Fabricación a mesoescala / Fabricación a mesoescala

Con las técnicas de producción convencionales producimos estructuras a “macroescala” que son relativamente grandes y visibles a simple vista. Con MESOMANUFACTURING sin embargo producimos componentes para dispositivos en miniatura. Mesomanufacturing también se conoce como MESOSCALE MANUFACTURING or MESO-MACHINING. La mesofabricación se superpone tanto a la macro como a la microfabricación. Ejemplos de fabricación de mesomas son audífonos, stents, motores muy pequeños.

 

 

 

El primer enfoque en la fabricación de mesomas es escalar hacia abajo los procesos de macrofabricación. Por ejemplo, un torno diminuto con unas dimensiones de unas pocas decenas de milímetros y un motor de 1,5 W que pesa 100 gramos es un buen ejemplo de fabricación mesoma en la que se ha llevado a cabo una reducción de escala. El segundo enfoque es ampliar los procesos de microfabricación. Como ejemplo, los procesos de LIGA se pueden ampliar y entrar en el ámbito de la fabricación de mesomas.

 

 

 

Nuestros procesos de fabricación de mesoma están cerrando la brecha entre los procesos MEMS basados en silicio y el mecanizado en miniatura convencional. Los procesos de mesoescala pueden fabricar piezas bidimensionales y tridimensionales con características de tamaño micrométrico en materiales tradicionales como acero inoxidable, cerámica y vidrio. Los procesos de fabricación de mesoma que actualmente tenemos disponibles incluyen pulverización con haz de iones enfocados (FIB), microfresado, microtorneado, ablación con láser excimer, ablación con láser de femtosegundo y maquinado con microelectrodescarga (EDM). Estos procesos de mesoescala emplean tecnologías de mecanizado sustractivo (es decir, eliminación de material), mientras que el proceso LIGA es un proceso de mesoescala aditivo. Los procesos de fabricación de meso tienen diferentes capacidades y especificaciones de rendimiento. Las especificaciones de rendimiento de mecanizado de interés incluyen el tamaño mínimo de la característica, la tolerancia de la característica, la precisión de la ubicación de la característica, el acabado superficial y la tasa de eliminación de material (MRR). Tenemos la capacidad de mesofabricar componentes electromecánicos que requieren piezas de mesoescala. Las piezas de mesoescala fabricadas mediante procesos de fabricación de mesoma sustractivos tienen propiedades tribológicas únicas debido a la variedad de materiales y las condiciones superficiales producidas por los diferentes procesos de fabricación de mesoma. Estas tecnologías de mecanizado de mesoescala sustractivas nos generan preocupaciones relacionadas con la limpieza, el ensamblaje y la tribología. La limpieza es vital en la fabricación de mesoescala porque el tamaño de las partículas de suciedad y escombros de mesoescala creados durante el proceso de mesomecanizado puede ser comparable a las características de mesoescala. El fresado y torneado a mesoescala pueden crear virutas y rebabas que pueden bloquear agujeros. La morfología de la superficie y las condiciones del acabado de la superficie varían mucho según el método de fabricación del mesoma. Las piezas de mesoescala son difíciles de manejar y alinear, lo que hace que el ensamblaje sea un desafío que la mayoría de nuestros competidores no pueden superar. Nuestras tasas de rendimiento en la fabricación de mesomas son mucho más altas que las de nuestros competidores, lo que nos brinda la ventaja de poder ofrecer mejores precios.

 

 

 

PROCESOS DE MECANIZADO A MESOESCALA: Nuestras principales técnicas de fabricación de mesoescala son haz de iones enfocados (FIB), microfresado y microtorneado, mesomecanizado láser, microerosión por electroerosión (electroerosión)

 

 

 

Mesomanufactura utilizando haz de iones enfocado (FIB), microfresado y microtorneado: el FIB pulveriza material de una pieza de trabajo mediante el bombardeo con haz de iones de galio. La pieza de trabajo se monta en un conjunto de etapas de precisión y se coloca en una cámara de vacío debajo de la fuente de galio. Las etapas de traslación y rotación en la cámara de vacío hacen que varias ubicaciones en la pieza de trabajo estén disponibles para el haz de iones de galio para la fabricación de mesoma FIB. Un campo eléctrico sintonizable escanea el haz para cubrir un área proyectada predefinida. Un potencial de alto voltaje hace que una fuente de iones de galio se acelere y choque con la pieza de trabajo. Las colisiones arrancan átomos de la pieza de trabajo. El resultado del proceso de mesomecanizado FIB puede ser la creación de facetas casi verticales. Algunas FIB disponibles para nosotros tienen diámetros de haz tan pequeños como 5 nanómetros, lo que hace que la FIB sea una máquina capaz de mesoescala e incluso microescala. Montamos herramientas de microfresado en fresadoras de alta precisión para mecanizar canales en aluminio. Con FIB podemos fabricar herramientas de microtorneado que luego se pueden usar en un torno para fabricar varillas finamente roscadas. En otras palabras, FIB se puede utilizar para mecanizar herramientas duras además de características de mesomecanizado directamente en la pieza de trabajo final. La lenta tasa de remoción de material ha hecho que el FIB sea poco práctico para mecanizar directamente características grandes. Las herramientas duras, sin embargo, pueden eliminar material a un ritmo impresionante y son lo suficientemente duraderas para varias horas de tiempo de mecanizado. Sin embargo, el FIB es práctico para el meso-mecanizado directo de formas tridimensionales complejas que no requieren una tasa de eliminación de material sustancial. La duración de la exposición y el ángulo de incidencia pueden afectar en gran medida la geometría de las características mecanizadas directamente.

 

 

 

Fabricación de mesoma con láser: Los láseres excimer se utilizan para la fabricación de mesoma. El láser excimer mecaniza el material pulsándolo con pulsos de nanosegundos de luz ultravioleta. La pieza de trabajo se monta en etapas de traslación de precisión. Un controlador coordina el movimiento de la pieza de trabajo en relación con el rayo láser UV estacionario y coordina el disparo de los pulsos. Se puede utilizar una técnica de proyección de máscaras para definir geometrías de mesomecanizado. La máscara se inserta en la parte expandida del haz donde la fluencia del láser es demasiado baja para extirpar la máscara. La geometría de la máscara se reduce a través de la lente y se proyecta sobre la pieza de trabajo. Este enfoque se puede utilizar para mecanizar múltiples orificios (matrices) simultáneamente. Nuestros láseres excimer y YAG se pueden utilizar para mecanizar polímeros, cerámica, vidrio y metales con tamaños de características tan pequeños como 12 micrones. Un buen acoplamiento entre la longitud de onda UV (248 nm) y la pieza de trabajo en la fabricación/mesomecanizado por láser da como resultado paredes de canales verticales. Un enfoque de meso-mecanizado láser más limpio es utilizar un láser de femtosegundo de zafiro de titanio. Los desechos detectables de tales procesos de fabricación de mesomomas son partículas de tamaño nanométrico. Las características profundas del tamaño de una micra se pueden microfabricar utilizando el láser de femtosegundo. El proceso de ablación con láser de femtosegundo es único porque rompe los enlaces atómicos en lugar de ablacionar térmicamente el material. El proceso de mesom-maquinado/micromaquinado con láser de femtosegundo tiene un lugar especial en la fabricación de mesomas porque es más limpio, tiene capacidad para micras y no es específico del material.

 

 

 

Mesomanufactura usando Micro-EDM (mecanizado por electro-descarga): El mecanizado por electro-descarga elimina el material a través de un proceso de electroerosión. Nuestras máquinas micro-EDM pueden producir características tan pequeñas como 25 micrones. Para la máquina de electroerosión por penetración y por hilo, las dos consideraciones principales para determinar el tamaño de la característica son el tamaño del electrodo y el espacio sobre el borde. Se utilizan electrodos de poco más de 10 micras de diámetro y sobre-quemaduras de tan solo unas pocas micras. La creación de un electrodo que tenga una geometría compleja para la máquina de electroerosión por penetración requiere conocimientos técnicos. Tanto el grafito como el cobre son populares como materiales de electrodos. Un enfoque para fabricar un electrodo electroerosionado por inmersión complicado para una pieza de mesoescala es utilizar el proceso LIGA. El cobre, como material del electrodo, se puede enchapar en moldes LIGA. El electrodo LIGA de cobre se puede montar en la máquina de electroerosión por penetración para mesomanufacturar una pieza en un material diferente, como acero inoxidable o kovar.

 

 

 

Ningún proceso de fabricación de mesoma es suficiente para todas las operaciones. Algunos procesos de mesoescala tienen un alcance más amplio que otros, pero cada proceso tiene su nicho. La mayoría de las veces necesitamos una variedad de materiales para optimizar el rendimiento de los componentes mecánicos y nos sentimos cómodos con los materiales tradicionales como el acero inoxidable porque estos materiales tienen una larga historia y se han caracterizado muy bien a lo largo de los años. Los procesos de mesomanufactura nos permiten utilizar materiales tradicionales. Las tecnologías de mecanizado sustractivo de mesoescala amplían nuestra base de materiales. La excoriación puede ser un problema con algunas combinaciones de materiales en la fabricación de mesomas. Cada proceso de mecanizado de mesoescala en particular afecta de manera única la rugosidad y la morfología de la superficie. El microfresado y el microtorneado pueden generar rebabas y partículas que pueden causar problemas mecánicos. Micro-EDM puede dejar una capa refundida que puede tener características particulares de desgaste y fricción. Los efectos de fricción entre las partes de mesoescala pueden tener puntos de contacto limitados y los modelos de contacto de superficie no los modelan con precisión. Algunas tecnologías de mecanizado a mesoescala, como la microerosión por electroerosión, están bastante maduras, a diferencia de otras, como el mesomecanizado con láser de femtosegundos, que aún requieren un desarrollo adicional.