Mezorazmjerna proizvodnja / Mesomanufacturing

Konvencionalnim proizvodnim tehnikama proizvodimo "makrorazmjerne" strukture koje su relativno velike i vidljive golim okom. With MESOMANUFACTURING  međutim proizvodimo komponente za minijaturne uređaje. Mezoproizvodnja se naziva i kao MESOSCALE MANUFACTURING or ME Mezoproizvodnja preklapa makro i mikroproizvodnju. Primjeri mezoproizvodnje su slušni aparati, stentovi, vrlo mali motori.

 

 

 

Prvi pristup u mezoproizvodnji je smanjenje makroproizvodnih procesa. Na primjer, sićušni tokarski stroj s dimenzijama od nekoliko desetaka milimetara i motorom od 1,5 W koji teži 100 grama dobar je primjer mezoproizvodnje gdje je došlo do smanjivanja veličine. Drugi je pristup povećati procese mikroproizvodnje. Kao primjer, LIGA procesi mogu se povećati i ući u područje mezoproizvodnje.

 

 

 

Naši mezoproizvodni procesi premošćuju jaz između MEMS procesa koji se temelje na siliciju i konvencionalne minijaturne strojne obrade. Mezoskalni procesi mogu proizvesti dvodimenzionalne i trodimenzionalne dijelove mikronskih veličina u tradicionalnim materijalima kao što su nehrđajući čelici, keramika i staklo. Procesi mezoproizvodnje koji su nam trenutno dostupni uključuju raspršivanje s fokusiranim ionskim snopom (FIB), mikroglodanje, mikrotokarenje, excimer lasersku ablaciju, femto-sekundnu lasersku ablaciju i mikro elektropražnjenje (EDM). Ovi procesi na mezoskali koriste subtraktivne tehnologije strojne obrade (tj. uklanjanje materijala), dok je LIGA proces aditivni proces na mezoskali. Mezoproizvodni procesi imaju različite mogućnosti i specifikacije izvedbe. Specifikacije performansi strojne obrade od interesa uključuju minimalnu veličinu značajki, toleranciju značajki, točnost lokacije značajki, završnu obradu površine i stopu uklanjanja materijala (MRR). Imamo sposobnost mezoproizvodnje elektro-mehaničkih komponenti koje zahtijevaju mezorazmjerne dijelove. Dijelovi na mezoskali proizvedeni subtraktivnim procesima mezoproizvodnje imaju jedinstvena tribološka svojstva zbog raznolikosti materijala i površinskih uvjeta proizvedenih različitim procesima mezoproizvodnje. Ove suptraktivne tehnologije strojne obrade u mezoskali donose nam zabrinutost u vezi s čistoćom, sastavljanjem i tribologijom. Čistoća je vitalna u mezoproizvodnji jer se veličina čestica prljavštine i krhotina stvorenih tijekom procesa mezostrojne obrade može usporediti sa značajkama mezoskale. Mezoskalno glodanje i tokarenje mogu stvoriti strugotine i neravnine koje mogu blokirati rupe. Morfologija površine i uvjeti završne obrade površine uvelike variraju ovisno o metodi mezoproizvodnje. Dijelovima mezorazmjera teško je rukovati i poravnati ih što sastavljanje čini izazovom koji većina naših konkurenata ne može svladati. Naše stope prinosa u mezoproizvodnji daleko su veće od naših konkurenata što nam daje prednost mogućnosti ponuditi bolje cijene.

 

 

 

PROCESI STROJNE OBRADE U MEZOSKALNOM: Naše glavne tehnike mezoproizvodnje su fokusirana ionska zraka (FIB), mikroglodanje i mikro-okretanje, laserska mezo-obrada, mikro-EDM (obrada elektro-pražnjenjem)

 

 

 

Mezoproizvodnja korištenjem fokusirane ionske zrake (FIB), mikroglodanja i mikrotokarenja: FIB raspršuje materijal iz obratka bombardiranjem ionskom zrakom galija. Izradak je montiran na niz preciznih stupnjeva i smješten u vakuumsku komoru ispod izvora galija. Stupnjevi translacije i rotacije u vakuumskoj komori čine različita mjesta na radnom komadu dostupnima snopu iona galija za mezoproizvodnju FIB-a. Podesivo električno polje skenira zraku kako bi pokrilo unaprijed definirano projicirano područje. Potencijal visokog napona uzrokuje ubrzanje izvora iona galija i sudaranje s radnim komadom. Sudari skidaju atome s obratka. Rezultat FIB mezo-strojne obrade može biti stvaranje gotovo okomitih faseta. Neki FIB-ovi koji su nam dostupni imaju promjer snopa od samo 5 nanometara, što FIB čini strojem sposobnim za mezoskalu, pa čak i za mikroskalu. Alate za mikro glodanje montiramo na visoko precizne glodalice na strojne kanale u aluminiju. Pomoću FIB-a možemo izraditi alate za mikro tokarenje koji se zatim mogu koristiti na tokarskom stroju za izradu šipki s finim navojem. Drugim riječima, FIB se može koristiti za strojnu obradu tvrdog alata osim za izravnu mezo-strojnu obradu na krajnjem radnom komadu. Spora brzina uklanjanja materijala učinila je FIB nepraktičnim za izravnu strojnu obradu velikih dijelova. Tvrdi alati, međutim, mogu ukloniti materijal impresivnom brzinom i dovoljno su izdržljivi za nekoliko sati strojne obrade. Unatoč tome, FIB je praktičan za izravnu mezo-strojnu obradu složenih trodimenzionalnih oblika koji ne zahtijevaju značajnu brzinu skidanja materijala. Duljina izlaganja i upadni kut mogu uvelike utjecati na geometriju izravno obrađenih značajki.

 

 

 

Laserska mezoproizvodnja: Excimer laseri se koriste za mezoproizvodnju. Excimer laser obrađuje materijal pulsirajući ga nanosekundnim pulsevima ultraljubičastog svjetla. Radni komad je montiran na precizne translacijske stupnjeve. Kontroler koordinira kretanje obratka u odnosu na stacionarnu UV lasersku zraku i koordinira ispaljivanje impulsa. Tehnika projekcije maske može se koristiti za definiranje geometrija mezo-strojne obrade. Maska se umeće u prošireni dio snopa gdje je fluenca lasera preniska za ablaciju maske. Geometrija maske se smanjuje kroz leću i projicira na radni komad. Ovaj pristup se može koristiti za obradu više rupa (nizova) istovremeno. Naši excimer i YAG laseri mogu se koristiti za strojnu obradu polimera, keramike, stakla i metala veličine od samo 12 mikrona. Dobra sprega između UV valne duljine (248 nm) i obratka u laserskoj mezoproizvodnji/mezostrojnoj obradi rezultira okomitim stijenkama kanala. Čišći pristup laserske mezo-strojne obrade je korištenje Ti-safir femtosekundnog lasera. Detektabilni ostaci iz takvih mezoproizvodnih procesa su čestice nano veličine. Značajke veličine jednog mikrona mogu se mikroproizvesti pomoću femtosekundnog lasera. Postupak femtosekundne laserske ablacije jedinstven je po tome što razbija atomske veze umjesto toplinske ablacije materijala. Femtosekundni laserski proces mezo/mikrostrojne obrade ima posebno mjesto u mezoproizvodnji jer je čišći, mikronski sposoban i nije specifičan za materijal.

 

 

 

Mezoproizvodnja korištenjem Micro-EDM (strojna obrada elektroerozijom): obrada elektroerozijom uklanja materijal kroz proces erozije iskrom. Naši mikro-EDM strojevi mogu proizvesti karakteristike male od 25 mikrona. Za udubljivač i žičani mikro-EDM stroj, dva glavna razmatranja za određivanje veličine elementa su veličina elektrode i razmak iznad ruba. Koriste se elektrode promjera malo većeg od 10 mikrona, a prekomjerne elektrode od svega nekoliko mikrona. Stvaranje elektrode složene geometrije za EDM stroj za sinker zahtijeva znanje i iskustvo. I grafit i bakar popularni su kao materijali za elektrode. Jedan pristup izradi komplicirane potapajuće EDM elektrode za mezoskalni dio je korištenje LIGA procesa. Bakar, kao materijal za elektrode, može se plastificirati u LIGA kalupe. Bakrena LIGA elektroda se zatim može montirati na EDM stroj za utapanje za mezoproizvodnju dijela od drugog materijala kao što je nehrđajući čelik ili kovar.

 

 

 

Nijedan mezoproizvodni proces nije dovoljan za sve operacije. Neki mezoskalni procesi su dalekosežniji od drugih, ali svaki proces ima svoju nišu. Većinu vremena zahtijevamo različite materijale za optimizaciju performansi mehaničkih komponenti i zadovoljni smo tradicionalnim materijalima kao što je nehrđajući čelik jer ti materijali imaju dugu povijest i vrlo su dobro karakterizirani tijekom godina. Mezoproizvodni procesi omogućuju nam korištenje tradicionalnih materijala. Subtraktivne tehnologije strojne obrade u mezoskali proširuju našu materijalnu bazu. Nagrizanje može biti problem kod nekih kombinacija materijala u mezoproizvodnji. Svaki pojedini postupak obrade na mezoskali jedinstveno utječe na hrapavost i morfologiju površine. Mikro glodanje i mikro tokarenje mogu stvoriti neravnine i čestice koje mogu uzrokovati mehaničke probleme. Micro-EDM može ostaviti prerađeni sloj koji može imati posebne karakteristike trošenja i trenja. Učinci trenja između dijelova na mezoskali mogu imati ograničene kontaktne točke i nisu točno modelirani modelima površinskog kontakta. Neke tehnologije strojne obrade na mezoskali, kao što je mikro-EDM, prilično su zrele, za razliku od drugih, kao što je femtosekundna laserska mezo-strojna obrada, koje još zahtijevaju dodatni razvoj.