Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

با تکنیک‌های تولید مرسوم، ساختارهای «مقیاس کلان» را تولید می‌کنیم که نسبتاً بزرگ هستند و با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند. With MESOMANUFACTURING با این حال، ما قطعاتی را برای دستگاه های مینیاتوری تولید می کنیم. Mesomanufacturing همچنین به عنوان MESOSCALE MANUFACTURING or_5-cc75819-136bad5cf58d_01-cc7819-136bad5cde-3194-b3b-136bad5cf58d. مزوموفاکچر با تولید کلان و خرد همپوشانی دارد. نمونه هایی از تولید مزومی عبارتند از سمعک، استنت، موتورهای بسیار کوچک.

 

 

 

اولین رویکرد در مزوموفاکچر، کاهش مقیاس فرآیندهای تولید کلان است. به عنوان مثال، یک ماشین تراش کوچک با ابعاد چند ده میلی متر و یک موتور 1.5 واتی با وزن 100 گرم، نمونه خوبی از تولید مزومی است که در آن کاهش مقیاس انجام شده است. رویکرد دوم افزایش مقیاس فرآیندهای تولید خرد است. به عنوان مثال، فرآیندهای LIGA را می توان ارتقا داد و وارد حوزه مزوموفاکچرینگ شد.

 

 

 

فرآیندهای تولید مزومای ما در حال پر کردن شکاف بین فرآیندهای MEMS مبتنی بر سیلیکون و ماشین‌کاری مینیاتوری معمولی است. فرآیندهای Mesoscale می توانند قطعات دو و سه بعدی با ویژگی های اندازه میکرون در مواد سنتی مانند فولادهای ضد زنگ، سرامیک و شیشه بسازند. فرآیندهای تولید مزوما که در حال حاضر در دسترس ما هستند عبارتند از: کندوپاش پرتو یون متمرکز (FIB)، میکرو آسیاب، ریزگردش، فرسایش لیزر اگزایمر، فرسایش لیزر فمتو ثانیه، و ماشین‌کاری میکرو تخلیه الکتریکی (EDM). این فرآیندهای در مقیاس میانی از فناوری‌های ماشینکاری تفریقی (به عنوان مثال، حذف مواد) استفاده می‌کنند، در حالی که فرآیند LIGA یک فرآیند افزایشی در مقیاس متوسط است. فرآیندهای تولید مزوما دارای قابلیت ها و مشخصات عملکرد متفاوتی هستند. مشخصات عملکرد ماشینکاری مورد علاقه شامل حداقل اندازه ویژگی، تحمل ویژگی، دقت مکان ویژگی، پرداخت سطح، و نرخ حذف مواد (MRR) است. ما توانایی ساخت قطعات الکترومکانیکی مزون را داریم که نیاز به قطعات در مقیاس متوسط دارند. قطعات در مقیاس مزو ساخته شده توسط فرآیندهای مزوموفنتچر کاهنده دارای خواص تریبولوژیکی منحصر به فردی هستند که دلیل آن تنوع مواد و شرایط سطحی است که توسط فرآیندهای مختلف ساخت مزون تولید می شود. این فناوری‌های ماشین‌کاری در مقیاس کاهشی، نگرانی‌های مربوط به تمیزی، مونتاژ و تریبولوژی را برای ما به ارمغان می‌آورد. پاکیزگی در تولید مزومی حیاتی است زیرا کثیفی در مقیاس متوسط و اندازه ذرات آشغال ایجاد شده در طول فرآیند ماشینکاری مزو می تواند با ویژگی های مزو مقیاس قابل مقایسه باشد. فرزکاری و تراشکاری در مقیاس متوسط می تواند براده ها و سوراخ هایی ایجاد کند که می توانند سوراخ ها را مسدود کنند. مورفولوژی سطح و شرایط پرداخت سطح بسته به روش ساخت مزون بسیار متفاوت است. کنترل و تراز کردن قطعات Mesoscale دشوار است که مونتاژ را به چالشی تبدیل می کند که اکثر رقبای ما قادر به غلبه بر آن نیستند. نرخ بازده ما در مزوموفاکچر بسیار بالاتر از رقبایمان است که به ما این مزیت را می دهد که بتوانیم قیمت های بهتری ارائه دهیم.

 

 

 

فرآیندهای ماشین‌کاری MESOSCALE: تکنیک‌های اصلی تولید مزوما عبارتند از: پرتو یون متمرکز (FIB)، ریز فرز، و میکرو تراش‌کاری، مزو ماشینکاری لیزری، Micro-EDM (ماشینکاری با تخلیه الکتریکی)

 

 

 

تولید مزوما با استفاده از پرتو یون متمرکز (FIB)، ریز آسیاب و میکرو تراشکاری: FIB مواد را از قطعه کار با بمباران پرتو یون گالیوم پرتاب می کند. قطعه کار روی مجموعه ای از مراحل دقیق نصب می شود و در یک محفظه خلاء زیر منبع گالیوم قرار می گیرد. مراحل ترجمه و چرخش در محفظه خلاء، مکان‌های مختلفی را روی قطعه کار در دسترس پرتو یون‌های گالیم برای ساخت مزومای FIB قرار می‌دهد. یک میدان الکتریکی قابل تنظیم پرتو را اسکن می‌کند تا یک ناحیه پیش‌بینی‌شده از پیش تعریف‌شده را بپوشاند. پتانسیل ولتاژ بالا باعث می شود منبع یون گالیم شتاب بگیرد و با قطعه کار برخورد کند. برخوردها اتم ها را از قطعه کار دور می کند. نتیجه فرآیند مزو ماشین کاری FIB می تواند ایجاد یک وجه عمودی نزدیک باشد. برخی از FIB های موجود در دسترس ما دارای قطر پرتوهایی به اندازه 5 نانومتر هستند که FIB را به ماشینی در مقیاس متوسط و حتی در مقیاس میکرو تبدیل می کند. ما ابزارهای میکرو فرز را بر روی ماشین های فرز با دقت بالا به کانال های آلومینیومی ماشین سوار می کنیم. با استفاده از FIB می‌توانیم ابزارهای ریز تراش را بسازیم که می‌توان از آن‌ها بر روی یک ماشین تراش برای ساخت میله‌های رزوه‌دار استفاده کرد. به عبارت دیگر، FIB را می توان برای ماشینکاری ابزارهای سخت علاوه بر ویژگی های مزو ماشینکاری مستقیم بر روی قطعه کار پایانی استفاده کرد. سرعت کند حذف مواد، FIB را برای ماشینکاری مستقیم ویژگی های بزرگ غیر عملی کرده است. با این حال، ابزارهای سخت می توانند مواد را با سرعت قابل توجهی حذف کنند و به اندازه کافی برای چندین ساعت ماشین کاری دوام دارند. با این وجود، FIB برای ماشینکاری مستقیم اشکال سه بعدی پیچیده که به سرعت حذف مواد قابل توجهی نیاز ندارند، عملی است. طول نوردهی و زاویه تابش می تواند بر هندسه ویژگی هایی که مستقیماً ماشین کاری شده اند تأثیر بگذارد.

 

 

 

تولید مزومای لیزری: از لیزرهای اگزایمر برای تولید مزوما استفاده می شود. لیزر اگزایمر، مواد را با پالس‌های نانوثانیه‌ای اشعه ماوراء بنفش تولید می‌کند. قطعه کار تا مراحل ترجمه دقیق نصب می شود. یک کنترل کننده حرکت قطعه کار را نسبت به پرتو لیزر ثابت UV هماهنگ می کند و شلیک پالس ها را هماهنگ می کند. برای تعریف هندسه‌های مزو ماشین‌کاری می‌توان از تکنیک طرح‌ریزی ماسک استفاده کرد. ماسک در قسمت منبسط شده پرتو قرار داده می شود که در آن شار لیزر برای برداشتن ماسک بسیار کم است. هندسه ماسک از طریق لنز بزرگ‌نمایی می‌شود و بر روی قطعه کار پخش می‌شود. این روش می تواند برای ماشینکاری چندین سوراخ (آرایه) به طور همزمان استفاده شود. لیزرهای اگزایمر و YAG ما می‌توانند برای ماشینکاری پلیمرها، سرامیک‌ها، شیشه‌ها و فلزات با اندازه‌های کوچک تا 12 میکرون استفاده شوند. جفت خوب بین طول موج UV (248 نانومتر) و قطعه کار در تولید مزومای لیزری / مزو ماشینکاری باعث ایجاد دیواره های کانال عمودی می شود. یک روش مزو ماشینکاری لیزری تمیزتر، استفاده از لیزر فمتوثانیه Ti-Sapphire است. پسماندهای قابل تشخیص از چنین فرآیندهای تولید مزون، ذرات در اندازه نانو هستند. ویژگی های عمق یک میکرون را می توان با استفاده از لیزر فمتوثانیه میکروساخت. فرآیند فرسایش لیزر فمتوثانیه از این نظر منحصر به فرد است که پیوندهای اتمی را به جای مواد از بین بردن حرارتی می شکند. فرآیند مزوماشینینگ / میکروماشینینگ لیزر فمتوثانیه جایگاه ویژه ای در مزوماشینینگ دارد زیرا تمیزتر، قابلیت میکرون دارد و ماده خاصی ندارد.

 

 

 

تولید مزوما با استفاده از Micro-EDM (ماشینکاری با تخلیه الکتریکی): ماشینکاری با تخلیه الکتریکی مواد را از طریق فرآیند فرسایش جرقه ای حذف می کند. دستگاه های میکرو EDM ما می توانند ویژگی هایی به کوچکی 25 میکرون تولید کنند. برای سینک و دستگاه سیم میکرو EDM، دو ملاحظه اصلی برای تعیین اندازه ویژگی، اندازه الکترود و شکاف بیش از حد است. الکترودهایی با قطر کمی بیش از 10 میکرون و بیش از حد به اندازه چند میکرون استفاده می شود. ایجاد یک الکترود با هندسه پیچیده برای دستگاه EDM سینک نیازمند دانش فنی است. گرافیت و مس هر دو به عنوان مواد الکترود محبوب هستند. یکی از روش‌های ساخت یک الکترود EDM سینکر پیچیده برای یک قطعه در مقیاس متوسط، استفاده از فرآیند LIGA است. مس، به عنوان ماده الکترود، می تواند در قالب های LIGA آبکاری شود. سپس می‌توان الکترود مسی LIGA را بر روی دستگاه سینک EDM برای ساخت یک قطعه در مواد مختلف مانند فولاد ضد زنگ یا مجله نصب کرد.

 

 

 

هیچ فرآیند تولید مزون برای همه عملیات کافی نیست. برخی از فرآیندهای میان مقیاس گسترده‌تر از سایر فرآیندها هستند، اما هر فرآیند جایگاه خاص خود را دارد. اغلب اوقات ما به مواد مختلفی برای بهینه سازی عملکرد اجزای مکانیکی نیاز داریم و با مواد سنتی مانند فولاد ضد زنگ راحت هستیم زیرا این مواد سابقه طولانی دارند و در طول سال ها به خوبی مشخص شده اند. فرآیندهای تولید مزوما به ما امکان استفاده از مواد سنتی را می دهند. فن‌آوری‌های ماشین‌کاری میان‌مقیاس کاهشی پایه مواد ما را گسترش می‌دهند. گالینگ ممکن است با برخی از ترکیبات مواد در مزوموفاکچر مشکل ساز باشد. هر فرآیند ماشینکاری در مقیاس متوسط به طور منحصر به فردی بر زبری و مورفولوژی سطح تأثیر می گذارد. ریز آسیاب و ریز تراش ممکن است سوراخ‌ها و ذراتی ایجاد کند که می‌تواند مشکلات مکانیکی ایجاد کند. Micro-EDM ممکن است یک لایه بازسازی شده باقی بگذارد که می تواند ویژگی های سایش و اصطکاک خاصی داشته باشد. اثرات اصطکاک بین قطعات در مقیاس مزو ممکن است نقاط تماس محدودی داشته باشند و به طور دقیق توسط مدل‌های تماس سطحی مدل‌سازی نشده‌اند. برخی از فناوری‌های ماشین‌کاری در مقیاس متوسط، مانند میکرو EDM، نسبتاً بالغ هستند، برخلاف سایرین، مانند ماشین‌کاری مزو لیزری فمتوثانیه، که هنوز نیاز به توسعه بیشتری دارند.