Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Кәдімгі өндіріс әдістерімен біз салыстырмалы түрде үлкен және жалаңаш көзге көрінетін «макро масштабты» құрылымдарды шығарамыз. with MESOMANUFACTURING бірақ біз миниатюралық құрылғыларға арналған құрамдастарды шығарамыз. Mesomanufacturing сонымен қатар MESOSCALE MANUFACTURING or_cc78190303INB_or_cc781905-136-136bad-3194-bb3b-136bad5cf58d деп аталады. Мезоөндіріс макро және микроөндіріспен қабаттасады. Мезоөндіріске мысал ретінде есту аппараттары, стенттер, өте кішкентай қозғалтқыштар жатады.

 

 

 

Мезоөндірістегі бірінші тәсіл макроөндірістік процестерді кішірейту болып табылады. Мысалы, өлшемдері бірнеше ондаған миллиметрдегі кішкентай токарь және салмағы 100 грамм болатын 1,5 Вт қозғалтқышы масштабты азайту орын алған мезоөндірістің жақсы мысалы болып табылады. Екінші тәсіл – микроөндірістік процестерді кеңейту. Мысал ретінде LIGA процестерін кеңейтуге және мезоөндіріс саласына кіруге болады.

 

 

 

Біздің мезоөндірістік процестер кремний негізіндегі MEMS процестері мен кәдімгі миниатюралық өңдеу арасындағы алшақтықты жояды. Мезо масштабты процестер тот баспайтын болаттар, керамика және шыны сияқты дәстүрлі материалдарда микрон өлшемді ерекшеліктері бар екі және үш өлшемді бөлшектерді жасай алады. Қазіргі уақытта бізге қол жетімді мезоөндіріс процестеріне фокусталған иондық сәулені (FIB) шашырату, микро-фрезерлеу, микротокарлық, эксимерлі лазерлік абляция, фемто-секундтық лазерлік абляция және микро электроразрядты (EDM) өңдеу кіреді. Бұл мезошкалалық процестер субтрактивті өңдеу технологияларын (яғни, материалды жою) пайдаланады, ал LIGA процесі қосымша мезошкала процесі болып табылады. Мезоөндіріс процестерінің әртүрлі мүмкіндіктері мен өнімділік сипаттамалары бар. Қызығушылық танытатын өңдеу өнімділігінің сипаттамаларына ең аз мүмкіндік өлшемі, мүмкіндіктерге төзімділік, мүмкіндіктің орналасу дәлдігі, бетті өңдеу және материалды жою жылдамдығы (MRR) кіреді. Бізде мезо масштабты бөлшектерді қажет ететін электромеханикалық компоненттерді мезоөндіріс мүмкіндігі бар. Субтрактивті мезоөндіріс процестері арқылы жасалған мезошкала бөлшектері әртүрлі мезоөндіріс процестерімен өндірілетін материалдардың әртүрлілігі мен беткі жағдайларға байланысты бірегей трибологиялық қасиеттерге ие. Бұл субтрактивті мезо масштабты өңдеу технологиялары бізге тазалыққа, құрастыруға және трибологияға қатысты алаңдаушылық тудырады. Тазалық мезоөндірісте өте маңызды, себебі мезоөлшемді кір мен қоқыс бөлшектерінің өлшемі мезо-өңдеу процесінде мезошкала мүмкіндіктерімен салыстыруға болады. Мезо масштабты фрезерлеу және токарлық өңдеу саңылауларды бітеп тастауы мүмкін жоңқалар мен саңылауларды тудыруы мүмкін. Беттік морфология және бетті өңдеу шарттары мезоөндіріс әдісіне байланысты айтарлықтай өзгереді. Mesoscale бөлшектерін өңдеу және теңестіру қиын, бұл құрастыру біздің бәсекелестеріміздің көпшілігін жеңе алмайтын қиындық тудырады. Біздің мезоөндірістегі кірістілік көрсеткіштері бәсекелестерімізге қарағанда әлдеқайда жоғары, бұл бізге жақсы баға ұсына алудың артықшылығын береді.

 

 

 

МЕЗОСКАЛДЫ ӨҢДЕУ ПРОЦЕССТЕРІ: Біздің негізгі мезоөндіріс әдістері – фокусталған иондық сәуле (FIB), микрофрезерлеу, және микро токарлық өңдеу, лазерлік мезоөңдеу, микро-EDM (электр разрядты өңдеу)

 

 

 

Фокусталған иондық сәулені (FIB), микро фрезерлеуді және микро токарлық өңдеуді қолданатын мезоөндіріс: FIB материалды галлий ионды сәулесін бомбалау арқылы дайындамадан шашыратады. Дайындама дәлдік сатылар жинағына орнатылады және галлий көзінің астындағы вакуумдық камераға орналастырылады. Вакуумдық камерадағы аудару және айналдыру кезеңдері FIB мезоөндірісі үшін галлий иондарының сәулесі үшін дайындамадағы әртүрлі орындарды қамтамасыз етеді. Реттеуге болатын электр өрісі алдын ала анықталған жобаланған аумақты жабу үшін сәулені сканерлейді. Жоғары кернеу потенциалы галлий иондарының көзінің жылдамдауына және дайындамамен соқтығысуына әкеледі. Соқтығыстар жұмыс бөлігінен атомдарды алып тастайды. FIB мезоөңдеу процесінің нәтижесі жақын тік қырларды құру болуы мүмкін. Бізге қол жетімді кейбір FIB-лердің сәулелік диаметрлері 5 нанометрге дейін аз, бұл FIB-ны мезошкала және тіпті микро масштабты қабілетті машинаға айналдырады. Біз микрофрезерлік құралдарды жоғары дәлдіктегі фрезерлік станоктарға алюминийден жасалған станок арналарына орнатамыз. FIB көмегімен біз токарь станокта жіңішке бұрандалы өзекшелерді жасау үшін пайдалануға болатын микротокарларды жасай аламыз. Басқаша айтқанда, FIB соңғы дайындамаға тікелей мезо-өңдеу мүмкіндіктерінен басқа қатты құралдарды өңдеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Материалды алудың баяу жылдамдығы FIB-ті үлкен элементтерді тікелей өңдеу үшін практикалық емес етіп көрсетті. Дегенмен, қатты құралдар материалды әсерлі жылдамдықпен алып тастай алады және бірнеше сағаттық өңдеу уақытына жеткілікті берік. Осыған қарамастан, FIB материалды алудың айтарлықтай жылдамдығын қажет етпейтін күрделі үш өлшемді пішіндерді тікелей мезо-өңдеу үшін практикалық. Экспозицияның ұзақтығы мен түсу бұрышы тікелей өңделген элементтердің геометриясына айтарлықтай әсер етуі мүмкін.

 

 

 

Лазерлік мезоөндіріс: Эксимер лазерлері мезоөндіріс үшін қолданылады. Эксимер лазері материалды ультракүлгін сәуленің наносекундтық импульстерімен импульсациялау арқылы өңдейді. Дайындама дәл трансляция сатыларына орнатылады. Контроллер стационарлық ультракүлгін лазер сәулесіне қатысты дайындаманың қозғалысын үйлестіреді және импульстердің атылуын үйлестіреді. Масканы проекциялау әдісін мезоөңдеу геометриясын анықтау үшін пайдалануға болады. Маска сәуленің кеңейген бөлігіне енгізіледі, онда лазердің ағыны масканы түсіру үшін тым төмен. Маска геометриясы объектив арқылы үлкейтіліп, дайындамаға проекцияланады. Бұл тәсілді бір уақытта бірнеше саңылауларды (массивтерді) өңдеу үшін қолдануға болады. Біздің эксимер және YAG лазерлері полимерлерді, керамикаларды, шыныларды және өлшемдері 12 микронға дейінгі металдарды өңдеу үшін пайдаланылуы мүмкін. Ультракүлгін толқын ұзындығы (248 нм) мен лазерлік мезоөндіру/мезоөңдеу кезіндегі дайындама арасындағы жақсы байланыс тік арна қабырғаларына әкеледі. Лазерлік мезо өңдеудің неғұрлым таза тәсілі - Ti-сапфир фемтосекундтық лазерін пайдалану. Мұндай мезоөндіріс процестерінен анықталатын қоқыс нано өлшемді бөлшектер болып табылады. Терең бір микрон өлшемді мүмкіндіктерді фемтосекундтық лазер арқылы микрофабрикалауға болады. Фемтосекундтық лазерлік абляция процесі термиялық абляциялық материалдың орнына атомдық байланыстарды үзуімен ерекше. Фемтосекундтық лазерлік мезо-өңдеу/микроөңдеу процесі мезоөндірісте ерекше орынға ие, өйткені ол таза, микрон қабілетті және материалға тән емес.

 

 

 

Micro-EDM (электроразрядты өңдеу) көмегімен мезоөндіріс: Электроразрядты өңдеу материалды ұшқын эрозиясы арқылы жояды. Біздің micro-EDM машиналарымыз 25 микронға дейінгі мүмкіндіктерді жасай алады. Раковина және сым микро-EDM машинасы үшін мүмкіндік өлшемін анықтауға арналған екі маңызды мәселе - электрод өлшемі және шамадан тыс саңылау. Диаметрі 10 микроннан асатын және бірнеше микроннан асатын электродтар пайдаланылады. Шұңғылша EDM машинасы үшін күрделі геометрияға ие электродты жасау ноу-хауды қажет етеді. Графит те, мыс да электродтық материалдар ретінде танымал. Мезомасштабты бөлікке арналған күрделі шұңғылша EDM электродтарын жасаудың бір тәсілі LIGA процесін пайдалану болып табылады. Мысты электрод материалы ретінде LIGA қалыптарына салуға болады. Содан кейін мыс LIGA электродты тот баспайтын болат немесе ковар сияқты басқа материалдағы бөлікті мезоөндіріс үшін раковиналық EDM машинасына орнатуға болады.

 

 

 

Барлық операциялар үшін бірде-бір мезоөндіріс процесі жеткіліксіз. Кейбір мезо масштабты процестер басқаларға қарағанда кеңірек, бірақ әр процестің өз тауашасы бар. Көбінесе біз механикалық құрамдастардың өнімділігін оңтайландыру үшін әртүрлі материалдарды талап етеміз және тот баспайтын болат сияқты дәстүрлі материалдарға ыңғайлы, өйткені бұл материалдардың ұзақ тарихы бар және жылдар бойы өте жақсы сипатталған. Мезоөндіріс процестері бізге дәстүрлі материалдарды пайдалануға мүмкіндік береді. Субтрактивті мезо масштабты өңдеу технологиялары біздің материалдық базамызды кеңейтеді. Мезоөндірістегі кейбір материал комбинацияларымен жалаңаштау мәселесі болуы мүмкін. Әрбір нақты мезо масштабты өңдеу процесі беттің кедір-бұдыры мен морфологиясына ерекше әсер етеді. Микрофрезерлеу және микротокарлық механикалық ақауларды тудыруы мүмкін саңылаулар мен бөлшектерді тудыруы мүмкін. Micro-EDM ерекше тозу және үйкеліс сипаттамаларына ие қайта өңделген қабат қалдыруы мүмкін. Мезошкала бөліктері арасындағы үйкеліс әсерлері шектеулі байланыс нүктелеріне ие болуы мүмкін және беттік жанасу үлгілерімен дәл үлгіленбейді. Микро-EDM сияқты кейбір мезоөлшемді өңдеу технологиялары әлі де қосымша әзірлеуді қажет ететін фемтосекундтық лазерлік мезоөңдеу сияқты басқаларға қарағанда жеткілікті түрде жетілген.