Mesoskaalainen valmistus / Mesomanufacturing

Perinteisillä tuotantotekniikoilla tuotamme "makrokokoisia" rakenteita, jotka ovat suhteellisen suuria ja näkyvät paljaalla silmällä. With MESOMANUFACTURING tuotamme kuitenkin komponentteja minilaitteisiin. Mesotuotantoon viitataan myös nimellä MESOSCALE MANUFACTURING_cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d-136bad5cf58d_or_3INGINGINf8d. Mesomaufacturing on päällekkäinen sekä makro- että mikrovalmistuksessa. Esimerkkejä mesomaufacturingista ovat kuulolaitteet, stentit, erittäin pienet moottorit.

 

 

 

Ensimmäinen lähestymistapa mesomaufacturingissa on pienentää makrotuotantoprosesseja. Esimerkiksi pieni sorvi, jonka mitat ovat muutamassa kymmenessä millimetrissä, ja 1,5 W:n moottori, joka painaa 100 grammaa, on hyvä esimerkki mesomaufacturingista, jossa on tapahtunut skaalausta. Toinen lähestymistapa on skaalata mikrovalmistusprosesseja. Esimerkiksi LIGA-prosesseja voidaan skaalata ja päästä mesomaufacturingin alueelle.

 

 

 

Mesovalmistusprosessimme kurovat siltaa piipohjaisten MEMS-prosessien ja tavanomaisen minikoneistuksen välillä. Mesoskaalausprosesseilla voidaan valmistaa kaksi- ja kolmiulotteisia osia, joissa on mikronikokoisia piirteitä perinteisistä materiaaleista, kuten ruostumattomasta teräksestä, keramiikasta ja lasista. Tällä hetkellä käytössämme olevat mesovalmistusprosessit sisältävät fokusoidun ionisäteen (FIB) sputteroinnin, mikrojyrsinnän, mikrosorvauksen, eksimeerilaser-abloinnin, femto-sekunnin laserabloinnin ja mikrosähköpurkauksen (EDM) koneistuksen. Näissä mesomittakaavaisissa prosesseissa käytetään vähentävää työstötekniikkaa (eli materiaalin poistoa), kun taas LIGA-prosessi on additiivinen mesoskaalausprosessi. Mesovalmistusprosesseilla on erilaiset ominaisuudet ja suorituskykyvaatimukset. Kiinnostavia työstösuorituskykymäärityksiä ovat elementtien vähimmäiskoko, ominaisuuden toleranssi, piirteiden sijainnin tarkkuus, pinnan viimeistely ja materiaalin poistonopeus (MRR). Meillä on valmiudet meso-valmistaa sähkömekaanisia komponentteja, jotka vaativat mesoskaalausosia. Subtraktiivisilla mesotuotantoprosesseilla valmistetuilla mesomittakaavaisilla osilla on ainutlaatuiset tribologiset ominaisuudet johtuen materiaalien moninaisuudesta ja eri mesovalmistusprosessien tuottamista pintaolosuhteista. Nämä subtraktiiviset mesoskaalaustyöstötekniikat tuovat meille huolenaiheita, jotka liittyvät puhtauteen, kokoonpanoon ja tribologiaan. Puhtaus on elintärkeää mesovalmistuksessa, koska meso-työstöprosessin aikana syntyvän mesomittakaavaisen lian ja roskien hiukkaskoko voi olla verrattavissa meso-mittakaavaan. Mesoskaalainen jyrsintä ja sorvaus voivat luoda lastuja ja purseita, jotka voivat tukkia reikiä. Pinnan morfologia ja pinnan viimeistelyolosuhteet vaihtelevat suuresti riippuen mesovalmistusmenetelmästä. Mesokokoisia osia on vaikea käsitellä ja kohdistaa, mikä tekee kokoonpanosta haasteen, jota useimmat kilpailijamme eivät pysty voittamaan. Tuottoprosenttimme mesovalmistuksessa on paljon korkeampi kuin kilpailijoillamme, mikä antaa meille edun, että voimme tarjota parempia hintoja.

 

 

 

MESOSCALE-TYÖSTÖPROSESSIT: Tärkeimmät mesovalmistustekniikkamme ovat Focused Ion Beam (FIB), mikrojyrsintä ja mikrosorvaus, laser mesokoneistus, Micro-EDM (sähköpurkauskoneistus)

 

 

 

Mesovalmistus fokusoidulla ionisuihkulla (FIB), mikrojyrsinnällä ja mikrosorvauksella: FIB ruiskuttaa materiaalia työkappaleesta gallium-ionisuihkupommituksella. Työkappale asennetaan tarkkuusasteisiin ja sijoitetaan tyhjiökammioon galliumlähteen alle. Tyhjiökammion translaatio- ja kiertovaiheet tarjoavat työkappaleen eri paikkoja gallium-ionisäteen käyttöön FIB-mesovalmistusta varten. Viritettävä sähkökenttä skannaa säteen peittääkseen ennalta määritellyn projisoidun alueen. Korkea jännitepotentiaali saa gallium-ionien lähteen kiihtymään ja törmäämään työkappaleeseen. Törmäykset irrottavat atomeja työkappaleesta. FIB-mesotyöstöprosessin tuloksena voidaan luoda lähes pystysuorat tahot. Joidenkin meille saatavilla olevien FIB-laitteiden säteen halkaisija on jopa 5 nanometriä, mikä tekee FIB:stä mesoskaalaisen ja jopa mikromittakaavaisen koneen. Asennamme mikrojyrsintätyökalut erittäin tarkkoihin jyrsinkoneisiin alumiinin koneistuskanaviin. FIB:n avulla voimme valmistaa mikrosorvaustyökaluja, joita voidaan sitten käyttää sorvissa valmistamaan hienojakoisia tankoja. Toisin sanoen FIB:llä voidaan työstää kovia työkaluja suoran mesotyöstön lisäksi päätykappaleeseen. Hidas materiaalin poistonopeus on tehnyt FIB:stä epäkäytännöllisen suurten ominaisuuksien suoraan työstämiseen. Kovat työkalut voivat kuitenkin poistaa materiaalia vaikuttavalla nopeudella ja ovat riittävän kestäviä useiden tuntien työstöajaksi. FIB on kuitenkin käytännöllinen monimutkaisten kolmiulotteisten muotojen suoraan mesokoneistukseen, jotka eivät vaadi merkittävää materiaalin poistonopeutta. Valotuspituus ja tulokulma voivat vaikuttaa suuresti suoraan koneistettujen ominaisuuksien geometriaan.

 

 

 

Laser-mesomaufacturing: Excimer-lasereita käytetään mesovalmistukseen. Eksimeerilaser koneistaa materiaalia pulssimalla sitä nanosekunnin ultraviolettivalopulsseilla. Työkappale on asennettu tarkkoihin translaatiovaiheisiin. Ohjain koordinoi työkappaleen liikettä suhteessa kiinteään UV-lasersäteeseen ja koordinoi pulssien laukaisua. Maskiprojektiotekniikkaa voidaan käyttää meso-työstögeometrioiden määrittämiseen. Maski työnnetään säteen laajennettuun osaan, jossa laservirtaus on liian alhainen maskin poistamiseksi. Maskin geometria pienennetään linssin läpi ja heijastetaan työkappaleeseen. Tätä lähestymistapaa voidaan käyttää useiden reikien (ryhmien) työstämiseen samanaikaisesti. Excimer- ja YAG-lasereillamme voidaan työstää polymeerejä, keramiikkaa, lasia ja metalleja, joiden piirrekoko on jopa 12 mikronia. Hyvä kytkentä UV-aallonpituuden (248 nm) ja työkappaleen välillä lasermesovalmistuksessa / mesokoneistuksessa johtaa pystysuoraan kanavan seinämään. Puhtaampi laser meso-työstö lähestymistapa on käyttää Ti-sapphire femtosekunti laser. Tällaisten mesovalmistusprosessien havaittavissa olevat roskat ovat nanokokoisia hiukkasia. Syviä, yhden mikronin kokoisia piirteitä voidaan valmistaa mikroprosessoimalla femtosekunnin laserilla. Femtosekunnin laserablaatioprosessi on ainutlaatuinen siinä mielessä, että se katkaisee atomisidoksia lämpöablaatiomateriaalin sijaan. Femtosekuntilasermesotyöstö/mikrotyöstöprosessilla on erityinen paikka mesovalmistuksessa, koska se on puhtaampi, mikronikytketty, eikä se ole materiaalikohtainen.

 

 

 

Mesomaufacturing Micro-EDM:llä (sähköpurkauskoneistus): Sähköpurkauskoneistus poistaa materiaalia kipinäeroosioprosessin kautta. Mikro-EDM-koneemme voivat tuottaa jopa 25 mikronin ominaisuuksia. Upotuskoneessa ja lanka-mikro-EDM-koneessa kaksi tärkeintä seikkaa piirteen koon määrittämisessä ovat elektrodin koko ja ylikuormitusväli. Käytössä on elektrodeja, joiden halkaisija on hieman yli 10 mikronia ja joiden ylikuormitus on vain muutama mikronia. Monimutkaisen geometrian elektrodin luominen uppo-EDM-koneeseen vaatii osaamista. Sekä grafiitti että kupari ovat suosittuja elektrodimateriaaleina. Yksi lähestymistapa monimutkaisen upotus-EDM-elektrodin valmistamiseksi mesoskaalausosaa varten on käyttää LIGA-prosessia. Kupari elektrodimateriaalina voidaan pinnoittaa LIGA-muotteihin. Kupari LIGA-elektrodi voidaan sitten asentaa uppo-EDM-koneeseen osan mesovalmistusta varten eri materiaalista, kuten ruostumattomasta teräksestä tai kovarista.

 

 

 

Yksikään mesovalmistusprosessi ei riitä kaikkiin toimintoihin. Jotkut mesoskaalausprosessit ovat laajempia kuin toiset, mutta jokaisella prosessilla on oma markkinarako. Useimmiten tarvitsemme erilaisia materiaaleja mekaanisten komponenttien suorituskyvyn optimoimiseksi ja olemme mukavia perinteisten materiaalien, kuten ruostumattoman teräksen, kanssa, koska näillä materiaaleilla on pitkä historia ja niitä on luonnehdittu erittäin hyvin vuosien ajan. Mesovalmistusprosessit mahdollistavat perinteisten materiaalien käytön. Subtrektiiviset mesoskaalaustyöstötekniikat laajentavat materiaalipohjaamme. Galling voi olla ongelma joidenkin materiaaliyhdistelmien kanssa mesovalmistuksessa. Jokainen tietty mesomittakaavainen työstöprosessi vaikuttaa yksilöllisesti pinnan karheuteen ja morfologiaan. Mikrojyrsintä ja mikrosorvaus voivat muodostaa purseita ja hiukkasia, jotka voivat aiheuttaa mekaanisia ongelmia. Micro-EDM voi jättää jäljelle uudelleenvaletun kerroksen, jolla voi olla erityisiä kulumis- ja kitkaominaisuuksia. Mesomittakaavaisten osien välisillä kitkavaikutuksilla voi olla rajoitettuja kosketuspisteitä, eikä niitä mallinneta tarkasti pintakosketusmalleilla. Jotkut mesoskaalauskoneistustekniikat, kuten mikro-EDM, ovat melko kypsiä, toisin kuin toiset, kuten femtosekunnin lasermesokoneistus, jotka vaativat vielä lisäkehitystä.