Produzione su mesoscala / Produzione su mesoscala

Con le tecniche di produzione convenzionali produciamo strutture “a macroscala” relativamente grandi e visibili ad occhio nudo. With MESOMANUFACTURING tuttavia produciamo componenti per dispositivi in miniatura. Mesomanufacturing è anche indicato come MESOSCALE MANUFACTURING or MESO-MACHINING. La mesoproduzione si sovrappone sia alla macro che alla microproduzione. Esempi di mesofabbricazione sono apparecchi acustici, stent, motori molto piccoli.

 

 

 

Il primo approccio alla mesoproduzione consiste nel ridimensionare i processi di macroproduzione. Ad esempio un minuscolo tornio con dimensioni di poche decine di millimetri e un motore da 1,5W del peso di 100 grammi è un buon esempio di mesomanufacturing dove è avvenuto il downscaling. Il secondo approccio consiste nel ridimensionare i processi di microproduzione. Ad esempio, i processi LIGA possono essere potenziati ed entrare nel regno della mesoproduzione.

 

 

 

I nostri processi di mesoproduzione stanno colmando il divario tra i processi MEMS a base di silicio e la tradizionale lavorazione in miniatura. I processi su mesoscala possono fabbricare parti bidimensionali e tridimensionali con caratteristiche di dimensioni micron in materiali tradizionali come acciai inossidabili, ceramica e vetro. I processi di mesofabbricazione attualmente a nostra disposizione includono sputtering a fascio ionico focalizzato (FIB), micro-fresatura, micro-tornitura, ablazione laser ad eccimeri, ablazione laser a femtosecondi e microelettro-scarica (EDM). Questi processi su mesoscala utilizzano tecnologie di lavorazione sottrattiva (ad es. rimozione del materiale), mentre il processo LIGA è un processo su mesoscala additivo. I processi di mesofabbricazione hanno capacità e specifiche di prestazione diverse. Le specifiche delle prestazioni di lavorazione di interesse includono la dimensione minima della caratteristica, la tolleranza della caratteristica, la precisione della posizione della caratteristica, la finitura superficiale e la velocità di rimozione del materiale (MRR). Abbiamo la capacità di produrre componenti elettromeccanici che richiedono parti in mesoscala. Le parti in mesoscala fabbricate da processi di mesofabbricazione sottrattiva hanno proprietà tribologiche uniche a causa della varietà di materiali e delle condizioni superficiali prodotte dai diversi processi di mesofabbricazione. Queste tecnologie di lavorazione sottrattiva su mesoscala ci portano preoccupazioni relative alla pulizia, all'assemblaggio e alla tribologia. La pulizia è vitale nella produzione di meso perché la dimensione delle particelle di sporco e detriti su mesoscala creata durante il processo di mesolavorazione può essere paragonabile alle caratteristiche di mesoscala. La fresatura e la tornitura su mesoscala possono creare trucioli e bave che possono bloccare i fori. La morfologia superficiale e le condizioni di finitura superficiale variano notevolmente a seconda del metodo di mesofabbricazione. Le parti in mesoscala sono difficili da maneggiare e allineare, il che rende l'assemblaggio una sfida che la maggior parte dei nostri concorrenti non è in grado di superare. I nostri tassi di rendimento nella mesoproduzione sono di gran lunga superiori a quelli dei nostri concorrenti, il che ci dà il vantaggio di poter offrire prezzi migliori.

 

 

 

PROCESSI DI LAVORAZIONE MESOSCALE: Le nostre principali tecniche di mesofabbricazione sono Focused Ion Beam (FIB), Micro-fresatura e Micro-tornitura, meso-lavorazione laser, Micro-EDM (lavorazione a elettroerosione)

 

 

 

Mesofabbricazione utilizzando fascio ionico focalizzato (FIB), micro-fresatura e micro-tornitura: il FIB spruzza materiale da un pezzo mediante il bombardamento del fascio di ioni di gallio. Il pezzo è montato su una serie di stadi di precisione e posizionato in una camera a vuoto sotto la sorgente di gallio. Le fasi di traslazione e rotazione nella camera a vuoto mettono a disposizione del fascio di ioni di gallio varie posizioni sul pezzo da lavorare per la mesoproduzione di FIB. Un campo elettrico sintonizzabile scansiona il raggio per coprire un'area proiettata predefinita. Un potenziale ad alta tensione provoca l'accelerazione di una sorgente di ioni di gallio e la collisione con il pezzo in lavorazione. Le collisioni strappano via gli atomi dal pezzo. Il risultato del processo di mesolavorazione FIB può essere la creazione di sfaccettature quasi verticali. Alcuni FIB a nostra disposizione hanno diametri del raggio fino a 5 nanometri, rendendo il FIB una macchina capace di mesoscala e persino di microscala. Montiamo utensili per microfresatura su fresatrici ad alta precisione per la lavorazione di canali in alluminio. Usando FIB possiamo fabbricare utensili di micro-tornitura che possono poi essere utilizzati su un tornio per fabbricare barre finemente filettate. In altre parole, FIB può essere utilizzato per lavorare utensili duri oltre alle caratteristiche di meso-lavorazione direttamente sul pezzo finale. La lenta velocità di rimozione del materiale ha reso il FIB poco pratico per la lavorazione diretta di elementi di grandi dimensioni. Gli utensili duri, tuttavia, possono rimuovere materiale a una velocità impressionante e sono sufficientemente durevoli per diverse ore di tempo di lavorazione. Tuttavia, il FIB è pratico per la mesolavorazione diretta di forme tridimensionali complesse che non richiedono una notevole velocità di rimozione del materiale. La lunghezza di esposizione e l'angolo di incidenza possono influenzare notevolmente la geometria degli elementi lavorati direttamente.

 

 

 

Mesofabbricazione laser: i laser ad eccimeri sono utilizzati per la mesofabbricazione. Il laser ad eccimeri lavora il materiale pulsandolo con impulsi di nanosecondi di luce ultravioletta. Il pezzo è montato su fasi di traslazione di precisione. Un controller coordina il movimento del pezzo in lavorazione rispetto al raggio laser UV stazionario e coordina l'innesco degli impulsi. Una tecnica di proiezione della maschera può essere utilizzata per definire le geometrie di meso-lavorazione. La maschera viene inserita nella parte espansa del raggio dove la fluenza laser è troppo bassa per asportare la maschera. La geometria della maschera viene disingrandita attraverso l'obiettivo e proiettata sul pezzo. Questo approccio può essere utilizzato per la lavorazione simultanea di più fori (array). I nostri laser ad eccimeri e YAG possono essere utilizzati per lavorare polimeri, ceramica, vetro e metalli con dimensioni delle caratteristiche fino a 12 micron. Un buon accoppiamento tra la lunghezza d'onda UV (248 nm) e il pezzo in lavorazione nella mesoproduzione/mesolavorazione laser si traduce in pareti verticali del canale. Un approccio più pulito alla mesolavorazione laser consiste nell'utilizzare un laser a femtosecondi con zaffiro Ti. I detriti rilevabili da tali processi di mesofabbricazione sono particelle di dimensioni nanometriche. Le caratteristiche profonde di un micron possono essere microfabbricate utilizzando il laser a femtosecondi. Il processo di ablazione laser a femtosecondi è unico in quanto rompe i legami atomici invece di ablare termicamente il materiale. Il processo di mesolavorazione / microlavorazione laser a femtosecondi ha un posto speciale nella produzione di meso perché è più pulito, capace di micron e non è specifico del materiale.

 

 

 

Mesomanufacturing utilizzando Micro-EDM (lavorazione a elettroerosione): la lavorazione a elettroerosione rimuove il materiale attraverso un processo di elettroerosione. Le nostre macchine micro-EDM possono produrre caratteristiche fino a 25 micron. Per la macchina a platina e la microelettroerosione a filo, le due considerazioni principali per determinare la dimensione della caratteristica sono la dimensione dell'elettrodo e lo spazio sopra il bordo inferiore. Vengono utilizzati elettrodi di poco più di 10 micron di diametro e un minimo di pochi micron. La creazione di un elettrodo con una geometria complessa per la macchina per elettroerosione a tuffo richiede know-how. Sia la grafite che il rame sono popolari come materiali per elettrodi. Un approccio alla fabbricazione di un complicato elettrodo per elettroerosione a platine per una parte su mesoscala consiste nell'utilizzare il processo LIGA. Il rame, come materiale dell'elettrodo, può essere placcato negli stampi LIGA. L'elettrodo LIGA in rame può quindi essere montato sulla macchina per elettroerosione a tuffo per la mesoproduzione di un pezzo in un materiale diverso come acciaio inossidabile o kovar.

 

 

 

Nessun processo di mesofabbricazione è sufficiente per tutte le operazioni. Alcuni processi su mesoscala hanno una portata più ampia di altri, ma ogni processo ha la sua nicchia. Il più delle volte abbiamo bisogno di una varietà di materiali per ottimizzare le prestazioni dei componenti meccanici e siamo a nostro agio con materiali tradizionali come l'acciaio inossidabile perché questi materiali hanno una lunga storia e sono stati caratterizzati molto bene nel corso degli anni. I processi di mesofabbricazione ci consentono di utilizzare materiali tradizionali. Le tecnologie di lavorazione sottrattiva a mesoscala ampliano la nostra base di materiali. L'usura può essere un problema con alcune combinazioni di materiali nella produzione di meso. Ogni particolare processo di lavorazione su mesoscala influisce in modo univoco sulla rugosità e morfologia della superficie. La microfresatura e la microtornitura possono generare bave e particelle che possono causare problemi meccanici. Il micro-EDM può lasciare uno strato di rifusione che può presentare particolari caratteristiche di usura e attrito. Gli effetti di attrito tra le parti in mesoscala possono avere punti di contatto limitati e non sono modellati accuratamente dai modelli di contatto superficiale. Alcune tecnologie di lavorazione su mesoscala, come la micro-EDM, sono abbastanza mature, al contrario di altre, come la meso-lavorazione laser a femtosecondi, che richiedono ancora uno sviluppo aggiuntivo.