Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Med konvensjonelle produksjonsteknikker produserer vi "makroskala" strukturer som er relativt store og synlige for det blotte øye. With MESOMANUFACTURING men vi produserer komponenter for miniatyrenheter. Mesomanufacturing er også referert til som MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781900-31b-5cf58d_or_cc781905-31b-5cf58d_or_cc781905-31b3b-581905-31b-581900-31b-581900-31b-501900-31b-501900-31b-501900-31b-501900-31b-501900-31b-501905-31b-501905-31b-5000-31b Mesomproduksjon overlapper både makro- og mikroproduksjon. Eksempler på mesofremstilling er høreapparater, stenter, veldig små motorer.

 

 

 

Den første tilnærmingen i mesomanufacturing er å skalere makroproduksjonsprosesser ned. For eksempel er en bitteliten dreiebenk med dimensjoner på noen få titalls millimeter og en motor på 1,5W som veier 100 gram et godt eksempel på mesoproduksjon hvor nedskalering har funnet sted. Den andre tilnærmingen er å skalere opp mikroproduksjonsprosesser. Som et eksempel kan LIGA-prosesser oppskaleres og gå inn i riket av mesomanufacturing.

 

 

 

Mesomproduksjonsprosessene våre bygger bro mellom silisiumbaserte MEMS-prosesser og konvensjonell miniatyrbearbeiding. Mesoskala prosesser kan fremstille to- og tredimensjonale deler med mikronstørrelsestrekk i tradisjonelle materialer som rustfritt stål, keramikk og glass. Mesomproduksjonsprosesser som for tiden er tilgjengelige for oss inkluderer sputtering med fokusert ionestråle (FIB), mikrofresing, mikrodreiing, excimer-laserablasjon, femto-sekund laserablasjon og mikroelektro-utladning (EDM) maskinering. Disse mesoskala-prosessene bruker subtraktive maskineringsteknologier (dvs. materialfjerning), mens LIGA-prosessen er en additiv mesoskala-prosess. Mesomproduksjonsprosesser har forskjellige egenskaper og ytelsesspesifikasjoner. Bearbeidingsytelsesspesifikasjoner av interesse inkluderer minimum funksjonsstørrelse, funksjonstoleranse, funksjonsplasseringsnøyaktighet, overflatefinish og materialfjerningshastighet (MRR). Vi har evnen til å produsere elektromekaniske komponenter som krever mesoskala-deler. Mesoskala-delene fremstilt ved subtraktive mesofremstillingsprosesser har unike tribologiske egenskaper på grunn av mangfoldet av materialer og overflateforholdene som produseres av de forskjellige mesofremstillingsprosessene. Disse subtraktive mesoskala maskineringsteknologiene gir oss bekymringer knyttet til renslighet, montering og tribologi. Renslighet er avgjørende i meso-produksjon fordi mesoskala smuss og ruskpartikkelstørrelse som dannes under meso-maskineringsprosessen kan sammenlignes med mesoscale-funksjoner. Fresing og dreiing i mesoskala kan skape spon og grader som kan blokkere hull. Overflatemorfologi og overflatefinishforhold varierer sterkt avhengig av mesofremstillingsmetoden. Mesoscale deler er vanskelige å håndtere og justere, noe som gjør montering til en utfordring som de fleste av våre konkurrenter ikke klarer å overvinne. Våre yield rater i mesomanufacturing er langt høyere enn våre konkurrenter, noe som gir oss fordelen av å kunne tilby bedre priser.

 

 

 

MESOSCALE MASKINERINGSPROSESSER: Våre viktigste mesofremstillingsteknikker er Focused Ion Beam (FIB), mikrofresing og mikrodreiing, laser meso-maskinering, Micro-EDM (elektro-utladningsmaskinering)

 

 

 

Mesomproduksjon ved bruk av fokusert ionstråle (FIB), mikrofresing og mikrodreiing: FIB sputter materiale fra et arbeidsstykke ved bombardement av galliumionestråler. Arbeidsstykket er montert på et sett med presisjonstrinn og er plassert i et vakuumkammer under kilden til gallium. Translasjons- og rotasjonstrinnene i vakuumkammeret gjør forskjellige steder på arbeidsstykket tilgjengelige for strålen av galliumioner for FIB-mesomproduksjon. Et avstembart elektrisk felt skanner strålen for å dekke et forhåndsdefinert projisert område. Et høyspenningspotensial får en kilde til galliumioner til å akselerere og kollidere med arbeidsstykket. Kollisjonene fjerner atomer fra arbeidsstykket. Resultatet av FIB meso-bearbeidingsprosessen kan være etableringen av nesten vertikale fasetter. Noen FIB-er som er tilgjengelige for oss har strålediametre så små som 5 nanometer, noe som gjør FIB til en maskin med mesoskala og til og med mikroskala. Vi monterer mikrofreseverktøy på høypresisjonsfresemaskiner for å bearbeide kanaler i aluminium. Ved å bruke FIB kan vi fremstille mikrodreieverktøy som deretter kan brukes på en dreiebenk for å fremstille fingjengede stenger. Med andre ord kan FIB brukes til å maskinere hardt verktøy i tillegg til direkte meso-bearbeiding på endearbeidsstykket. Den langsomme materialfjerningshastigheten har gjort FIB så upraktisk for direkte maskinering av store deler. De harde verktøyene kan imidlertid fjerne materiale med en imponerende hastighet og er holdbare nok til flere timers maskineringstid. Likevel er FIB praktisk for direkte meso-bearbeiding av komplekse tredimensjonale former som ikke krever en betydelig materialfjerningshastighet. Eksponeringslengden og innfallsvinkelen kan i stor grad påvirke geometrien til direkte maskinerte funksjoner.

 

 

 

Laser Mesomanufacturing: Excimer lasere brukes til mesomanufacturing. Excimer-laseren maskinerer materiale ved å pulsere det med nanosekundpulser av ultrafiolett lys. Arbeidsstykket er montert til presisjons translasjonstrinn. En kontroller koordinerer arbeidsstykkets bevegelse i forhold til den stasjonære UV-laserstrålen og koordinerer avfyringen av pulsene. En maskeprojeksjonsteknikk kan brukes til å definere meso-maskingeometrier. Masken settes inn i den utvidede delen av strålen der laserfluensen er for lav til å fjerne masken. Maskegeometrien forstørres gjennom linsen og projiseres på arbeidsstykket. Denne tilnærmingen kan brukes til å bearbeide flere hull (matriser) samtidig. Våre excimer- og YAG-lasere kan brukes til å maskinere polymerer, keramikk, glass og metaller med funksjonsstørrelser så små som 12 mikron. God kobling mellom UV-bølgelengden (248 nm) og arbeidsstykket i laser mesofremstilling / meso-maskinering resulterer i vertikale kanalvegger. En renere laser meso-maskinering tilnærming er å bruke en Ti-sapphire femtosekund laser. Det detekterbare rusk fra slike mesofremstillingsprosesser er partikler i nanostørrelse. Dype funksjoner på én mikron kan mikrofabrikeres ved hjelp av femtosekundlaseren. Femtosekund laserablasjonsprosessen er unik ved at den bryter atombindinger i stedet for termisk ablasjonsmateriale. Femtosekund laser meso-maskinbearbeiding / mikrobearbeidingsprosessen har en spesiell plass i mesofremstilling fordi den er renere, mikron i stand, og den er ikke materialspesifikk.

 

 

 

Mesomproduksjon ved bruk av Micro-EDM (elektro-utladningsmaskinering): Elektroutladningsmaskinering fjerner materiale gjennom en gnisterosjonsprosess. Våre mikro-EDM-maskiner kan produsere funksjoner så små som 25 mikron. For søkke- og wire-mikro-EDM-maskinen er de to hovedhensynene for å bestemme funksjonsstørrelsen elektrodestørrelsen og over-bum-gapet. Elektroder som er litt over 10 mikron i diameter og overkropper så lite som noen få mikron brukes. Å lage en elektrode med en kompleks geometri for sinker EDM-maskinen krever kunnskap. Både grafitt og kobber er populære som elektrodematerialer. En tilnærming til å lage en komplisert sinker EDM-elektrode for en mesoskala del er å bruke LIGA-prosessen. Kobber, som elektrodemateriale, kan belegges i LIGA-former. Kobber LIGA-elektroden kan deretter monteres på sinker-EDM-maskinen for mesofremstilling av en del i et annet materiale som rustfritt stål eller kovar.

 

 

 

Ingen mesofremstillingsprosess er tilstrekkelig for alle operasjoner. Noen mesoskala-prosesser er mer omfattende enn andre, men hver prosess har sin nisje. Mesteparten av tiden krever vi en rekke materialer for å optimere ytelsen til mekaniske komponenter og er komfortable med tradisjonelle materialer som rustfritt stål fordi disse materialene har en lang historie og har vært veldig godt karakterisert gjennom årene. Mesomproduksjonsprosesser lar oss bruke tradisjonelle materialer. Subtraktive maskineringsteknologier i mesoskala utvider materialbasen vår. Galling kan være et problem med enkelte materialkombinasjoner i mesoproduksjon. Hver spesiell maskineringsprosess i mesoskala påvirker overflatens ruhet og morfologi unikt. Mikrofresing og mikrodreiing kan generere grader og partikler som kan forårsake mekaniske problemer. Micro-EDM kan etterlate et omstøpt lag som kan ha spesielle slitasje- og friksjonsegenskaper. Friksjonseffekter mellom deler i mesoskala kan ha begrensede kontaktpunkter og er ikke nøyaktig modellert av overflatekontaktmodeller. Noen mesoscale maskineringsteknologier, for eksempel mikro-EDM, er ganske modne, i motsetning til andre, for eksempel femtosekund laser meso-maskining, som fortsatt krever ytterligere utvikling.