Fabricație la scară mezo / Mezofabricație

Cu tehnici de producție convenționale, producem structuri „la macroscală” care sunt relativ mari și vizibile cu ochiul liber. Cu MESOMANUFACTURING cu toate acestea producem componente pentru dispozitive miniaturale. Mesomanufacturing este, de asemenea, denumită MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781905-cf58d_MESOSCALE. Mesomanufacturing se suprapune atât macro, cât și microproducție. Exemple de mezofabricare sunt aparatele auditive, stenturile, motoarele foarte mici.

 

 

 

Prima abordare în mezofabricație este reducerea proceselor de macrofabricație. De exemplu, un strung minuscul cu dimensiuni de câteva zeci de milimetri și un motor de 1,5W care cântărește 100 de grame este un bun exemplu de mezofabricație în care a avut loc reducerea scalarii. A doua abordare este creșterea proceselor de microproducție. Ca exemplu, procesele LIGA pot fi extinse și pot intra în domeniul mezofabricației.

 

 

 

Procesele noastre de mezofabricație reduc decalajul dintre procesele MEMS pe bază de siliciu și prelucrarea convențională în miniatură. Procesele mezoscale pot fabrica piese bidimensionale și tridimensionale cu caracteristici de dimensiune micron în materiale tradiționale, cum ar fi oțel inoxidabil, ceramică și sticlă. Procesele de mezofabricație care ne sunt disponibile în prezent includ pulverizarea cu fascicul ionic focalizat (FIB), micro-frezare, micro-strunjire, ablație cu laser excimer, ablație cu laser femto-secundă și prelucrare cu micro-electrodescărcare (EDM). Aceste procese de mezo scară folosesc tehnologii de prelucrare subtractive (de exemplu, îndepărtarea materialului), în timp ce procesul LIGA este un proces de mezo scară aditiv. Procesele de mezofabricație au capacități și specificații de performanță diferite. Specificațiile de performanță de prelucrare de interes includ dimensiunea minimă a caracteristicilor, toleranța caracteristicilor, precizia locației caracteristicilor, finisarea suprafeței și rata de îndepărtare a materialului (MRR). Avem capacitatea de a produce mezofabricare a componentelor electro-mecanice care necesită piese de mezo scară. Piesele de mezo scară fabricate prin procese de mezofabricare subtractive au proprietăți tribologice unice datorită varietății materialelor și condițiilor de suprafață produse de diferitele procese de mezofabricare. Aceste tehnologii de prelucrare pe mezo scară subtractive ne aduc preocupări legate de curățenie, asamblare și tribologie. Curățenia este vitală în mezofabricare, deoarece dimensiunea particulelor de murdărie și reziduuri de la mezo scară creată în timpul procesului de mezo-prelucrare poate fi comparabilă cu caracteristicile de la mezo scară. Frezarea și strunjirea la mezo scară pot crea așchii și bavuri care pot bloca găurile. Morfologia suprafeței și condițiile de finisare ale suprafeței variază foarte mult în funcție de metoda de mezofabricare. Piesele la scară medie sunt dificil de manipulat și aliniat, ceea ce face ca asamblarea să fie o provocare pe care majoritatea concurenților noștri nu o pot depăși. Ratele noastre de randament în mezofabricație sunt mult mai mari decât concurenții noștri, ceea ce ne oferă avantajul de a putea oferi prețuri mai bune.

 

 

 

PROCESE DE PRELUCRARE LA MESOSCALA: Tehnicile noastre majore de mezofabricare sunt Focused Ion Beam (FIB), micro-frezare și micro-strunjire, mezo-prelucrare cu laser, micro-EDM (prelucrare cu electrodescărcare)

 

 

 

Mezofabricare folosind fascicul de ioni concentrat (FIB), microfrezare și microstrunjire: FIB pulverizează material dintr-o piesă de prelucrat prin bombardarea cu fascicul de ioni de galiu. Piesa de prelucrat este montată pe un set de trepte de precizie și este plasată într-o cameră de vid sub sursa de galiu. Etapele de translație și rotație din camera de vid pun la dispoziția fasciculului de ioni de galiu diferite locații de pe piesa de prelucrat pentru mezofabricarea FIB. Un câmp electric reglabil scanează fasciculul pentru a acoperi o zonă proiectată predefinită. Un potențial de înaltă tensiune face ca o sursă de ioni de galiu să accelereze și să se ciocnească cu piesa de prelucrat. Ciocnirile îndepărtează atomii din piesa de prelucrat. Rezultatul procesului de mezo-prelucrare FIB poate fi crearea unei fațete aproape verticale. Unele FIB-uri disponibile pentru noi au diametre ale fasciculului de până la 5 nanometri, făcând din FIB o mașină capabilă la mezo scară și chiar la microscală. Montăm scule de microfreză pe mașini de frezat de înaltă precizie pe canalele de prelucrare din aluminiu. Folosind FIB putem fabrica scule de microstrunjire care pot fi apoi folosite pe un strung pentru a fabrica tije cu filet fin. Cu alte cuvinte, FIB poate fi folosit pentru a prelucra scule dure, pe lângă caracteristicile de mezo-prelucrare directă pe piesa finală. Rata lentă de îndepărtare a materialului a făcut ca FIB să fie nepractic pentru prelucrarea directă a caracteristicilor mari. Uneltele dure, totuși, pot îndepărta materialul într-un ritm impresionant și sunt suficient de durabile pentru câteva ore de prelucrare. Cu toate acestea, FIB este practic pentru mezo-prelucrarea directă a formelor tridimensionale complexe care nu necesită o rată substanțială de îndepărtare a materialului. Lungimea de expunere și unghiul de incidență pot afecta foarte mult geometria caracteristicilor prelucrate direct.

 

 

 

Mezofabricare cu laser: laserele cu excimeri sunt folosite pentru mezofabricare. Laserul excimer prelucrează materialul prin impulsuri de nanosecunde de lumină ultravioletă. Piesa de prelucrat este montată pe etape de translație de precizie. Un controler coordonează mișcarea piesei de prelucrat în raport cu fasciculul laser UV staționar și coordonează declanșarea impulsurilor. O tehnică de proiecție a măștii poate fi utilizată pentru a defini geometriile de mezo-prelucrare. Masca este introdusă în partea extinsă a fasciculului unde fluența laserului este prea mică pentru a elimina masca. Geometria măștii este de-mărită prin lentilă și proiectată pe piesa de prelucrat. Această abordare poate fi utilizată pentru prelucrarea simultană a mai multor găuri (matrice). Laserele noastre excimer și YAG pot fi utilizate pentru prelucrarea polimerilor, ceramicii, sticlei și metalelor cu dimensiuni de caracteristici de până la 12 microni. O bună cuplare între lungimea de undă UV (248 nm) și piesa de prelucrat în mezofabricarea/mezo-prelucrarea cu laser are ca rezultat pereții canalului vertical. O abordare mai curată de mezo-prelucrare cu laser este utilizarea unui laser de femtosecundă Ti-safir. Resturile detectabile din astfel de procese de mezofabricare sunt particule de dimensiuni nanometrice. Caracteristicile adânci de un micron pot fi microfabricate folosind laserul femtosecunde. Procesul de ablație cu laser femtosecundă este unic prin faptul că rupe legăturile atomice în loc de ablația termică a materialului. Procesul de mezo-prelucrare/microprelucrare cu laser de femtosecundă are un loc special în mezofabricație deoarece este mai curat, capabil de microni și nu este specific materialului.

 

 

 

Mezomanufacturing folosind Micro-EDM (prelucrare cu electrodescărcare): Prelucrarea cu electrodescărcare îndepărtează materialul printr-un proces de eroziune prin scânteie. Mașinile noastre de micro-EDM pot produce caracteristici de până la 25 de microni. Pentru plăcuța și mașina de micro-EDM cu sârmă, cele două considerații majore pentru determinarea dimensiunii caracteristicilor sunt dimensiunea electrodului și distanța peste fund. Sunt folosiți electrozi cu diametrul de puțin peste 10 microni și supra-bum de doar câțiva microni. Crearea unui electrod cu o geometrie complexă pentru mașina de electroeroziune cu scufundare necesită know-how. Atât grafitul, cât și cuprul sunt populare ca materiale pentru electrozi. O abordare pentru fabricarea unui electrod EDM de plată complicată pentru o piesă de mezo scară este utilizarea procesului LIGA. Cuprul, ca material pentru electrozi, poate fi placat în matrițe LIGA. Electrodul LIGA de cupru poate fi apoi montat pe mașina de electroeroziune cu platine pentru mezofabricarea unei piese dintr-un material diferit, cum ar fi oțel inoxidabil sau kovar.

 

 

 

Niciun proces de mezofabricație nu este suficient pentru toate operațiunile. Unele procese de mezo scară au o acoperire mai largă decât altele, dar fiecare proces are nișa sa. De cele mai multe ori avem nevoie de o varietate de materiale pentru a optimiza performanța componentelor mecanice și ne simțim confortabil cu materiale tradiționale, cum ar fi oțelul inoxidabil, deoarece aceste materiale au o istorie lungă și au fost foarte bine caracterizate de-a lungul anilor. Procesele de mezofabricație ne permit să folosim materiale tradiționale. Tehnologiile de prelucrare pe mezo scară subtractive extind baza noastră de materiale. Uzura poate fi o problemă cu unele combinații de materiale în mezofabricație. Fiecare proces de prelucrare la mezo scară afectează în mod unic rugozitatea și morfologia suprafeței. Microfrezarea și microstrunjirea pot genera bavuri și particule care pot cauza probleme mecanice. Micro-EDM poate lăsa un strat reformat care poate avea caracteristici speciale de uzură și frecare. Efectele de frecare între părțile mezo-scale pot avea puncte de contact limitate și nu sunt modelate cu precizie de modelele de contact cu suprafața. Unele tehnologii de prelucrare la mezo-scală, cum ar fi micro-EDM, sunt destul de mature, spre deosebire de altele, cum ar fi meso-prelucrarea cu laser de femtosecundă, care necesită încă dezvoltare suplimentară.