzat làser, micro-EDM (mecanitzat d'electrodescàrrega).

 

 

 

Mesofabricació mitjançant feix d'ions enfocat (FIB), microfresat i microtornatge: el FIB pulveritza material d'una peça mitjançant bombardeig de feix d'ions de galli. La peça de treball es munta a un conjunt d'etapes de precisió i es col·loca en una cambra de buit sota la font de gal·li. Les etapes de translació i rotació a la cambra de buit posen a disposició del feix d'ions de gal·li diverses ubicacions de la peça de treball per a la mesofabricació de FIB. Un camp elèctric ajustable escaneja el feix per cobrir una àrea projectada predefinida. Un potencial d'alta tensió fa que una font d'ions de gal·li s'acceleri i xoqui amb la peça de treball. Les col·lisions allunyen els àtoms de la peça de treball. El resultat del procés de meso-mecanitzat FIB pot ser la creació de facetes gairebé verticals. Alguns FIB disponibles tenen diàmetres de feix de fins a 5 nanòmetres, cosa que fa que el FIB sigui una màquina capaç de mesoescala i fins i tot de microescala. Muntem eines de microfresat en fresadores d'alta precisió per mecanitzar canals d'alumini. Mitjançant FIB podem fabricar eines de micro-tornatge que després es poden utilitzar en un torn per fabricar varetes de rosca fina. En altres paraules, el FIB es pot utilitzar per mecanitzar eines dures, a més de les funcions de mesomecanitzat directament a la peça final. La velocitat lenta d'eliminació de material ha fet que el FIB sigui poc pràctic per mecanitzar directament grans característiques. Les eines dures, però, poden eliminar material a un ritme impressionant i són prou duradores per a diverses hores de temps de mecanitzat. No obstant això, el FIB és pràctic per a mesomecanitzar directament formes tridimensionals complexes que no requereixen una taxa d'eliminació de material substancial. La longitud d'exposició i l'angle d'incidència poden afectar molt la geometria de les característiques mecanitzades directament.

 

 

 

Mesofabricació làser: els làsers excímers s'utilitzen per a la mesofabricació. El làser excimer mecanitza material impulsant-lo amb polsos de nanosegons de llum ultraviolada. La peça de treball es munta a etapes de translació de precisió. Un controlador coordina el moviment de la peça de treball en relació amb el raig làser UV estacionari i coordina el disparament dels polsos. Es pot utilitzar una tècnica de projecció de màscara per definir geometries de mesomecanitzat. La màscara s'insereix a la part expandida del feix on la fluència làser és massa baixa per eliminar la màscara. La geometria de la màscara es desmagnifica a través de la lent i es projecta a la peça de treball. Aquest enfocament es pot utilitzar per mecanitzar múltiples forats (matrius) simultàniament. Els nostres làsers excimer i YAG es poden utilitzar per mecanitzar polímers, ceràmica, vidre i metalls amb mides de característiques tan petites com 12 micres. Un bon acoblament entre la longitud d'ona UV (248 nm) i la peça de treball en la mesofabricació / mesomecanitzat làser dóna lloc a parets de canal verticals. Un enfocament de meso-mecanitzat làser més net és utilitzar un làser de femtosegon Ti-safir. Els residus detectables d'aquests processos de mesofabricació són partícules de mida nanomètrica. Les característiques d'una micra profunda es poden microfabricar mitjançant el làser de femtosegundo. El procés d'ablació làser de femtosegons és únic perquè trenca enllaços atòmics en lloc d'ablació tèrmica del material. El procés de mesomecanitzat/micromecanitzat làser de femtosegon té un lloc especial en la mesofabricació perquè és més net, capaç de micres i no és específic del material.

 

 

 

Mesofabricació mitjançant Micro-EDM (mecanitzat amb electrodescàrrega): el mecanitzat amb electrodescàrrega elimina material mitjançant un procés d'erosió per espurna. Les nostres màquines de micro-EDM poden produir funcions tan petites com 25 micres. Per a la màquina micro-EDM de ploma i filferro, les dues consideracions principals per determinar la mida de les característiques són la mida de l'elèctrode i el bum per sobre del buit. S'estan utilitzant elèctrodes de poc més de 10 micres de diàmetre i uns pocs micres. La creació d'un elèctrode amb una geometria complexa per a la màquina d'electroerosió de ploma requereix coneixements tècnics. Tant el grafit com el coure són populars com a materials d'elèctrode. Un enfocament per fabricar un elèctrode EDM complicat per a una peça de mesoescala és utilitzar el procés LIGA. El coure, com a material de l'elèctrode, es pot xapar en motlles LIGA. L'elèctrode LIGA de coure es pot muntar a la màquina d'electroerosió de plom per a mesofabricar una peça en un material diferent, com ara acer inoxidable o kovar.

 

 

 

Cap procés de mesofabricació és suficient per a totes les operacions. Alguns processos de mesoescala tenen un abast més ampli que altres, però cada procés té el seu nínxol. La majoria de les vegades necessitem una varietat de materials per optimitzar el rendiment dels components mecànics i ens sentim còmodes amb materials tradicionals com l'acer inoxidable perquè aquests materials tenen una llarga història i s'han caracteritzat molt bé al llarg dels anys. Els processos de mesofabricació ens permeten utilitzar materials tradicionals. Les tecnologies de mecanitzat a mesoescala subtractives amplien la nostra base de materials. La irritació pot ser un problema amb algunes combinacions de materials a la mesofabricació. Cada procés de mecanitzat de mesoescala particular afecta de manera única la rugositat i la morfologia de la superfície. El microfresat i el microtornejat poden generar rebaves i partícules que poden causar problemes mecànics. El micro-EDM pot deixar una capa refosa que pot tenir característiques particulars de desgast i fricció. Els efectes de fricció entre parts de mesoescala poden tenir punts de contacte limitats i no són modelats amb precisió pels models de contacte de superfície. Algunes tecnologies de mecanitzat a mesoescala, com la micro-EDM, són bastant madures, a diferència d'altres, com el mesomecanitzat làser de femtosegon, que encara requereixen un desenvolupament addicional.