Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Hagyományos gyártási technikákkal olyan „makroméretű” szerkezeteket állítunk elő, amelyek viszonylag nagyok és szabad szemmel is láthatóak. A MESOMANUFACTURING azonban miniatűr eszközökhöz gyártunk alkatrészeket. A mezogyártásra más néven is hivatkoznak: MESOSCALE MANUFACTURING or_cce-54cf58d_or_cc781-de A mezogyártás átfedi mind a makro-, mind a mikrogyártást. A mezogyártásra példák a hallókészülékek, sztentek, nagyon kicsi motorok.

 

 

 

A mezogyártásban az első megközelítés a makrogyártási folyamatok lecsökkentése. Például egy apró esztergagép néhány tucat milliméteres méretekkel és egy 1,5 W-os, 100 grammos motorral jó példa a mezogyártásra, ahol a méretcsökkentés megtörtént. A második megközelítés a mikrogyártási folyamatok bővítése. Például a LIGA folyamatok felskálázhatók, és beléphetnek a mezogyártás birodalmába.

 

 

 

Mezogyártási folyamataink áthidalják a szakadékot a szilícium alapú MEMS eljárások és a hagyományos miniatűr megmunkálás között. A mezoskálás eljárásokkal két- és háromdimenziós alkatrészeket lehet előállítani, amelyek mikron méretű jellemzőkkel rendelkeznek hagyományos anyagokból, például rozsdamentes acélból, kerámiából és üvegből. A jelenleg rendelkezésünkre álló mezogyártási eljárások közé tartozik a fókuszált ionsugaras (FIB) porlasztás, a mikromarás, a mikroesztergálás, az excimer lézeres abláció, a femto-másodperces lézeres abláció és a mikroelektromos kisüléses (EDM) megmunkálás. Ezek a mezoskálás eljárások szubtraktív megmunkálási technológiát (azaz anyageltávolítást) alkalmaznak, míg a LIGA eljárás egy additív mezoskálás eljárás. A mezogyártási folyamatok eltérő képességekkel és teljesítményspecifikációkkal rendelkeznek. Az érdeklődésre számot tartó megmunkálási teljesítmény specifikációk közé tartozik a minimális elemméret, a jellemző tolerancia, a jellemző helyének pontossága, a felületi minőség és az anyageltávolítási sebesség (MRR). Lehetőségünk van olyan elektromechanikus alkatrészek mezogyártására, amelyekhez mezoskálájú alkatrészekre van szükség. A szubtraktív mezogyártási eljárásokkal előállított mezoskálájú részek egyedi tribológiai tulajdonságokkal rendelkeznek az anyagok sokfélesége és a különböző mezogyártási folyamatok által előállított felületi viszonyok miatt. Ezek a szubtraktív mezoskálás megmunkálási technológiák a tisztasággal, az összeszereléssel és a tribológiával kapcsolatos aggályokat vetnek fel bennünk. A tisztaság létfontosságú a mezo-megmunkálás során, mivel a mezo-megmunkálási folyamat során keletkező mezoméretű szennyeződés és törmelék szemcsemérete összemérhető a mezoskálás jellemzőkkel. A mezoskálás marás és esztergálás forgácsokat és sorjakat hozhat létre, amelyek eltömíthetik a lyukakat. A felület morfológiája és a felületkiképzés feltételei nagymértékben változnak a mezogyártási módszertől függően. A mezoméretű alkatrészeket nehéz kezelni és beállítani, ami az összeszerelést olyan kihívássá teszi, amelyet a legtöbb versenytársunk nem tud leküzdeni. A mezogyártásban jóval magasabb hozammutatóink, mint versenytársaink, ami azt az előnyt jelenti, hogy jobb árakat tudunk kínálni.

 

 

 

MESOSCALE FORGÁSI FOLYAMATOK: Főbb mezogyártási technikáink a fókuszált ionsugár (FIB), mikromarás és mikroesztergálás, lézeres mezo-megmunkálás, mikro-EDM (elektromos kisüléses megmunkálás)

 

 

 

Mezogyártás fókuszált ionsugárral (FIB), mikromarással és mikroesztergálással: A FIB gallium ionsugaras bombázással porlasztja ki az anyagot a munkadarabból. A munkadarabot egy sor precíziós fokozatra szerelik fel, és egy vákuumkamrába helyezik a galliumforrás alatt. A vákuumkamrában lévő transzlációs és forgási fokozatok a munkadarabon különböző helyeket tesznek elérhetővé a gallium ionok nyalábja számára a FIB mezogyártáshoz. Hangolható elektromos mező pásztázza a sugarat, hogy lefedjen egy előre meghatározott vetített területet. A nagyfeszültségű potenciál miatt a gallium-ionforrás felgyorsul, és ütközik a munkadarabbal. Az ütközések leválasztják az atomokat a munkadarabról. A FIB mezo-megmunkálási folyamat eredménye lehet egy közeli függőleges metszet. Egyes rendelkezésünkre álló FIB-k sugárátmérője akár 5 nanométer is lehet, így a FIB mezoskálájú, sőt mikroméretű gép is lehet. Mikro-marószerszámokat nagy pontosságú marógépekre szerelünk alumínium megmunkálási csatornákra. A FIB segítségével mikroesztergaszerszámokat készíthetünk, amelyeket aztán esztergagépen használhatunk finom menetes rudak előállítására. Más szóval, a FIB kemény szerszámok megmunkálására is használható a közvetlen mezo-megmunkálási jellemzők mellett a munkadarab végére. A lassú anyageltávolítási sebesség miatt a FIB nem praktikus a nagy elemek közvetlen megmunkálására. A kemény szerszámok azonban lenyűgöző sebességgel képesek eltávolítani az anyagot, és elég tartósak több órás megmunkálási időhöz. Ennek ellenére a FIB praktikus olyan összetett háromdimenziós formák közvetlen mezo-megmunkálására, amelyek nem igényelnek jelentős anyagleválasztási sebességet. Az expozíció hossza és a beesési szög nagymértékben befolyásolhatja a közvetlenül megmunkált elemek geometriáját.

 

 

 

Lézeres mezogyártás: Excimer lézereket használnak mezogyártáshoz. Az excimer lézer nanomásodperces ultraibolya fény impulzusokkal megmunkálja az anyagot. A munkadarab precíziós transzlációs szakaszokra van felszerelve. Egy vezérlő koordinálja a munkadarab mozgását az álló UV lézersugárhoz képest, és koordinálja az impulzusok tüzelését. A mezo-megmunkálási geometriák meghatározására maszkvetítési technika használható. A maszkot a sugár kiterjesztett részébe helyezik be, ahol a lézer áramlása túl alacsony a maszk eltávolításához. A maszk geometriája a lencsén keresztül nagyítás nélkül ki van vetítve a munkadarabra. Ez a megközelítés több furat (tömb) egyidejű megmunkálására is használható. Excimer és YAG lézereink akár 12 mikron méretű polimerek, kerámiák, üvegek és fémek megmunkálására is használhatók. Az UV hullámhossz (248 nm) és a munkadarab közötti jó csatolás a lézeres mezogyártás/mezo-megmunkálás során függőleges csatornafalakat eredményez. A tisztább lézeres mezo-megmunkálási megközelítés a Ti-zafír femtoszekundumos lézer használata. Az ilyen mezogyártási folyamatok kimutatható törmelékei nanoméretű részecskék. A femtoszekundumos lézerrel mély, egy mikron méretű elemek mikrogyárthatók. A femtoszekundumos lézeres ablációs eljárás egyedülálló abban, hogy az atomi kötéseket bontja meg a termikusan abláló anyag helyett. A femtoszekundumos lézeres mezo-megmunkálási / mikromegmunkálási eljárásnak kiemelt helye van a mezogyártásban, mert tisztább, mikronképes, és nem anyagspecifikus.

 

 

 

Mezogyártás Micro-EDM-mel (elektromos kisüléses megmunkálás): Az elektrokisüléses megmunkálás szikraeróziós folyamaton keresztül távolítja el az anyagot. Mikro-EDM gépeink akár 25 mikron átmérőjű tulajdonságokat is képesek előállítani. A süllyesztő és a vezetékes mikro-EDM gép esetében a jellemző méretének meghatározásánál a két fő szempont az elektróda mérete és a túlnyúló rés. 10 mikronnál valamivel nagyobb átmérőjű elektródákat használnak, amelyek átmérője néhány mikron. Egy összetett geometriájú elektróda létrehozása a süllyesztő szikraforgácsoló géphez know-how-t igényel. A grafit és a réz egyaránt népszerű elektródaanyagként. Egy bonyolult süllyesztő EDM elektróda előállításának egyik módja a mezoskálás részhez a LIGA eljárás alkalmazása. A réz, mint elektróda anyaga LIGA formákba bevonható. A réz LIGA elektródát ezután fel lehet szerelni a süllyesztő szikraforgácsoló gépre, hogy egy alkatrészt más anyagból, például rozsdamentes acélból vagy kovarból lehessen legyártani.

 

 

 

Egyetlen mezogyártási folyamat sem elegendő minden művelethez. Egyes mezoskálás folyamatok szélesebb körűek, mint mások, de mindegyik folyamatnak megvan a maga rése. Legtöbbször különféle anyagokra van szükségünk a mechanikai alkatrészek teljesítményének optimalizálása érdekében, és kényelmesek vagyunk a hagyományos anyagokkal, például a rozsdamentes acéllal, mivel ezek az anyagok hosszú múltra tekintenek vissza, és az évek során nagyon jól jellemezték őket. A mezogyártási folyamatok lehetővé teszik számunkra a hagyományos anyagok felhasználását. A szubtraktív mezoskálás megmunkálási technológiák bővítik anyagbázisunkat. A mezogyártás egyes anyagkombinációinál problémát jelenthet a kiütés. Minden adott mezoskálás megmunkálási folyamat egyedileg befolyásolja a felület érdességét és morfológiáját. A mikromarás és mikroesztergálás sorját és részecskéket képezhet, amelyek mechanikai problémákat okozhatnak. A Micro-EDM olyan újraöntött réteget hagyhat maga után, amely különleges kopási és súrlódási jellemzőkkel bír. A mezoskálájú részek közötti súrlódási hatások korlátozott érintkezési pontokkal rendelkezhetnek, és a felületi érintkezési modellekkel nem modellezhetők pontosan. Néhány mezoskálás megmunkálási technológia, mint például a mikro-EDM, meglehetősen kiforrott, szemben másokkal, mint például a femtoszekundumos lézeres mezo-megmunkálás, amelyek még további fejlesztést igényelnek.