Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Mat konventionelle Produktiounstechnike produzéiere mir "Makroskala" Strukturen déi relativ grouss sinn a mat bloussem A siichtbar sinn. With MESOMANUFACTURING awer mir produzéiere Komponente fir Miniatur Apparater. Mesomanufacturing gëtt och bezeechent als MESOSCALE MANUFACTURING or_cc74cbb-de-801905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_or_cc74cbb-de-801905-0000000000-000000000000000000000000000000000000000000001 Mesomanufacturing iwwerlappt béid Makro a Mikromanufacturing. Beispiller vu Mesomanufacturing sinn Hörhëllefen, Stents, ganz kleng Motoren.

 

 

 

Déi éischt Approche bei der Mesomanufacturing ass d'Makrofabrikatiounsprozesser erof ze skaléieren. Zum Beispill eng kleng Dréibänk mat Dimensiounen an e puer Dutzend Millimeter an e Motor vun 1.5W mat 100 Gramm ass e gutt Beispill vu Meso-Fabrikatioun wou Downscaling stattfonnt huet. Déi zweet Approche ass d'Mikroproduktiounsprozesser opzebauen. Als Beispill kënnen LIGA Prozesser upskaléiert ginn an an d'Räich vun der Mesomanufacturing kommen.

 

 

 

Eis Meso-Fabrikatiounsprozesser iwwerbrécken d'Lück tëscht Silizium-baséiert MEMS Prozesser a konventionell Miniaturveraarbechtung. Mesoscale Prozesser kënnen zwee an dreidimensional Deeler fabrizéiert mat Mikrongréisst Featuren an traditionelle Materialien wéi Edelstol, Keramik a Glas. Meso-Fabrikatiounsprozesser, déi momentan fir eis verfügbar sinn, enthalen fokusséiert Ionenstrahl (FIB) Sputtering, Mikro-Fräsen, Mikro-Dréien, Excimer Laser Ablatioun, Femto-Second Laser Ablatioun, a Mikro Elektro-Entladung (EDM) Bearbechtung. Dës mesoscale Prozesser benotzen subtraktive Bearbechtungstechnologien (dh Materialentfernung), wärend de LIGA Prozess en additiv mesoscale Prozess ass. Mesomanufacturing Prozesser hu verschidde Fäegkeeten a Performance Spezifikatioune. D'Bearbeitungsleistungsspezifikatioune vun Interesse enthalen Minimum Featuregréisst, Feature Toleranz, Feature Location Genauegkeet, Surface Finish, a Material Removal Rate (MRR). Mir hunn d'Fäegkeet fir elektromechanesch Komponenten ze produzéieren déi mesoskala Deeler erfuerderen. Déi mesoscale Deeler fabrizéiert duerch subtraktive mesomanufacturing Prozesser hunn eenzegaarteg tribological Eegeschafte wéinst der Villfalt vu Materialien an der Uewerfläch Konditiounen produzéiert vun de verschiddene mesomanufacturing Prozesser. Dës subtraktiv Mesoscale Bearbeitungstechnologien bréngen eis Bedenken am Zesummenhang mat Propretéit, Montage an Tribologie. Propretéit ass wesentlech an der Meso-Fabrikatioun well mesoscale Dreck a Schuttpartikelgréisst erstallt wärend dem Meso-Machineprozess kënne mat mesoscale Feature vergläichbar sinn. Mesoscale milling a dréien kann Chips a burrs schafen, datt Lächer blockéiere kënnen. Uewerflächemorphologie an Uewerflächefinanzbedingunge variéiere staark ofhängeg vun der Meso-Fabrikatiounsmethod. Mesoscale Deeler si schwéier ze handhaben an ausriichten, wat d'Versammlung eng Erausfuerderung mécht déi déi meescht vun eise Konkurrenten net fäeg sinn ze iwwerwannen. Eis Ausbezuelungsraten an der Mesomanufacturing si vill méi héich wéi eis Konkurrenten, wat eis de Virdeel gëtt fir besser Präisser ze bidden.

 

 

 

MESOSCALE MACHINING PROCESSEN: Eis grouss Meso-Fabrikatiounstechnike si Focused Ion Beam (FIB), Micro-milling, & Micro-turning, Laser Meso-Machining, Micro-EDM (Elektro-Entladungsmachining)

 

 

 

Mesomanufacturing mat fokusséierten Ionenstrahl (FIB), Mikro-Fräsen, & Mikro-dréinen: De FIB sputtert Material aus engem Werkstéck duerch Gallium-Ionstrahlbombardement. D'Werkstéck ass op eng Rei vu Präzisiounsstadien montéiert a gëtt an enger Vakuumkammer ënner der Quell vu Gallium plazéiert. D'Iwwersetzungs- an d'Rotatiounsstadien an der Vakuumkammer maachen verschidde Plazen op der Aarbechtsstéck zur Verfügung fir de Strahl vu Galliumionen fir FIB Mesomanufacturing. En ofstëmmt elektrescht Feld scannt de Strahl fir e virdefinéiert projizéiert Gebitt ze decken. En Héichspannungspotenzial verursaacht eng Quell vu Galliumionen fir ze beschleunegen a mat dem Aarbechtsstéck kollidéieren. D'Kollisiounen streiden Atomer aus dem Aarbechtsstéck ewech. D'Resultat vum FIB Meso-Machining Prozess kann d'Schafung vun enger no vertikaler Facette sinn. E puer FIBs, déi fir eis verfügbar sinn, hunn Strahlen Duerchmiesser esou kleng wéi 5 Nanometer, wat de FIB eng mesoscale a souguer mikroskala fähig Maschinn mécht. Mir montéieren Mikro-Fräsinstrumenter op héichpräzis Fräsmaschinne fir Kanäl an Aluminium ze maschinen. Mat FIB kënne mir Mikro-Dreende Tools fabrizéieren, déi dann op enger Dréibänk benotzt kënne fir fein threaded Staang ze fabrizéieren. An anere Wierder, FIB kann benotzt ginn fir schwéier Tooling nieft direkt Meso-Machining Features op d'Ennwierkstéck ze bearbeen. De luesen Materialentfernungsquote huet de FIB als onpraktesch gemaach fir direkt grouss Features ze bearbeiten. Déi haart Tools kënnen awer Material mat engem impressionnanten Taux erofhuelen a si haltbar genuch fir e puer Stonnen Bearbechtungszäit. Trotzdem ass de FIB praktesch fir direkt meso-machining komplex dreidimensional Formen déi net e wesentleche Materialentfernungsquote erfuerderen. D'Längt vun der Belaaschtung an de Wénkel vun der Inzidenz kënnen d'Geometrie vun direkt machinéierten Features staark beaflossen.

 

 

 

Laser Mesomanufacturing: Excimer Laser gi fir Mesomanufacturing benotzt. Den Excimer Laser maschinn Material andeems se et mat Nanosekonnen Impulser vun ultraviolet Liicht pulséieren. D'Aarbechtsstéck ass op Präzisioun Iwwersetzungsstadien montéiert. E Controller koordinéiert d'Bewegung vum Aarbechtsstéck relativ zum stationären UV-Laserstrahl a koordinéiert d'Feier vun den Impulser. Eng Maskprojektiounstechnik kann benotzt ginn fir Meso-Machining Geometrien ze definéieren. D'Mask gëtt an den erweiderten Deel vum Strahl agebaut, wou d'Laserfluenz ze niddreg ass fir d'Mask ofzebauen. D'Maskegeometrie gëtt duerch d'Objektiv de-vergréissert an op d'Aarbechtsstéck projizéiert. Dës Approche kann benotzt ginn fir verschidde Lächer (Arrays) gläichzäiteg ze bearbeen. Eis Excimer- an YAG-Laser kënne benotzt ginn fir Polymeren, Keramik, Glas a Metalle mat Featuregréissten esou kleng wéi 12 Mikron ze maschinen. Gutt Kupplung tëscht der UV Wellelängt (248 nm) an dem Werkstéck bei Laser Meso-Fabrikatioun / Meso-Machining Resultater zu vertikalen Kanalmaueren. Eng méi propper Laser Meso-Machining Approche ass en Ti-Saphir Femtosecond Laser ze benotzen. Den detektéierbare Schutt aus esou Meso-Fabrikatiounsprozesser sinn Nano-Gréisst Partikelen. Deep One Micron-Gréisst Feature kënne mikrofabrizéiert ginn mat dem Femtosecond Laser. De Femtosecond Laser Ablatiounsprozess ass eenzegaarteg datt et atomar Bindungen brécht anstatt thermesch Ablatmaterial. De Femtosecond Laser Meso-Machining / Micromachining Prozess huet eng speziell Plaz an der Mesomanufacturing well et méi propper ass, Mikronfäeg ass, an et ass net materiell spezifesch.

 

 

 

Mesomanufacturing mat Micro-EDM (Elektro-Entladungsmachining): Elektro-Entladungsmachining läscht Material duerch e Sparkerosiounsprozess. Eis Mikro-EDM Maschinnen kënnen Features esou kleng wéi 25 Mikron produzéieren. Fir d'Sinker an den Drot Mikro-EDM Maschinn sinn déi zwee grouss Considératiounen fir d'Fonktiounsgréisst ze bestëmmen d'Elektrodengréisst an d'Over-Bum Spalt. Elektroden wéineg iwwer 10 Mikron am Duerchmiesser an iwwer-Bum sou wéineg wéi e puer Mikron gi benotzt. D'Erstelle vun enger Elektrode mat enger komplexer Geometrie fir d'Sinker EDM Maschinn erfuerdert Know-how. Béid Grafit a Kupfer si populär als Elektrodenmaterialien. Eng Approche fir eng komplizéiert Sinker EDM Elektrode fir e mesoscale Deel ze fabrizéieren ass de LIGA Prozess ze benotzen. Kupfer, als Elektrodenmaterial, kann a LIGA Schimmel placéiert ginn. D'Kupfer LIGA Elektrode kann dann op d'Sinker EDM Maschinn montéiert ginn fir en Deel an engem anere Material wéi Edelstol oder Kovar ze produzéieren.

 

 

 

Keen Meso-Fabrikatiounsprozess ass genuch fir all Operatiounen. E puer mesoscale Prozesser si méi breet wéi anerer, awer all Prozess huet seng Nisch. Déi meescht vun der Zäit brauche mir eng Vielfalt vu Materialien fir d'Performance vu mechanesche Komponenten ze optimiséieren a si bequem mat traditionelle Materialien wéi Edelstol, well dës Materialien eng laang Geschicht hunn a ganz gutt duerch d'Jore charakteriséiert goufen. Mesomanufacturing Prozesser erlaben eis traditionell Materialien ze benotzen. Subtraktive Mesoscale Bearbechtungstechnologien erweideren eis Materialbasis. Galling kann en Thema sinn mat e puer Materialkombinatiounen an der Mesofabrikatioun. All speziell mesoscale Bearbechtungsprozess beaflosst eenzegaarteg d'Uewerflächrauheet an d'Morphologie. Mikro-Fräsen a Mikro-dréinen kënnen Burrs a Partikelen generéieren déi mechanesch Probleemer verursaachen. Micro-EDM kann eng ëmgebaute Schicht hannerloossen déi besonnesch Verschleiß- a Reibungseigenschaften hunn. Reibungseffekter tëscht mesoscale Deeler kënnen limitéiert Kontaktpunkte hunn a sinn net präzis modelléiert vun Uewerflächekontaktmodeller. E puer mesoscale Bearbeitungstechnologien, wéi Mikro-EDM, sinn zimlech reift, am Géigesaz zu aneren, wéi Femtosecond Laser Meso-Machining, déi nach ëmmer zousätzlech Entwécklung erfuerderen.