Fabricación a Mesoescala / Mesofabricación

Con técnicas de produción convencionais producimos estruturas a "macroescala" relativamente grandes e visibles a simple vista. Con MESOMANUFACTURING non obstante, producimos compoñentes para dispositivos en miniatura. Mesomanufacturing tamén se coñece como MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781905-9400-05-05-05-05-05-05-05-05-13 A mesofabricación se solapa tanto á macro como á microfabricación. Exemplos de mesofabricación son audífonos, stents, motores moi pequenos.

 

 

 

O primeiro enfoque na mesofabricación é reducir os procesos de macrofabricación. Por exemplo un pequeno torno cunhas dimensións nas poucas ducias de milímetros e un motor de 1,5 W que pesa 100 gramos é un bo exemplo de mesofabricación onde se produciu a redución de escala. O segundo enfoque é escalar os procesos de microfabricación. Como exemplo, os procesos LIGA pódense ampliar e entrar no ámbito da mesofabricación.

 

 

 

Os nosos procesos de mesofabricación están cubrindo a brecha entre os procesos MEMS baseados en silicio e o mecanizado en miniatura convencional. Os procesos a mesoescala poden fabricar pezas bidimensionais e tridimensionais con características de tamaño de micras en materiais tradicionais como aceiro inoxidable, cerámica e vidro. Os procesos de mesofabricación que temos actualmente dispoñibles inclúen pulverización catódica con feixe iónico enfocado (FIB), microfresado, microtorneado, ablación con láser excimer, ablación con láser de femtosegundo e mecanizado de micro electrodescarga (EDM). Estes procesos de mesoescala empregan tecnoloxías de mecanizado subtractivo (é dicir, eliminación de material), mentres que o proceso LIGA é un proceso de mesoescala aditivo. Os procesos de mesofabricación teñen diferentes capacidades e especificacións de rendemento. As especificacións de rendemento de mecanizado de interese inclúen o tamaño mínimo das características, a tolerancia das características, a precisión da localización das características, o acabado superficial e a taxa de eliminación de material (MRR). Temos a capacidade de mesofabricar compoñentes electromecánicos que requiren pezas a mesoescala. As pezas de mesoescala fabricadas mediante procesos de mesofabricación substractiva teñen propiedades tribolóxicas únicas debido á variedade de materiais e ás condicións de superficie producidas polos diferentes procesos de mesofabricación. Estas tecnoloxías de mecanizado de mesoescala sustractivos achégannos preocupacións relacionadas coa limpeza, a montaxe e a triboloxía. A limpeza é vital na mesofabricación porque a sucidade a mesoescala e o tamaño das partículas de restos creados durante o proceso de mesomecanizado poden ser comparables ás características de mesoescala. O fresado e o torneado a mesoescala poden crear virutas e rebabas que poden bloquear buratos. A morfoloxía superficial e as condicións de acabado superficial varían moito dependendo do método de mesofabricación. As pezas a mesoescala son difíciles de manexar e aliñar, o que fai da montaxe un desafío que a maioría dos nosos competidores non poden superar. As nosas taxas de rendemento na mesofabricación son moi superiores ás dos nosos competidores, o que nos dá a vantaxe de poder ofrecer mellores prezos.

 

 

 

PROCESOS DE MECANIZADO A MESOSCALA: As nosas principais técnicas de mesofabricación son Focused Ion Beam (FIB), microfresado e microtorneado, mesomecanizado con láser, microEDM (mecanizado de electrodescarga).

 

 

 

Mesofabricación mediante feixe iónico enfocado (FIB), microfresado e microtorneado: o FIB pulveriza material dunha peza de traballo mediante un bombardeo de feixe de iones de galio. A peza de traballo está montada nun conxunto de etapas de precisión e colócase nunha cámara de baleiro debaixo da fonte de galio. As etapas de traslación e rotación na cámara de baleiro fan que o feixe de ións Galio dispoña de varias localizacións na peza de traballo para a mesofabricación FIB. Un campo eléctrico sintonizable explora o feixe para cubrir unha área proxectada predefinida. Un potencial de alta tensión fai que unha fonte de ións galio acelere e choque coa peza de traballo. As colisións eliminan átomos da peza de traballo. O resultado do proceso de meso-mecanizado FIB pode ser a creación de facetas case verticais. Algúns FIB dispoñibles teñen diámetros de feixe tan pequenos como 5 nanómetros, o que fai que o FIB sexa unha máquina capaz de mesoescala e incluso microescala. Montamos microfresadoras en fresadoras de alta precisión para mecanizar canles en aluminio. Usando FIB podemos fabricar ferramentas de microtorneado que logo se poden usar nun torno para fabricar varillas de rosca fina. Noutras palabras, FIB pódese usar para mecanizar ferramentas duras ademais de funcións de mesomecanizado directamente sobre a peza final. A baixa taxa de eliminación de material fixo que o FIB sexa pouco práctico para mecanizar directamente grandes características. As ferramentas duras, con todo, poden eliminar o material a un ritmo impresionante e son o suficientemente duradeiros para varias horas de tempo de mecanizado. Non obstante, o FIB é práctico para mecanizar directamente formas complexas tridimensionais que non requiren unha taxa de eliminación substancial de material. A lonxitude de exposición e o ángulo de incidencia poden afectar moito á xeometría das características mecanizadas directamente.

 

 

 

Mesofabricación con láser: os láseres excímeros úsanse para a mesofabricación. O láser excimer mecaniza o material pulsándoo con pulsos de nanosegundos de luz ultravioleta. A peza de traballo está montada en etapas de traslación de precisión. Un controlador coordina o movemento da peza de traballo en relación ao raio láser UV estacionario e coordina o disparo dos pulsos. Pódese utilizar unha técnica de proxección de máscara para definir xeometrías de mesomecanizado. A máscara insírese na parte expandida do feixe onde a fluencia do láser é demasiado baixa para eliminar a máscara. A xeometría da máscara é desamplificada a través da lente e proxéctase sobre a peza de traballo. Este enfoque pódese usar para mecanizar múltiples buratos (matriz) simultaneamente. Os nosos láseres excimer e YAG pódense usar para mecanizar polímeros, cerámicas, vidro e metais con tamaños tan pequenos como 12 micras. Un bo acoplamento entre a lonxitude de onda UV (248 nm) e a peza de traballo na mesofabricación / mesomecanizado con láser resulta en paredes de canle verticais. Un enfoque de meso-mecanizado con láser máis limpo é utilizar un láser de femtosegundo Ti-zafiro. Os restos detectables de tales procesos de mesofabricación son partículas de tamaño nanométrico. Pódense microfabricar características profundas dunha micra usando o láser de femtosegundo. O proceso de ablación con láser de femtosegundo é único en que rompe enlaces atómicos en lugar de ablación térmica do material. O proceso de mesomecanizado/micromecanizado con láser de femtosegundo ten un lugar especial na mesofabricación porque é máis limpo, capaz de micras e non é específico de material.

 

 

 

Mesofabricación mediante Micro-EDM (mecanizado por electro-descarga): o mecanizado por electro-descarga elimina o material mediante un proceso de erosión por chispa. As nosas máquinas de micro-EDM poden producir características tan pequenas como 25 micras. Para o sumidoiro e a máquina de micro-EDM de fío, as dúas consideracións principais para determinar o tamaño da característica son o tamaño do electrodo e o espazo de sobre-bum. Están a utilizarse electrodos de pouco máis de 10 micras de diámetro e con sobrepeso de poucas micras. Crear un electrodo cunha xeometría complexa para a máquina de electroerosión con sumidoiro require coñecementos técnicos. Tanto o grafito como o cobre son populares como materiais de electrodos. Unha forma de fabricar un complicado electrodo EDM sinker para unha peza mesoescala é utilizar o proceso LIGA. O cobre, como material do electrodo, pode ser chapado en moldes LIGA. O eléctrodo LIGA de cobre pódese montar na máquina de electroerosión de cobre para a mesofabricación dunha peza nun material diferente, como aceiro inoxidable ou kovar.

 

 

 

Ningún proceso de mesofabricación é suficiente para todas as operacións. Algúns procesos de mesoescala teñen un alcance máis amplo que outros, pero cada proceso ten o seu nicho. Na maioría das veces necesitamos unha variedade de materiais para optimizar o rendemento dos compoñentes mecánicos e estamos cómodos con materiais tradicionais como o aceiro inoxidable porque estes materiais teñen unha longa historia e foron moi ben caracterizados ao longo dos anos. Os procesos de mesofabricación permítennos utilizar materiais tradicionais. As tecnoloxías de mecanizado de mesoescala sustractiva amplían a nosa base de materiais. O desgaste pode ser un problema con algunhas combinacións de materiais na mesofabricación. Cada proceso particular de mecanizado a mesoescala afecta de forma única a rugosidade e a morfoloxía da superficie. O microfresado e o microtorneado poden xerar rebabas e partículas que poden causar problemas mecánicos. Micro-EDM pode deixar unha capa de refundición que pode ter características particulares de desgaste e fricción. Os efectos de fricción entre pezas a mesoescala poden ter puntos de contacto limitados e non están modelados con precisión polos modelos de contacto de superficie. Algunhas tecnoloxías de mecanizado a mesoescala, como a micro-EDM, están bastante maduras, en oposición a outras, como o meso-mecanizado con láser de femtosegundo, que aínda requiren un desenvolvemento adicional.