Mesoscale productie / Mesomanufacturing

Met conventionele productietechnieken produceren we 'macroschaal'-structuren die relatief groot en zichtbaar zijn voor het blote oog. With MESOMANUFACTURING echter produceren we componenten voor miniatuurapparaten. Mesomanufacturing wordt ook wel aangeduid als MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58ININGMESO-MACHINE. Mesomanufacturing overlapt zowel macro- als microfabricage. Voorbeelden van mesoproductie zijn hoortoestellen, stents, hele kleine motortjes.

 

 

 

De eerste benadering in mesoproductie is het verkleinen van macroproductieprocessen. Zo is een piepklein draaibankje met afmetingen in de enkele tientallen millimeters en een motor van 1,5W met een gewicht van 100 gram een goed voorbeeld van mesomanufacturing waarbij downscaling heeft plaatsgevonden. De tweede benadering is het opschalen van microproductieprocessen. LIGA-processen kunnen bijvoorbeeld worden opgeschaald en het domein van de mesoproductie betreden.

 

 

 

Onze mesoproductieprocessen overbruggen de kloof tussen op silicium gebaseerde MEMS-processen en conventionele miniatuurbewerking. Mesoschaalprocessen kunnen twee- en driedimensionale onderdelen fabriceren met micronafmetingen in traditionele materialen zoals roestvrij staal, keramiek en glas. Mesomanufacturing-processen die momenteel voor ons beschikbaar zijn, omvatten sputteren met gefocusseerde ionenbundel (FIB), microfrezen, microdraaien, excimeerlaserablatie, femto-seconde laserablatie en micro-elektro-ontlading (EDM)-bewerking. Deze mesoschaalprocessen maken gebruik van subtractieve bewerkingstechnologieën (dwz materiaalverwijdering), terwijl het LIGA-proces een additief mesoschaalproces is. Mesomanufacturing-processen hebben verschillende mogelijkheden en prestatiespecificaties. Specificaties van de bewerkingsprestaties die van belang zijn, zijn onder meer de minimale afmeting van het kenmerk, de tolerantie van het kenmerk, de locatienauwkeurigheid van het kenmerk, de oppervlakteafwerking en het materiaalverwijderingspercentage (MRR). We hebben de mogelijkheid om elektromechanische componenten te vervaardigen die mesoschaalonderdelen vereisen. De onderdelen op mesoschaal vervaardigd door subtractieve mesoproductieprocessen hebben unieke tribologische eigenschappen vanwege de verscheidenheid aan materialen en de oppervlaktecondities die door de verschillende mesoproductieprocessen worden geproduceerd. Deze subtractieve bewerkingstechnologieën op mesoschaal brengen ons zorgen met betrekking tot netheid, assemblage en tribologie. Reinheid is van vitaal belang bij meso-productie omdat mesoschaal vuil en puindeeltjesgrootte die tijdens het meso-bewerkingsproces worden gecreëerd, vergelijkbaar kunnen zijn met mesoschaalkenmerken. Frezen en draaien op mesoschaal kan spaanders en bramen veroorzaken die gaten kunnen blokkeren. Oppervlaktemorfologie en oppervlakteafwerkingscondities variëren sterk, afhankelijk van de mesoproductiemethode. Mesoscale onderdelen zijn moeilijk te hanteren en uit te lijnen, waardoor montage een uitdaging is die de meeste van onze concurrenten niet kunnen overwinnen. Onze opbrengstpercentages in mesoproductie zijn veel hoger dan die van onze concurrenten, wat ons het voordeel geeft dat we betere prijzen kunnen bieden.

 

 

 

MESOSCALE BEWERKINGSPROCESSEN: Onze belangrijkste mesoproductietechnieken zijn Focused Ion Beam (FIB), microfrezen en microdraaien, meso-laserbewerking, micro-EDM (elektroontladingsbewerking)

 

 

 

Mesoproductie met behulp van gerichte ionenstraal (FIB), microfrezen en microdraaien: de FIB sputtert materiaal van een werkstuk door bombardement met galliumionenbundels. Het werkstuk is gemonteerd op een reeks precisietafels en wordt in een vacuümkamer onder de bron van gallium geplaatst. De translatie- en rotatiefasen in de vacuümkamer maken verschillende locaties op het werkstuk beschikbaar voor de bundel galliumionen voor FIB-mesproductie. Een afstembaar elektrisch veld scant de straal om een vooraf gedefinieerd geprojecteerd gebied te bestrijken. Een hoogspanningspotentiaal zorgt ervoor dat een bron van galliumionen versnelt en botst met het werkstuk. De botsingen verwijderen atomen van het werkstuk. Het resultaat van het FIB meso-bewerkingsproces kan het creëren van bijna verticale facetten zijn. Sommige FIB's die voor ons beschikbaar zijn, hebben een bundeldiameter van slechts 5 nanometer, waardoor de FIB een machine is die geschikt is voor mesoschaal en zelfs voor microschaal. We monteren microfreesgereedschappen op zeer nauwkeurige freesmachines om kanalen in aluminium te bewerken. Met behulp van FIB kunnen we microdraaigereedschappen maken die vervolgens op een draaibank kunnen worden gebruikt om staven met fijne schroefdraad te maken. Met andere woorden, FIB kan worden gebruikt om harde gereedschappen te bewerken, naast het direct meso-bewerken van functies op het eindwerkstuk. Door de lage materiaalverwijderingssnelheid is de FIB onpraktisch geworden voor het direct bewerken van grote objecten. De harde gereedschappen kunnen echter met een indrukwekkende snelheid materiaal verwijderen en zijn duurzaam genoeg voor enkele uren bewerkingstijd. Desalniettemin is de FIB praktisch voor het direct meso-bewerken van complexe driedimensionale vormen die geen substantiële materiaalverwijderingssnelheid vereisen. De lengte van de belichting en de invalshoek kunnen de geometrie van direct bewerkte objecten sterk beïnvloeden.

 

 

 

Laser Mesomanufacturing: Excimerlasers worden gebruikt voor mesomanufacturing. De excimerlaser bewerkt materiaal door het te pulseren met nanoseconde pulsen van ultraviolet licht. Het werkstuk is gemonteerd op precisietranslatietrappen. Een controller coördineert de beweging van het werkstuk ten opzichte van de stationaire UV-laserstraal en coördineert het afvuren van de pulsen. Een maskerprojectietechniek kan worden gebruikt om mesobewerkingsgeometrieën te definiëren. Het masker wordt ingebracht in het geëxpandeerde deel van de bundel waar de laserflux te laag is om het masker te ablateren. De maskergeometrie wordt door de lens vergroot en op het werkstuk geprojecteerd. Deze benadering kan worden gebruikt voor het gelijktijdig bewerken van meerdere gaten (arrays). Onze excimer- en YAG-lasers kunnen worden gebruikt voor het bewerken van polymeren, keramiek, glas en metalen met afmetingen tot 12 micron. Een goede koppeling tussen de UV-golflengte (248 nm) en het werkstuk bij lasermesofabricage / meso-bewerking resulteert in verticale kanaalwanden. Een schonere laser meso-bewerkingsbenadering is het gebruik van een Ti-saffier femtoseconde laser. De detecteerbare brokstukken van dergelijke mesoproductieprocessen zijn deeltjes van nanogrootte. Diepe kenmerken van één micron kunnen worden gemicrofabriceerd met behulp van de femtoseconde laser. Het femtoseconde laserablatieproces is uniek omdat het atomaire bindingen verbreekt in plaats van thermisch ablatiemateriaal. Het femtoseconde laser meso-bewerkings- / microbewerkingsproces heeft een speciale plaats in mesoproductie omdat het schoner is, micron geschikt is en niet materiaalspecifiek is.

 

 

 

Mesofabricage met behulp van Micro-EDM (elektro-ontladingsbewerking): Elektro-ontladingsbewerking verwijdert materiaal door middel van een vonkerosieproces. Onze micro-EDM-machines kunnen functies tot 25 micron produceren. Voor het zinklood en de draad-micro-EDM-machine zijn de twee belangrijkste overwegingen voor het bepalen van de grootte van het kenmerk de grootte van de elektrode en de opening over de zwerver. Er worden elektroden gebruikt met een diameter van iets meer dan 10 micron en over de billen van slechts een paar micron. Het maken van een elektrode met een complexe geometrie voor de zinkvonk-EDM-machine vereist knowhow. Zowel grafiet als koper zijn populair als elektrodematerialen. Een benadering voor het vervaardigen van een gecompliceerde EDM-zinkelektrode voor een onderdeel op mesoschaal is het gebruik van het LIGA-proces. Koper, als elektrodemateriaal, kan in LIGA-mallen worden geplateerd. De koperen LIGA-elektrode kan vervolgens op de zinkvonkmachine worden gemonteerd om een onderdeel in een ander materiaal zoals roestvrij staal of kovar te vervaardigen.

 

 

 

Geen enkel mesoproductieproces is voldoende voor alle operaties. Sommige processen op mesoschaal zijn breder dan andere, maar elk proces heeft zijn eigen niche. Meestal hebben we een verscheidenheid aan materialen nodig om de prestaties van mechanische componenten te optimaliseren en zijn we comfortabel met traditionele materialen zoals roestvrij staal, omdat deze materialen een lange geschiedenis hebben en door de jaren heen zeer goed zijn gekarakteriseerd. Mesoproductieprocessen stellen ons in staat om traditionele materialen te gebruiken. Subtractieve bewerkingstechnologieën op mesoschaal breiden onze materiaalbasis uit. Vergalling kan een probleem zijn bij sommige materiaalcombinaties bij mesofabricage. Elk specifiek bewerkingsproces op mesoschaal heeft een unieke invloed op de oppervlakteruwheid en morfologie. Bij microfrezen en microdraaien kunnen bramen en deeltjes ontstaan die mechanische problemen kunnen veroorzaken. Micro-EDM kan een opnieuw gegoten laag achterlaten die bepaalde slijtage- en wrijvingseigenschappen kan hebben. Wrijvingseffecten tussen mesoschaaldelen hebben mogelijk beperkte contactpunten en worden niet nauwkeurig gemodelleerd door oppervlaktecontactmodellen. Sommige bewerkingstechnologieën op mesoschaal, zoals micro-EDM, zijn redelijk volwassen, in tegenstelling tot andere, zoals mesobewerking met femtoseconde laser, die nog verdere ontwikkeling vereisen.