Мезомасштабное производство / Мезопроизводство

Используя традиционные методы производства, мы производим «макромасштабные» структуры, которые относительно велики и видны невооруженным глазом. С МЕЗОМАНЮФАКТУРИНГОМ однако мы производим компоненты для миниатюрных устройств. Мезопроизводство также упоминается как МЕЗОМАСШТАБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО или МЕЗООБРАБОТКА. Мезопроизводство пересекается как с макро-, так и с микропроизводством. Примерами мезопроизводства являются слуховые аппараты, стенты, очень маленькие моторы.

 

 

 

Первый подход в мезопроизводстве заключается в уменьшении масштаба макропроизводственных процессов. Например, крошечный токарный станок с размерами в несколько десятков миллиметров и двигателем мощностью 1,5 Вт и весом 100 граммов является хорошим примером мезопроизводства, где имело место масштабирование. Второй подход заключается в расширении процессов микропроизводства. Например, процессы LIGA можно масштабировать и ввести в сферу мезопроизводства.

 

 

 

Наши процессы мезопроизводства заполняют пробел между процессами МЭМС на основе кремния и традиционной миниатюрной обработкой. Мезомасштабные процессы позволяют изготавливать двух- и трехмерные детали с микронными размерами из традиционных материалов, таких как нержавеющая сталь, керамика и стекло. Процессы мезопроизводства, которые в настоящее время доступны для нас, включают распыление сфокусированным ионным пучком (FIB), микрофрезерование, микротокарную обработку, эксимер-лазерную абляцию, фемтосекундную лазерную абляцию и микроэлектроразрядную (EDM) обработку. В этих мезомасштабных процессах используются субтрактивные технологии обработки (т. е. удаление материала), тогда как процесс LIGA является аддитивным мезомасштабным процессом. Процессы мезопроизводства имеют разные возможности и технические характеристики. Интересующие характеристики производительности обработки включают минимальный размер элемента, допуск элемента, точность расположения элемента, чистоту поверхности и скорость съема материала (MRR). У нас есть возможность производить мезомеханические компоненты, для которых требуются детали мезомасштаба. Мезомасштабные детали, изготовленные с помощью процессов субтрактивного мезопроизводства, обладают уникальными трибологическими свойствами из-за разнообразия материалов и состояния поверхности, создаваемых различными процессами мезопроизводства. Эти технологии субтрактивной мезомасштабной обработки вызывают у нас опасения, связанные с чистотой, сборкой и трибологией. Чистота имеет жизненно важное значение в мезопроизводстве, потому что размер частиц мезомасштабной грязи и мусора, образующихся в процессе мезообработки, может быть сопоставим с мезомасштабными характеристиками. Мезомасштабное фрезерование и токарная обработка могут привести к образованию сколов и заусенцев, которые могут блокировать отверстия. Морфология поверхности и состояние отделки поверхности сильно различаются в зависимости от метода мезопроизводства. Мезомасштабные детали трудно обрабатывать и выравнивать, что делает сборку проблемой, с которой не может справиться большинство наших конкурентов. Наши показатели доходности в мезопроизводстве намного выше, чем у наших конкурентов, что дает нам преимущество в возможности предлагать лучшие цены.

 

 

 

ПРОЦЕССЫ МЕЗОМАСШТАБНОЙ ОБРАБОТКИ: Нашими основными методами мезопроизводства являются сфокусированный ионный луч (FIB), микрофрезерование и микротокарная обработка, лазерная мезообработка, микроэрозионная обработка (электроразрядная обработка).

 

 

 

Мезопроизводство с использованием сфокусированного ионного луча (FIB), микрофрезерования и микротокарной обработки: FIB напыляет материал из заготовки с помощью бомбардировки пучком ионов галлия. Заготовка крепится к набору прецизионных столиков и помещается в вакуумную камеру под источником галлия. Этапы перемещения и вращения в вакуумной камере делают различные места на заготовке доступными для пучка ионов галлия для мезопроизводства FIB. Настраиваемое электрическое поле сканирует луч, чтобы покрыть заранее определенную проецируемую область. Потенциал высокого напряжения заставляет источник ионов галлия ускоряться и сталкиваться с заготовкой. Столкновения отрывают атомы от заготовки. Результатом процесса мезомеханической обработки FIB может быть создание почти вертикальных граней. Некоторые доступные нам FIB имеют диаметр луча всего 5 нанометров, что делает FIB машиной, способной работать в мезомасштабе и даже в микромасштабе. Мы устанавливаем микрофрезерные инструменты на высокоточных фрезерных станках для обработки каналов из алюминия. Используя FIB, мы можем изготовить микротокарные инструменты, которые затем можно использовать на токарном станке для изготовления стержней с мелкой резьбой. Другими словами, FIB можно использовать для обработки твердого инструмента, помимо непосредственной мезомеханической обработки конечной заготовки. Низкая скорость съема материала делает FIB непрактичным для непосредственной обработки крупных элементов. Твердые инструменты, однако, могут удалять материал с впечатляющей скоростью и достаточно прочны, чтобы работать в течение нескольких часов. Тем не менее, FIB удобен для непосредственной мезообработки сложных трехмерных форм, не требующих значительной скорости съема материала. Длина воздействия и угол падения могут сильно повлиять на геометрию непосредственно обработанных элементов.

 

 

 

Лазерное мезопроизводство: Эксимерные лазеры используются для мезопроизводства. Эксимерный лазер обрабатывает материал, воздействуя на него наносекундными импульсами ультрафиолетового излучения. Заготовка устанавливается на прецизионные поступательные столики. Контроллер координирует движение заготовки относительно стационарного УФ-лазерного луча и координирует подачу импульсов. Технику проецирования маски можно использовать для определения геометрии мезообработки. Маска вставляется в расширенную часть луча, где плотность потока лазерного излучения слишком мала для абляции маски. Геометрия маски уменьшается через линзу и проецируется на заготовку. Этот подход можно использовать для одновременной обработки нескольких отверстий (массивов). Наши эксимерные и YAG-лазеры можно использовать для обработки полимеров, керамики, стекла и металлов с размерами элементов до 12 микрон. Хорошая связь между длиной волны УФ-излучения (248 нм) и заготовкой при лазерной мезообработке/мезообработке приводит к образованию вертикальных стенок канала. Более чистый подход к лазерной мезообработке заключается в использовании фемтосекундного лазера на титан-сапфире. Обнаруживаемый мусор от таких процессов мезопроизводства представляет собой частицы наноразмера. С помощью фемтосекундного лазера можно изготовить детали размером в один микрон. Процесс фемтосекундной лазерной абляции уникален тем, что он разрушает атомные связи вместо термической абляции материала. Процесс фемтосекундной лазерной мезообработки/микрообработки занимает особое место в мезопроизводстве, потому что он чище, рассчитан на микроны и не зависит от конкретного материала.

 

 

 

Мезопроизводство с использованием Micro-EDM (электроразрядная обработка): Электроразрядная обработка удаляет материал в процессе искровой эрозии. Наши станки для микроэрозионной обработки могут производить элементы размером до 25 микрон. Для грузила и проволочного микроэрозионного станка двумя основными факторами, которые следует учитывать при определении размера элемента, являются размер электрода и зазор над бумом. Используются электроды диаметром немногим более 10 микрон и накладные электроды толщиной всего несколько микрон. Создание электрода сложной геометрии для электроэрозионного проходного станка требует ноу-хау. И графит, и медь популярны в качестве электродных материалов. Одним из подходов к изготовлению сложного электроэрозионного электроэрозионного электрода с грузиком для мезомасштабной детали является использование процесса LIGA. Медь, как материал электрода, может быть нанесена в формы LIGA. Затем медный LIGA-электрод можно установить на электроэрозионный станок с прошивкой для мезопроизводства детали из другого материала, такого как нержавеющая сталь или ковар.

 

 

 

Ни один процесс мезопроизводства не является достаточным для всех операций. Некоторые мезомасштабные процессы имеют более широкое распространение, чем другие, но у каждого процесса есть своя ниша. Большую часть времени нам требуются различные материалы для оптимизации работы механических компонентов, и нам удобно использовать традиционные материалы, такие как нержавеющая сталь, потому что эти материалы имеют долгую историю и очень хорошо охарактеризованы на протяжении многих лет. Процессы мезопроизводства позволяют нам использовать традиционные материалы. Технологии субтрактивной мезомасштабной обработки расширяют нашу материальную базу. Заедание может быть проблемой при использовании некоторых комбинаций материалов в мезопроизводстве. Каждый конкретный процесс мезомасштабной обработки уникальным образом влияет на шероховатость и морфологию поверхности. При микрофрезеровании и микротокарной обработке могут образовываться заусенцы и частицы, вызывающие механические проблемы. Микроэлектроэрозионная обработка может оставлять переработанный слой, который может иметь особые характеристики износа и трения. Эффекты трения между мезомасштабными частями могут иметь ограниченные точки контакта и не точно моделируются моделями поверхностного контакта. Некоторые технологии мезомасштабной обработки, такие как микроэрозионная обработка, достаточно развиты, в отличие от других, таких как фемтосекундная лазерная мезообработка, которые все еще требуют дополнительной разработки.