Mesoscale Manufacturing / Mesofremstilling

Med konventionelle produktionsteknikker producerer vi "makroskala" strukturer, der er relativt store og synlige for det blotte øje. With MESOMANUFACTURING men vi producerer komponenter til miniature-enheder. Mesomanufacturing is also referred to as MESOSCALE MANUFACTURING or MESO-MACHINING. Mesofremstilling overlapper både makro- og mikrofremstilling. Eksempler på mesofremstilling er høreapparater, stents, meget små motorer.

 

 

 

Den første tilgang inden for mesofremstilling er at nedskalere makrofremstillingsprocesser. For eksempel er en lille drejebænk med dimensioner på få dusin millimeter og en motor på 1,5W, der vejer 100 gram, et godt eksempel på mesofremstilling, hvor nedskalering har fundet sted. Den anden tilgang er at skalere mikrofremstillingsprocesser op. Som et eksempel kan LIGA-processer opskaleres og gå ind i mesofremstillingsområdet.

 

 

 

Vores mesofremstillingsprocesser bygger bro mellem siliciumbaserede MEMS-processer og konventionel miniaturebearbejdning. Mesoskala processer kan fremstille to og tredimensionelle dele med mikron størrelse funktioner i traditionelle materialer såsom rustfrit stål, keramik og glas. Mesofremstillingsprocesser, der i øjeblikket er tilgængelige for os, omfatter forstøvning af fokuserede ionstråler (FIB), mikrofræsning, mikrodrejning, excimer-laserablation, femto-sekund laserablation og mikroelektro-udladning (EDM) bearbejdning. Disse mesoskala-processer anvender subtraktive bearbejdningsteknologier (dvs. materialefjernelse), hvorimod LIGA-processen er en additiv mesoskala-proces. Mesofremstillingsprocesser har forskellige muligheder og ydeevnespecifikationer. Specifikationer for bearbejdningsydeevne af interesse inkluderer minimumsstørrelse, funktionstolerance, funktionsplaceringsnøjagtighed, overfladefinish og materialefjernelseshastighed (MRR). Vi har evnen til at fremstille elektromekaniske komponenter, der kræver dele i mesoskala. De mesoskaladele fremstillet ved subtraktive mesofremstillingsprocesser har unikke tribologiske egenskaber på grund af mangfoldigheden af materialer og overfladebetingelserne produceret af de forskellige mesofremstillingsprocesser. Disse subtraktive mesoskala-bearbejdningsteknologier giver os bekymringer relateret til renlighed, samling og tribologi. Renlighed er afgørende i meso-fremstilling, fordi mesoscale snavs og snavs partikelstørrelse skabt under meso-bearbejdningsprocessen kan sammenlignes med mesoscale funktioner. Mesoskala fræsning og drejning kan skabe spåner og grater, der kan blokere huller. Overflademorfologi og overfladefinishforhold varierer meget afhængigt af mesofremstillingsmetoden. Mesoscale dele er svære at håndtere og justere, hvilket gør montering til en udfordring, som de fleste af vores konkurrenter ikke er i stand til at overkomme. Vores udbyttesatser inden for mesofremstilling er langt højere end vores konkurrenter, hvilket giver os fordelen ved at kunne tilbyde bedre priser.

 

 

 

MESOSCALE BEARBEJDNINGSPROCESSER: Vores vigtigste mesofremstillingsteknikker er Focused Ion Beam (FIB), Micro-fræsning og Micro-drejning, laser meso-bearbejdning, Micro-EDM (elektro-udladningsbearbejdning)

 

 

 

Mesofremstilling ved hjælp af fokuseret ionstråle (FIB), mikrofræsning og mikrodrejning: FIB'en sputter materiale fra et emne ved gallium-ionstrålebombardement. Emnet er monteret på et sæt præcisionstrin og er placeret i et vakuumkammer under kilden til gallium. Translations- og rotationsstadierne i vakuumkammeret gør forskellige steder på arbejdsemnet tilgængelige for strålen af galliumioner til FIB-mesofremstilling. Et justerbart elektrisk felt scanner strålen for at dække et foruddefineret projiceret område. Et højspændingspotentiale får en kilde til galliumioner til at accelerere og kollidere med arbejdsemnet. Kollisionerne fjerner atomer fra arbejdsemnet. Resultatet af FIB meso-bearbejdningsprocessen kan være skabelsen af næsten lodrette facetter. Nogle FIB'er, der er tilgængelige for os, har strålediametre så små som 5 nanometer, hvilket gør FIB'en til en mesoskala og endda mikroskala-kapabel maskine. Vi monterer mikrofræseværktøjer på højpræcisionsfræsere til at bearbejde kanaler i aluminium. Ved hjælp af FIB kan vi fremstille mikrodrejeværktøjer, som derefter kan bruges på en drejebænk til at fremstille fint gevindstænger. Med andre ord kan FIB bruges til at bearbejde hårdt værktøj udover direkte meso-bearbejdningsfunktioner på endestykket. Den langsomme materialefjernelseshastighed har gjort FIB'en så upraktisk til direkte bearbejdning af store funktioner. De hårde værktøjer kan dog fjerne materiale med en imponerende hastighed og er holdbare nok til flere timers bearbejdningstid. Ikke desto mindre er FIB praktisk til direkte meso-bearbejdning af komplekse tredimensionelle former, der ikke kræver en væsentlig materialefjernelseshastighed. Eksponeringslængden og indfaldsvinklen kan i høj grad påvirke geometrien af direkte bearbejdede funktioner.

 

 

 

Laser Mesomanufacturing: Excimer-lasere bruges til meso-fremstilling. Excimer-laseren bearbejder materiale ved at pulsere det med nanosekund-impulser af ultraviolet lys. Arbejdsemnet er monteret på præcisionstranslationstrin. En controller koordinerer arbejdsemnets bevægelse i forhold til den stationære UV-laserstråle og koordinerer affyringen af impulserne. En maskeprojektionsteknik kan bruges til at definere meso-bearbejdningsgeometrier. Masken indsættes i den udvidede del af strålen, hvor laserfluensen er for lav til at fjerne masken. Maskegeometrien forstørres gennem linsen og projiceres på arbejdsemnet. Denne fremgangsmåde kan bruges til at bearbejde flere huller (arrays) samtidigt. Vores excimer- og YAG-lasere kan bruges til at bearbejde polymerer, keramik, glas og metaller med funktionsstørrelser så små som 12 mikron. God kobling mellem UV-bølgelængden (248 nm) og emnet i laser mesofremstilling / meso-bearbejdning resulterer i lodrette kanalvægge. En renere laser meso-bearbejdning tilgang er at bruge en Ti-sapphire femtosekund laser. Det påviselige affald fra sådanne mesofremstillingsprocesser er partikler i nanostørrelse. Dybe en mikron-størrelse funktioner kan mikrofremstilles ved hjælp af femtosekund laser. Femtosekund laserablationsprocessen er unik ved, at den bryder atombindinger i stedet for termisk ablationsmateriale. Femtosekund laser meso-bearbejdning / mikrobearbejdningsprocessen har en særlig plads i mesofremstilling, fordi den er renere, mikron i stand, og den er ikke materialespecifik.

 

 

 

Mesofremstilling ved hjælp af Micro-EDM (elektro-udladningsbearbejdning): Elektroudladningsbearbejdning fjerner materiale gennem en gnistrerosionsproces. Vores mikro-EDM-maskiner kan producere funktioner så små som 25 mikron. For synke- og wire-mikro-EDM-maskinen er de to vigtigste overvejelser for at bestemme trækstørrelsen elektrodestørrelsen og overrumsgabet. Elektroder lidt over 10 mikron i diameter og over-bum så lidt som et par mikron bliver brugt. At skabe en elektrode med en kompleks geometri til sinker EDM-maskinen kræver knowhow. Både grafit og kobber er populære som elektrodematerialer. En tilgang til fremstilling af en kompliceret sinker EDM-elektrode til en mesoskala del er at bruge LIGA-processen. Kobber, som elektrodemateriale, kan belægges i LIGA-forme. Kobber LIGA-elektroden kan derefter monteres på sinker EDM-maskinen til mesomfremstilling af en del i et andet materiale, såsom rustfrit stål eller kovar.

 

 

 

Ingen mesofremstillingsproces er tilstrækkelig til alle operationer. Nogle mesoskala processer er mere vidtrækkende end andre, men hver proces har sin niche. Det meste af tiden kræver vi en række forskellige materialer for at optimere ydeevnen af mekaniske komponenter og er komfortable med traditionelle materialer såsom rustfrit stål, fordi disse materialer har en lang historie og har været meget godt karakteriseret gennem årene. Mesofremstillingsprocesser giver os mulighed for at bruge traditionelle materialer. Subtraktive mesoskala-bearbejdningsteknologier udvider vores materialebase. Galning kan være et problem med nogle materialekombinationer i mesofremstilling. Hver særlig mesoskala bearbejdningsproces påvirker unikt overfladens ruhed og morfologi. Mikrofræsning og mikrodrejning kan generere grater og partikler, der kan forårsage mekaniske problemer. Micro-EDM kan efterlade et omstøbt lag, der kan have særlige slid- og friktionsegenskaber. Friktionseffekter mellem dele i mesoskala kan have begrænsede kontaktpunkter og modelleres ikke nøjagtigt af overfladekontaktmodeller. Nogle mesoscale bearbejdningsteknologier, såsom mikro-EDM, er ret modne, i modsætning til andre, såsom femtosecond laser meso-bearbejdning, som stadig kræver yderligere udvikling.