Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Konvenčnými výrobnými technikami vyrábame štruktúry v „makromeradle“, ktoré sú relatívne veľké a viditeľné voľným okom. With MESOMANUFACTURING vyrábame však komponenty pre miniatúrne zariadenia. Mesomanufacturing je tiež označovaný ako MESOSCALE MANUFACTURING or_cc7816d-315c Mesomanufacturing prekrýva makro aj mikrovýrobu. Príkladmi mezovýroby sú načúvacie prístroje, stenty, veľmi malé motory.

 

 

 

Prvým prístupom v mezovýrobe je zmenšenie makrovýrobných procesov. Napríklad malý sústruh s rozmermi v niekoľkých desiatkach milimetrov a motorom 1,5 W s hmotnosťou 100 gramov je dobrým príkladom mezovýroby, kde došlo k downscalingu. Druhým prístupom je rozšírenie mikrovýrobných procesov. Ako príklad možno uviesť procesy LIGA, ktoré môžu byť vylepšené a vstúpia do oblasti mesomanufacturing.

 

 

 

Naše mezo-výrobné procesy premosťujú priepasť medzi procesmi MEMS na báze kremíka a konvenčným miniatúrnym obrábaním. Mezoškálové procesy môžu vyrábať dvojrozmerné a trojrozmerné časti s mikrónovými vlastnosťami v tradičných materiáloch, ako sú nehrdzavejúca oceľ, keramika a sklo. Medzi procesy mezovýroby, ktoré máme v súčasnosti k dispozícii, patrí naprašovanie s fokusovaným iónovým lúčom (FIB), mikrofrézovanie, mikrosústruženie, excimerová laserová ablácia, femtosekundová laserová ablácia a obrábanie mikroelektrickým výbojom (EDM). Tieto procesy v mezomerítku využívajú technológie subtraktívneho obrábania (tj odstraňovanie materiálu), zatiaľ čo proces LIGA je aditívny proces v mezomeradle. Mezomanufacturing procesy majú rôzne možnosti a výkonnostné špecifikácie. Špecifikácie výkonu obrábania, ktoré nás zaujímajú, zahŕňajú minimálnu veľkosť prvku, toleranciu prvku, presnosť umiestnenia prvku, povrchovú úpravu a rýchlosť úberu materiálu (MRR). Disponujeme schopnosťou mezo-výroby elektromechanických komponentov, ktoré si vyžadujú mezo-rozsahové diely. Mezoškálové časti vyrobené subtraktívnymi mezovýrobnými procesmi majú jedinečné tribologické vlastnosti z dôvodu rôznorodosti materiálov a povrchových podmienok produkovaných rôznymi mezovýrobnými procesmi. Tieto subtraktívne mezoškálové obrábacie technológie nám prinášajú obavy súvisiace s čistotou, montážou a tribológiou. Čistota je pri mezovýrobe životne dôležitá, pretože veľkosť mezomiernych nečistôt a častíc úlomkov vytvorených počas procesu mezoobrábania môže byť porovnateľná s mezoškálovými vlastnosťami. Mezoškálové frézovanie a sústruženie môže vytvárať triesky a otrepy, ktoré môžu blokovať otvory. Morfológia povrchu a podmienky povrchovej úpravy sa značne líšia v závislosti od spôsobu mezovýroby. S dielcami v mezorozmere sa ťažko manipuluje a je ťažké ich zarovnať, čo robí montáž výzvou, ktorú väčšina našich konkurentov nedokáže prekonať. Naša miera výnosov v mesomanufacturing je oveľa vyššia ako u našich konkurentov, čo nám dáva výhodu, že môžeme ponúknuť lepšie ceny.

 

 

 

MESOSCALE OBRÁBACIE PROCESY: Naše hlavné mezomanufacturing techniky sú zaostrený iónový lúč (FIB), mikrofrézovanie a mikrosústruženie, laserové mezo-obrábanie, Micro-EDM (elektro-výbojové obrábanie)

 

 

 

Mezomanufacturing využívajúci fokusovaný iónový lúč (FIB), mikrofrézovanie a mikrosústruženie: FIB rozprašuje materiál z obrobku bombardovaním iónovým lúčom gália. Obrobok je namontovaný na súprave presných stupňov a je umiestnený vo vákuovej komore pod zdrojom gália. Stupne translácie a rotácie vo vákuovej komore sprístupňujú rôzne miesta na obrobku lúčom iónov gália na mezomurobu FIB. Laditeľné elektrické pole skenuje lúč, aby pokryl vopred definovanú premietanú oblasť. Vysoký potenciál napätia spôsobuje zrýchlenie zdroja iónov gália a kolíziu s obrobkom. Zrážky odstraňujú atómy z obrobku. Výsledkom procesu FIB mezo-obrábania môže byť vytvorenie takmer zvislých faziet. Niektoré FIB, ktoré máme k dispozícii, majú priemery lúčov len 5 nanometrov, vďaka čomu je FIB stroj schopný mezoškály a dokonca aj mikroúrovne. Mikrofrézovacie nástroje montujeme na vysoko presné frézky do hliníkových kanálov. Pomocou FIB dokážeme vyrobiť mikrosústružnícke nástroje, ktoré sa potom dajú použiť na sústruhu na výrobu tyčí s jemným závitom. Inými slovami, FIB môže byť použitý na obrábanie tvrdých nástrojov okrem priamych mezo-obrábacích prvkov na koncovom obrobku. Nízka rýchlosť odstraňovania materiálu spôsobila, že FIB je nepraktický na priame obrábanie veľkých prvkov. Tvrdé nástroje však dokážu odoberať materiál pôsobivou rýchlosťou a sú dostatočne odolné na niekoľko hodín obrábania. Napriek tomu je FIB praktický na priame mezoobrábanie zložitých trojrozmerných tvarov, ktoré nevyžadujú značnú rýchlosť úberu materiálu. Dĺžka expozície a uhol dopadu môžu výrazne ovplyvniť geometriu priamo opracovaných prvkov.

 

 

 

Laserová mezovýroba: Excimerové lasery sa používajú na mezovýrobu. Excimerový laser spracováva materiál pulzovaním nanosekundovými pulzmi ultrafialového svetla. Obrobok je namontovaný na presné translačné stupne. Riadiaca jednotka koordinuje pohyb obrobku vzhľadom na stacionárny UV laserový lúč a koordinuje vyžarovanie impulzov. Technika projekcie masky sa môže použiť na definovanie geometrií mezo-obrábania. Maska je vložená do rozšírenej časti lúča, kde je tok lasera príliš nízky na odstránenie masky. Geometria masky sa odväčší cez šošovku a premietne sa na obrobok. Tento prístup možno použiť na obrábanie viacerých otvorov (polí) súčasne. Naše excimerové a YAG lasery možno použiť na obrábanie polymérov, keramiky, skla a kovov s veľkosťou prvkov už od 12 mikrónov. Dobrá väzba medzi UV vlnovou dĺžkou (248 nm) a obrobkom pri laserovej mezo výrobe / mezo-obrábaní vedie k zvislým stenám kanálov. Čistejším laserovým mezo-obrábaním je použitie Ti-zafírového femtosekundového lasera. Detegovateľné úlomky z takýchto mezo-výrobných procesov sú častice s nano-veľkosťou. Pomocou femtosekundového lasera je možné mikroobrábať prvky s hĺbkou jedného mikrónu. Proces ablácie femtosekundovým laserom je jedinečný v tom, že namiesto tepelne ablačného materiálu rozbíja atómové väzby. Proces mezo-obrábania / mikroobrábania femtosekundovým laserom má v mezo-výrobe špeciálne miesto, pretože je čistejší, schopný mikrónov a nie je špecifický pre materiál.

 

 

 

Mezomanufacturing využívajúci Micro-EDM (elektro-výbojové obrábanie): Elektro-výbojové obrábanie odstraňuje materiál prostredníctvom procesu iskrovej erózie. Naše mikro-EDM stroje dokážu produkovať prvky s hrúbkou len 25 mikrónov. Pri platinovom a drôtovom mikro-EDM stroji sú dve hlavné úvahy pri určovaní veľkosti prvku veľkosť elektródy a prepálená medzera. Používajú sa elektródy s priemerom o niečo viac ako 10 mikrónov a prepálené len o niekoľko mikrónov. Vytvorenie elektródy so zložitou geometriou pre hĺbiaci EDM stroj vyžaduje know-how. Ako materiály elektród sú populárne grafit aj meď. Jedným z prístupov k výrobe komplikovanej platinovej EDM elektródy pre diel v mezomeradle je použitie procesu LIGA. Meď, ako materiál elektródy, môže byť pokovovaná do foriem LIGA. Medená elektróda LIGA sa potom môže namontovať na hĺbiaci EDM stroj na mezovýrobu dielu z iného materiálu, ako je nehrdzavejúca oceľ alebo kovar.

 

 

 

Žiadny mezovýrobný proces nie je dostatočný pre všetky operácie. Niektoré mezoškálové procesy majú väčší dosah ako iné, ale každý proces má svoje miesto. Väčšinu času požadujeme rôzne materiály na optimalizáciu výkonu mechanických komponentov a vyhovuje nám tradičné materiály, ako je nehrdzavejúca oceľ, pretože tieto materiály majú dlhú históriu a boli v priebehu rokov veľmi dobre charakterizované. Mezomanufacturing procesy nám umožňujú používať tradičné materiály. Subtraktívne mezoškálové technológie obrábania rozširujú našu materiálovú základňu. Odieranie môže byť problémom pri niektorých materiálových kombináciách v mezovýrobe. Každý konkrétny mezoškálový proces obrábania jedinečne ovplyvňuje drsnosť a morfológiu povrchu. Mikrofrézovanie a mikrosústruženie môže vytvárať otrepy a častice, ktoré môžu spôsobiť mechanické problémy. Micro-EDM môže zanechať pretavenú vrstvu, ktorá môže mať zvláštne charakteristiky opotrebenia a trenia. Trecie efekty medzi časťami v mezomierke môžu mať obmedzené body kontaktu a nie sú presne modelované modelmi povrchových kontaktov. Niektoré technológie mezoškálového obrábania, ako je mikro-EDM, sú dosť vyspelé, na rozdiel od iných, ako je mezoobrábanie femtosekundovým laserom, ktoré si stále vyžadujú ďalší vývoj.