Mesoscale 제조 / Mesomanufacturing

기존의 생산 기술을 사용하여 우리는 육안으로 볼 수 있는 비교적 크고 "거시적" 구조를 생산합니다. With MESOMANUFACTURING 하지만 우리는 소형 장치용 부품을 생산합니다. 메소제조는  MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781905라고도 합니다. 메소제조는 매크로 제조와 마이크로 제조 모두를 겹칩니다. 메조제작의 예로는 보청기, 스텐트, 초소형 모터가 있습니다.

 

 

 

중간 제조의 첫 번째 접근 방식은 거대 제조 프로세스를 축소하는 것입니다. 예를 들어 치수가 수십 밀리미터이고 무게가 1.5W인 모터가 100그램인 작은 선반은 축소가 발생한 중간 제조의 좋은 예입니다. 두 번째 접근 방식은 미세 제조 프로세스를 확장하는 것입니다. 예를 들어 LIGA 프로세스는 확장되어 메소제조의 영역에 들어갈 수 있습니다.

 

 

 

당사의 중간 제조 공정은 실리콘 기반 MEMS 공정과 기존의 소형 기계 가공 사이의 격차를 해소하고 있습니다. Mesoscale 공정은 스테인리스 스틸, 세라믹 및 유리와 같은 기존 재료에서 미크론 크기 기능을 갖는 2차원 및 3차원 부품을 제작할 수 있습니다. 현재 우리가 사용할 수 있는 메소제조 공정에는 집속 이온 빔(FIB) 스퍼터링, 마이크로 밀링, 마이크로 터닝, 엑시머 레이저 절제, 펨토초 레이저 절제 및 마이크로 전자 방전(EDM) 가공이 포함됩니다. 이러한 중간 규모 공정은 절삭 가공 기술(즉, 재료 제거)을 사용하는 반면, LIGA 공정은 적층 중간 규모 공정입니다. 중간 제조 공정은 기능과 성능 사양이 다릅니다. 관심 있는 가공 성능 사양에는 최소 형상 크기, 형상 공차, 형상 위치 정확도, 표면 마감 및 재료 제거율(MRR)이 포함됩니다. 우리는 중간 규모 부품이 필요한 전기 기계 부품을 중간 제조할 수 있는 능력을 보유하고 있습니다. Subtractive mesomanufacturing 공정으로 제작된 mesoscale 부품은 다양한 mesomanufacturing 공정에서 생성되는 다양한 재료와 표면 조건으로 인해 고유한 마찰 특성을 갖습니다. 이러한 빼기 메조스케일 가공 기술은 청결, 조립 및 마찰과 관련된 문제를 야기합니다. 메조 가공 공정 중에 생성되는 메조 스케일 먼지 및 파편 입자 크기가 메조 스케일 기능과 비슷할 수 있기 때문에 청결은 메조 제조에서 매우 중요합니다. 중간 규모 밀링 및 터닝은 구멍을 막을 수 있는 칩과 버를 생성할 수 있습니다. 메조제작 방식에 따라 표면 형태와 표면 마감 조건이 크게 달라집니다. 중규모 부품은 다루기 어렵고 정렬하기가 어렵기 때문에 대부분의 경쟁업체가 극복할 수 없는 조립을 어렵게 만듭니다. 메소제조의 수율은 경쟁사보다 훨씬 높기 때문에 더 나은 가격을 제공할 수 있다는 이점이 있습니다.

 

 

 

MESOSCALE 가공 공정: 당사의 주요 메조 제조 기술은 집속 이온 빔(FIB), 마이크로 밀링 및 마이크로 터닝, 레이저 메조 가공, 마이크로 EDM(전기 방전 가공)입니다.

 

 

 

FIB(집속 이온 빔), 마이크로 밀링 및 마이크로 터닝을 사용한 메조 제조: FIB는 갈륨 이온 빔 충격에 의해 공작물에서 재료를 스퍼터링합니다. 공작물은 정밀 스테이지 세트에 장착되고 갈륨 소스 아래의 진공 챔버에 배치됩니다. 진공 챔버의 변환 및 회전 단계는 FIB 메소제조를 위해 갈륨 이온 빔에 사용할 수 있는 공작물의 다양한 위치를 만듭니다. 조정 가능한 전기장은 미리 정의된 투영 영역을 덮기 위해 빔을 스캔합니다. 고전압 전위로 인해 갈륨 이온 소스가 가속되어 공작물과 충돌합니다. 충돌은 공작물에서 원자를 제거합니다. FIB 메조 머시닝 프로세스의 결과는 거의 수직면을 생성할 수 있습니다. 우리가 사용할 수 있는 일부 FIB는 5나노미터만큼 작은 빔 직경을 가지므로 FIB를 중간 규모 및 심지어 마이크로 규모의 기계로 만들 수 있습니다. 우리는 고정밀 밀링 머신에 마이크로 밀링 도구를 장착하여 알루미늄 채널을 가공합니다. FIB를 사용하여 우리는 미세 선삭 로드를 제작하기 위해 선반에서 사용할 수 있는 마이크로 터닝 도구를 제작할 수 있습니다. 즉, FIB는 최종 공작물에 직접 메조 머시닝 기능 외에 하드 툴링을 기계가공하는 데 사용할 수 있습니다. 재료 제거 속도가 느리기 때문에 FIB는 큰 형상을 직접 가공하는 데 비실용적입니다. 그러나 경공구는 재료를 인상적인 속도로 제거할 수 있으며 몇 시간의 가공 시간 동안 충분히 내구성이 있습니다. 그럼에도 불구하고 FIB는 실질적인 재료 제거율이 필요하지 않은 복잡한 3차원 형상을 직접 메조 가공하는 데 실용적입니다. 노출 길이와 입사각은 직접 가공된 형상의 형상에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

 

 

 

레이저 메조 제조: 엑시머 레이저는 메조 제조에 사용됩니다. 엑시머 레이저는 나노초 펄스의 자외선 펄스로 재료를 가공합니다. 공작물은 정밀 병진 단계에 장착됩니다. 컨트롤러는 고정된 UV 레이저 빔에 대한 작업 조각의 움직임을 조정하고 펄스의 발사를 조정합니다. 마스크 투영 기술을 사용하여 메조 가공 형상을 정의할 수 있습니다. 마스크는 레이저 플루언스가 너무 낮아 마스크를 제거할 수 없는 빔의 확장된 부분에 삽입됩니다. 마스크 형상은 렌즈를 통해 축소되고 작업물에 투영됩니다. 이 접근 방식은 여러 구멍(어레이)을 동시에 가공하는 데 사용할 수 있습니다. 당사의 엑시머 및 YAG 레이저는 12미크론만큼 작은 피처 크기를 갖는 폴리머, 세라믹, 유리 및 금속을 가공하는 데 사용할 수 있습니다. UV 파장(248nm)과 레이저 메조가공/메조 머시닝에서 공작물 사이의 우수한 결합은 수직 채널 벽을 생성합니다. 보다 깨끗한 레이저 메조 가공 방식은 Ti-sapphire 펨토초 레이저를 사용하는 것입니다. 이러한 중간 제조 공정에서 검출 가능한 파편은 나노 크기의 입자입니다. 펨토초 레이저를 사용하여 깊은 1미크론 크기의 피처를 미세 가공할 수 있습니다. 펨토초 레이저 절제 공정은 열적 절제 재료 대신 원자 결합을 끊는다는 점에서 독특합니다. 펨토초 레이저 메조 머시닝/마이크로 머시닝 공정은 더 깨끗하고 미크론이 가능하며 재료에 따라 달라지지 않기 때문에 메조 제조에서 특별한 위치를 차지합니다.

 

 

 

Micro-EDM을 이용한 메조제작(Electro-Discharge Machining): 방전가공은 스파크 침식 공정을 통해 재료를 제거합니다. 당사의 마이크로 EDM 기계는 25미크론의 작은 형상을 생산할 수 있습니다. 싱커 및 와이어 마이크로 EDM 기계의 경우 피쳐 크기를 결정하기 위한 두 가지 주요 고려 사항은 전극 크기와 오버범 갭입니다. 직경이 10미크론을 조금 넘고 수 미크론 정도의 오버범(over-bum)이 사용되는 전극이 사용됩니다. 싱커 방전가공기를 위한 복잡한 형상의 전극을 생성하려면 노하우가 필요합니다. 흑연과 구리는 모두 전극 재료로 널리 사용됩니다. 중간 규모 부품에 대한 복잡한 싱커 EDM 전극을 제조하는 한 가지 접근 방식은 LIGA 공정을 사용하는 것입니다. 전극 재료인 구리는 LIGA 몰드에 도금될 수 있습니다. 그런 다음 구리 LIGA 전극을 싱커 EDM 기계에 장착하여 스테인리스 스틸 또는 코바르와 같은 다른 재료로 부품을 메조 제조할 수 있습니다.

 

 

 

모든 작업에 하나의 메조 제조 프로세스가 충분하지 않습니다. 일부 중간 규모 프로세스는 다른 프로세스보다 더 광범위하지만 각 프로세스에는 틈새 시장이 있습니다. 대부분의 경우 기계 구성 요소의 성능을 최적화하기 위해 다양한 재료가 필요하며 스테인리스 스틸과 같은 기존 재료는 오랜 역사를 가지고 있고 수년 동안 매우 잘 특성화되어 왔기 때문에 편안합니다. 메조제작 공정을 통해 우리는 전통적인 재료를 사용할 수 있습니다. 빼기 중간 규모 가공 기술은 재료 기반을 확장합니다. 골링은 메소제조의 일부 재료 조합에서 문제가 될 수 있습니다. 각각의 특정 중간 규모 가공 공정은 표면 거칠기와 형태에 고유한 영향을 미칩니다. 마이크로 밀링 및 마이크로 터닝은 기계적 문제를 일으킬 수 있는 버와 입자를 생성할 수 있습니다. Micro-EDM은 특정 마모 및 마찰 특성을 가질 수 있는 재주조 층을 남길 수 있습니다. 중간 규모 부품 간의 마찰 효과는 제한된 접촉 지점을 가질 수 있으며 표면 접촉 모델에 의해 정확하게 모델링되지 않습니다. 마이크로 EDM과 같은 일부 중간 규모 가공 기술은 여전히 추가 개발이 필요한 펨토초 레이저 메조 가공과 같은 다른 기술과 달리 상당히 성숙했습니다.