Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Pomocí konvenčních výrobních technik vyrábíme struktury v „makroměřítku“, které jsou relativně velké a viditelné pouhým okem. With MESOMANUFACTURING nicméně vyrábíme komponenty pro miniaturní zařízení. Mesomanufacturing je také označován jako MESOSCALE MANUFACTURING or_cc7816d-3bc. Mezomanufacturing překrývá jak makro, tak mikrovýrobu. Příklady mezovýroby jsou sluchadla, stenty, velmi malé motory.

 

 

 

Prvním přístupem v mezovýrobě je zmenšení makrovýrobních procesů. Například malý soustruh s rozměry v řádu desítek milimetrů a motorem o výkonu 1,5 W o hmotnosti 100 gramů je dobrým příkladem mezovýroby, kde došlo k downscalingu. Druhým přístupem je rozšíření mikrovýrobních procesů. Například procesy LIGA mohou být upscalovány a vstoupí do oblasti mesomanufacturing.

 

 

 

Naše mezomanufacturing procesy překlenují mezeru mezi procesy MEMS na bázi křemíku a konvenčním miniaturním obráběním. Procesy v mezoměřítku mohou vyrábět dvourozměrné a trojrozměrné díly s mikronovými vlastnostmi v tradičních materiálech, jako jsou nerezové oceli, keramika a sklo. Mezi procesy mezovýroby, které máme v současnosti k dispozici, patří naprašování s fokusovaným iontovým paprskem (FIB), mikrofrézování, mikrosoustružení, excimerová laserová ablace, femtosekundová laserová ablace a obrábění mikroelektrickým výbojem (EDM). Tyto procesy v mezoměřítku využívají technologie subtraktivního obrábění (tj. odstraňování materiálu), zatímco proces LIGA je aditivní proces v mezoměřítku. Mezomanufacturing procesy mají různé schopnosti a specifikace výkonu. Specifikace výkonu obrábění, které nás zajímají, zahrnují minimální velikost prvku, toleranci prvku, přesnost umístění prvku, povrchovou úpravu a rychlost úběru materiálu (MRR). Máme schopnost mezovýroby elektromechanických součástek, které vyžadují části v mezoměřítku. Části v mezoměřítku vyrobené subtraktivními procesy mezovýroby mají jedinečné tribologické vlastnosti kvůli rozmanitosti materiálů a povrchových podmínek produkovaných různými procesy mezovýroby. Tyto subtraktivní technologie obrábění v mezoměřítku nám přinášejí obavy týkající se čistoty, montáže a tribologie. Čistota je v mezovýrobě životně důležitá, protože velikost mezoměřítek nečistot a úlomků vytvořených během procesu mezoobrábění může být srovnatelná s mezoměřítkovými prvky. Mezoškálové frézování a soustružení může vytvářet třísky a otřepy, které mohou blokovat otvory. Morfologie povrchu a podmínky povrchové úpravy se značně liší v závislosti na metodě mezovýroby. S díly v mezoměřítku se obtížně manipuluje a je obtížné je sladit, takže montáž je výzvou, kterou většina našich konkurentů nedokáže překonat. Naše výnosy v mezovýrobě jsou mnohem vyšší než u našich konkurentů, což nám dává tu výhodu, že jsme schopni nabídnout lepší ceny.

 

 

 

MESOSCALE OBRÁBĚCÍ PROCESY: Mezi naše hlavní mezomanufacturing techniky patří fokusovaný iontový paprsek (FIB), mikrofrézování a mikrosoustružení, laserové mezoobrábění, Micro-EDM (elektro-výbojové obrábění)

 

 

 

Mezomanufacturing využívající fokusovaný iontový paprsek (FIB), mikrofrézování a mikrosoustružení: FIB rozprašuje materiál z obrobku ostřelováním galliovým iontovým paprskem. Obrobek je namontován na sadu přesných stupňů a je umístěn ve vakuové komoře pod zdrojem gallia. Stupně translace a rotace ve vakuové komoře zpřístupňují různá místa na obrobku paprsku iontů galia pro mezomanufacturing FIB. Laditelné elektrické pole skenuje paprsek tak, aby pokryl předem definovanou promítanou oblast. Vysoký potenciál napětí způsobí, že zdroj galliových iontů se urychlí a srazí se s obrobkem. Srážky odstraňují atomy z obrobku. Výsledkem procesu FIB mezo-obrábění může být vytvoření téměř vertikálních faset. Některé FIB, které máme k dispozici, mají průměr paprsku jen 5 nanometrů, což z FIB činí stroj schopný mezoměřítky a dokonce i mikroměřítka. Mikrofrézovací nástroje montujeme na vysoce přesné frézky na obráběcí kanály v hliníku. Pomocí FIB dokážeme vyrobit mikrosoustružnické nástroje, které lze následně použít na soustruhu k výrobě tyčí s jemným závitem. Jinými slovy, FIB lze použít k obrábění tvrdých nástrojů kromě přímých prvků mezoobrábění na koncovém obrobku. Nízká rychlost úběru materiálu způsobila, že FIB je nepraktický pro přímé obrábění velkých součástí. Tvrdé nástroje však dokážou odebírat materiál působivou rychlostí a jsou dostatečně odolné na několik hodin obrábění. Nicméně FIB je praktický pro přímé mezoobrábění složitých trojrozměrných tvarů, které nevyžadují značnou rychlost úběru materiálu. Délka expozice a úhel dopadu mohou výrazně ovlivnit geometrii přímo obráběných prvků.

 

 

 

Laserová mezovýroba: Excimerové lasery se používají k mezovýrobě. Excimerový laser obrábí materiál pulzováním nanosekundovými pulzy ultrafialového světla. Obrobek je namontován na přesné translační stupně. Řídicí jednotka koordinuje pohyb obrobku vzhledem ke stacionárnímu UV laserovému paprsku a koordinuje vypalování pulsů. K definování geometrií mezoobrábění lze použít techniku promítání masky. Maska je vložena do rozšířené části paprsku, kde je laserový tok příliš nízký na to, aby masku sebral. Geometrie masky je de-zvětšena přes čočku a promítnuta na obrobek. Tento přístup lze použít pro obrábění více děr (polí) současně. Naše excimerové a YAG lasery lze použít k obrábění polymerů, keramiky, skla a kovů s velikostí prvků již od 12 mikronů. Dobrá vazba mezi UV vlnovou délkou (248 nm) a obrobkem při laserové mezovýrobě / mezoobrábění má za následek vertikální stěny kanálů. Čistším laserovým mezoobráběním je použití Ti-safírového femtosekundového laseru. Detekovatelné úlomky z takových mezo-výrobních procesů jsou částice o nano velikosti. Pomocí femtosekundového laseru lze mikrovyrobit prvky hluboké jeden mikron. Proces ablace femtosekundovým laserem je jedinečný v tom, že místo tepelné ablace materiálu rozbíjí atomové vazby. Proces mezoobrábění / mikroobrábění femtosekundovým laserem má v mezovýrobě zvláštní místo, protože je čistší, schopný mikronů a není specifický pro materiál.

 

 

 

Mezomanufacturing využívající Micro-EDM (elektrovýbojové obrábění): Elektrovýbojové obrábění odstraňuje materiál procesem jiskrové eroze. Naše mikro-EDM stroje mohou vyrábět prvky o velikosti pouhých 25 mikronů. U hloubičky a drátěného mikro-EDM stroje jsou dva hlavní faktory pro určení velikosti prvku velikost elektrody a mezera proti přepálení. Používají se elektrody o průměru něco málo přes 10 mikronů a přepálené jen několik mikronů. Vytvoření elektrody se složitou geometrií pro hloubicí EDM stroj vyžaduje know-how. Jako elektrodové materiály jsou oblíbené jak grafit, tak měď. Jedním z přístupů k výrobě komplikované ponorné elektrody EDM pro díl v mezoměřítku je použití procesu LIGA. Měď jako materiál elektrody může být pokovena do forem LIGA. Měděná elektroda LIGA pak může být namontována na hloubicí EDM stroj pro mezovýrobu součásti z jiného materiálu, jako je nerezová ocel nebo kovar.

 

 

 

Žádný mezovýrobní proces není dostatečný pro všechny operace. Některé procesy v mezoměřítku mají širší dosah než jiné, ale každý proces má své místo. Většinu času vyžadujeme různé materiály pro optimalizaci výkonu mechanických součástí a vyhovuje nám tradiční materiály, jako je nerezová ocel, protože tyto materiály mají dlouhou historii a byly v průběhu let velmi dobře charakterizovány. Mezomanufacturing procesy nám umožňují používat tradiční materiály. Technologie subtraktivního obrábění v mezoměřítku rozšiřují naši materiálovou základnu. Odírání může být problémem u některých kombinací materiálů v mezovýrobě. Každý konkrétní proces obrábění v mezoměřítku jedinečně ovlivňuje drsnost a morfologii povrchu. Mikrofrézování a mikrosoustružení může vytvářet otřepy a částice, které mohou způsobit mechanické problémy. Micro-EDM může zanechat přetavenou vrstvu, která může mít zvláštní charakteristiky opotřebení a tření. Efekty tření mezi částmi v mezoměřítku mohou mít omezené body kontaktu a nejsou přesně modelovány modely povrchového kontaktu. Některé technologie obrábění v mezoměřítku, jako je mikro-EDM, jsou poměrně vyspělé, na rozdíl od jiných, jako je mezoobrábění femtosekundovým laserem, které stále vyžadují další vývoj.