Produkcja w mezoskali / Mezoprodukcja

Dzięki konwencjonalnym technikom produkcyjnym wytwarzamy struktury „w makroskali”, które są stosunkowo duże i widoczne gołym okiem. With MESOMANUFACTURING jednak produkujemy komponenty do miniaturowych urządzeń. Mezoprodukcja jest również określana jako MESOSCALE MANUFACTURING or MESO-MACHINING. Mezoprodukcja pokrywa się zarówno z makro, jak i mikroprodukcją. Przykładami mezoprodukcji są aparaty słuchowe, stenty, bardzo małe silniki.

 

 

 

Pierwszym podejściem w mezoprodukcji jest skalowanie procesów makroprodukcji w dół. Na przykład maleńka tokarka o wymiarach kilkudziesięciu milimetrów i silniku 1,5W o wadze 100 gramów jest dobrym przykładem mezoprodukcji, w której nastąpiło downscaling. Drugim podejściem jest zwiększenie skali procesów mikroprodukcyjnych. Na przykład procesy LIGA mogą zostać przeskalowane i wejść w sferę mezoprodukcji.

 

 

 

Nasze procesy mezoprodukcji wypełniają lukę między krzemowymi procesami MEMS a konwencjonalną obróbką miniaturową. Procesy mezoskalowe mogą wytwarzać dwu- i trójwymiarowe części o cechach wielkości mikronów w tradycyjnych materiałach, takich jak stal nierdzewna, ceramika i szkło. Obecnie dostępne dla nas procesy mezoprodukcji obejmują napylanie skupioną wiązką jonów (FIB), mikro-frezowanie, mikrotoczenie, ablację laserem ekscymerowym, ablację laserem femtosekundowym oraz obróbkę mikroelektrodą (EDM). Te procesy mezoskalowe wykorzystują subtraktywne technologie obróbki (tj. usuwanie materiału), podczas gdy proces LIGA jest addytywnym procesem mezoskalowym. Procesy mezoprodukcji mają różne możliwości i specyfikacje wydajności. Interesujące specyfikacje wydajności obróbki obejmują minimalny rozmiar elementu, tolerancję elementu, dokładność lokalizacji elementu, wykończenie powierzchni i szybkość usuwania materiału (MRR). Mamy możliwość mezoprodukcji elementów elektromechanicznych, które wymagają części mezoskalowych. Części mezoskalowe wytwarzane w procesach subtraktywnej mezoprodukcji mają wyjątkowe właściwości trybologiczne ze względu na różnorodność materiałów i warunki powierzchni wytwarzane w różnych procesach mezoprodukcji. Te subtraktywne technologie obróbki w mezoskali budzą obawy związane z czystością, montażem i trybologią. Czystość jest niezbędna w produkcji mezoskalowej, ponieważ wielkość cząstek brudu i szczątków powstających w procesie mezoskalowania może być porównywalna z cechami mezoskalowymi. Frezowanie i toczenie w mezoskali może powodować powstawanie wiórów i zadziorów, które mogą blokować otwory. Morfologia powierzchni i warunki wykończenia powierzchni różnią się znacznie w zależności od metody mezoprodukcji. Części mezoskalowe są trudne w obsłudze i wyrównaniu, co sprawia, że montaż jest wyzwaniem, którego większość naszych konkurentów nie jest w stanie sprostać. Nasze wskaźniki wydajności w mezoprodukcji są znacznie wyższe niż u naszych konkurentów, co daje nam przewagę w postaci możliwości zaoferowania lepszych cen.

 

 

 

PROCESY OBRÓBKI MESOSKALOWEJ: Nasze główne techniki mezoprodukcyjne to Focused Ion Beam (FIB), mikro-frezowanie i mikro-toczenie, mezo-obróbka laserowa, mikro-EDM (obróbka elektroerozyjne)

 

 

 

Mezoprodukcja z wykorzystaniem skupionej wiązki jonów (FIB), mikrofrezowanie i mikrotoczenie: FIB rozpyla materiał z przedmiotu obrabianego przez bombardowanie wiązką jonów galu. Obrabiany przedmiot jest montowany do zestawu precyzyjnych stopni i umieszczany w komorze próżniowej pod źródłem galu. Etapy translacji i rotacji w komorze próżniowej udostępniają różne miejsca na obrabianym przedmiocie wiązce jonów galu do mezoprodukcji FIB. Przestrajalne pole elektryczne skanuje wiązkę, aby pokryć wstępnie zdefiniowany projektowany obszar. Potencjał wysokiego napięcia powoduje, że źródło jonów galu przyspiesza i zderza się z obrabianym przedmiotem. Zderzenia usuwają atomy z obrabianego przedmiotu. Wynikiem procesu mezo-obróbki FIB może być stworzenie prawie pionowych ścianek. Niektóre dostępne dla nas FIB mają średnice wiązki tak małe, jak 5 nanometrów, dzięki czemu FIB jest maszyną zdolną do mezoskali, a nawet mikroskali. Do obróbki kanałów z aluminium montujemy narzędzia mikrofrezujące na precyzyjnych frezarkach. Za pomocą FIB możemy wytwarzać narzędzia do mikrotoczenia, które następnie można wykorzystać na tokarce do wytwarzania prętów z drobnym gwintem. Innymi słowy, FIB może być używany do obróbki twardych oprzyrządowania poza bezpośrednimi elementami obróbki mezo na końcowym przedmiocie obrabianym. Niska szybkość usuwania materiału sprawiła, że FIB jest niepraktyczny do bezpośredniej obróbki dużych elementów. Twarde narzędzia potrafią jednak usuwać materiał z imponującą szybkością i są wystarczająco trwałe na kilka godzin obróbki. Niemniej jednak FIB jest praktyczny do bezpośredniej obróbki mezo skomplikowanych trójwymiarowych kształtów, które nie wymagają znacznej szybkości usuwania materiału. Długość ekspozycji i kąt padania mogą mieć duży wpływ na geometrię elementów obrabianych bezpośrednio.

 

 

 

Mezoprodukcja laserowa: Lasery ekscymerowe są używane do mezoprodukcji. Laser ekscymerowy obrabia materiał, pulsując go nanosekundowymi impulsami światła ultrafioletowego. Obrabiany przedmiot jest montowany na precyzyjnych stopniach translacyjnych. Sterownik koordynuje ruch przedmiotu obrabianego względem stacjonarnej wiązki lasera UV i koordynuje wystrzeliwanie impulsów. Do zdefiniowania geometrii mezo-obróbki można użyć techniki projekcji maski. Maskę wkłada się w rozszerzoną część wiązki, gdzie fluencja lasera jest zbyt niska, aby dokonać ablacji maski. Geometria maski jest zmniejszana przez soczewkę i rzutowana na obrabiany przedmiot. To podejście może być stosowane do jednoczesnej obróbki wielu otworów (tablic). Nasze lasery excimerowe i YAG mogą być używane do obróbki polimerów, ceramiki, szkła i metali o rozmiarach do 12 mikronów. Dobre sprzężenie między długością fali UV (248 nm) a obrabianym przedmiotem w mezoprodukcji laserowej / mezo-obróbki skutkuje pionowymi ścianami kanałów. Czystszym podejściem do mezo-obróbki laserowej jest użycie lasera femtosekundowego Ti-Sapphire. Wykrywalne szczątki z takich procesów mezoprodukcji to cząstki o rozmiarach nanometrowych. Głębokie elementy o wielkości jednego mikrona mogą być mikrowytwarzane za pomocą lasera femtosekundowego. Proces ablacji laserem femtosekundowym jest wyjątkowy, ponieważ rozbija wiązania atomowe zamiast materiału ablującego termicznie. Proces mezo-obróbki / mikroobróbki laserem femtosekundowym zajmuje szczególne miejsce w mezoprodukcji, ponieważ jest czystszy, zdolny do mikronów i nie jest specyficzny dla materiału.

 

 

 

Mezoprodukcja przy użyciu Micro-EDM (obróbka elektroerozyjne): Obróbka elektroerozyjne usuwa materiał w procesie erozji iskrowej. Nasze maszyny micro-EDM mogą wytwarzać elementy o wielkości nawet 25 mikronów. W przypadku wypornika i mikrodrążarki drutowej, dwoma głównymi czynnikami decydującymi o wielkości elementu są rozmiar elektrody i szczelina na nadgarstniku. Stosowane są elektrody o średnicy nieco ponad 10 mikronów i nadmiernie spalone zaledwie kilka mikronów. Stworzenie elektrody o złożonej geometrii dla obrabiarki EDM w nurnikach wymaga know-how. Jako materiały elektrodowe popularne są zarówno grafit, jak i miedź. Jednym ze sposobów wytwarzania skomplikowanej elektrody nośnej EDM do części mezoskalowej jest zastosowanie procesu LIGA. Miedź, jako materiał elektrodowy, może być umieszczana w formach LIGA. Miedziana elektroda LIGA może być następnie zamontowana na obrabiarce EDM do mezoprodukcji części z innego materiału, takiego jak stal nierdzewna lub kovar.

 

 

 

Żaden proces mezoprodukcji nie jest wystarczający do wszystkich operacji. Niektóre procesy mezoskalowe mają szerszy zasięg niż inne, ale każdy proces ma swoją niszę. Przez większość czasu potrzebujemy różnych materiałów, aby zoptymalizować działanie elementów mechanicznych i czujemy się komfortowo z tradycyjnymi materiałami, takimi jak stal nierdzewna, ponieważ materiały te mają długą historię i zostały bardzo dobrze scharakteryzowane przez lata. Procesy mezoprodukcyjne pozwalają nam na wykorzystanie tradycyjnych materiałów. Technologie obróbki subtraktywnej w mezoskali poszerzają naszą bazę materiałową. Zacieranie może być problemem w przypadku niektórych kombinacji materiałów w mezoprodukcji. Każdy konkretny proces obróbki w mezoskali w unikalny sposób wpływa na chropowatość i morfologię powierzchni. Mikrofrezowanie i mikrotoczenie może generować zadziory i cząstki, które mogą powodować problemy mechaniczne. Micro-EDM może pozostawić warstwę przetopioną, która może mieć szczególne właściwości zużycia i tarcia. Efekty tarcia między częściami mezoskalowymi mogą mieć ograniczone punkty kontaktu i nie są dokładnie modelowane przez modele kontaktu powierzchniowego. Niektóre technologie obróbki mezoskalowej, takie jak mikro-EDM, są dość dojrzałe, w przeciwieństwie do innych, takich jak mezo-obróbka laserem femtosekundowym, które wciąż wymagają dodatkowego rozwoju.