Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

S konvencionalnimi proizvodnimi tehnikami izdelujemo "makrorazmerne" strukture, ki so relativno velike in vidne s prostim očesom. With MESOMANUFACTURING however izdelujemo komponente za miniaturne naprave. Mezoproizvodnja se imenuje tudi MESOSCALE MANUFACTURING or ME.SO-MACHININGME Mezoproizvodnja prekriva makro in mikroproizvodnjo. Primeri mezoproizvodnje so slušni aparati, stenti, zelo majhni motorji.

 

 

 

Prvi pristop v mezoproizvodnji je zmanjšanje makroproizvodnih procesov. Na primer, majhna stružnica z dimenzijami v nekaj desetinah milimetrov in motorjem 1,5 W, ki tehta 100 gramov, je dober primer mezoproizvodnje, kjer je prišlo do zmanjšanja velikosti. Drugi pristop je povečanje mikroproizvodnih procesov. Na primer, procese LIGA je mogoče nadgraditi in vstopiti na področje mezoproizvodnje.

 

 

 

Naši mezoproizvodni postopki premostijo vrzel med postopki MEMS na osnovi silicija in konvencionalno miniaturno obdelavo. Postopki mezoskale lahko izdelajo dvo- in tridimenzionalne dele z značilnostmi mikronske velikosti v tradicionalnih materialih, kot so nerjavno jeklo, keramika in steklo. Postopki mezoproizvodnje, ki so nam trenutno na voljo, vključujejo razprševanje s fokusiranim ionskim žarkom (FIB), mikrorezkanje, mikrostruženje, ablacijo z excimer laserjem, femtosekundno lasersko ablacijo in strojno obdelavo z mikro elektrorazelektritvijo (EDM). Ti procesi na mezoskali uporabljajo subtraktivne tehnologije strojne obdelave (tj. odstranjevanje materiala), medtem ko je postopek LIGA aditivni proces na mezoskali. Postopki mezoproizvodnje imajo različne zmogljivosti in specifikacije delovanja. Specifikacije zmogljivosti strojne obdelave, ki vas zanimajo, vključujejo najmanjšo velikost elementov, toleranco elementov, natančnost lokacije elementov, površinsko obdelavo in stopnjo odstranjevanja materiala (MRR). Imamo sposobnost mezoproizvodnje elektromehanskih komponent, ki zahtevajo dele mezoskale. Deli mezoskale, izdelani s subtraktivnimi postopki mezoproizvodnje, imajo edinstvene tribološke lastnosti zaradi raznolikosti materialov in površinskih pogojev, ki jih proizvajajo različni postopki mezoproizvodnje. Te subtraktivne obdelovalne tehnologije mezoskale nam povzročajo pomisleke glede čistoče, sestavljanja in tribologije. Čistoča je ključnega pomena pri mezoproizvodnji, saj je velikost delcev umazanije in smeti, ki nastanejo med postopkom mezostrojne obdelave, lahko primerljiva z značilnostmi mezoskale. Rezkanje in struženje v mezometrskem merilu lahko povzroči ostružke in robove, ki lahko blokirajo luknje. Morfologija površine in pogoji končne obdelave površine se zelo razlikujejo glede na metodo mezoproizvodnje. Z deli mezomera je težko rokovati in jih je težko poravnati, zaradi česar je sestavljanje izziv, ki ga večina naših konkurentov ne more premagati. Naše stopnje donosa v mezoproizvodnji so veliko višje kot pri naših konkurentih, kar nam daje prednost, da lahko ponudimo boljše cene.

 

 

 

MEZOSKALNI STROJNI PROCESI: Naše glavne tehnike mezoproizvodnje so fokusirani ionski žarek (FIB), mikrorezkanje in mikrostruženje, laserska mezo obdelava, mikro-EDM (elektrorazelektritvena obdelava)

 

 

 

Mezoproizvodnja z uporabo fokusiranega ionskega žarka (FIB), mikrorezkanja in mikrostruženja: FIB razprši material iz obdelovanca z obstreljevanjem z galijevim ionskim žarkom. Obdelovanec je nameščen na niz natančnih stopenj in postavljen v vakuumsko komoro pod virom galija. Stopnje translacije in rotacije v vakuumski komori omogočajo žarku galijevih ionov na razpolago različne lokacije na obdelovancu za mezoproizvodnjo FIB. Nastavljivo električno polje skenira žarek, da pokrije vnaprej določeno projicirano območje. Visok napetostni potencial povzroči, da vir galijevih ionov pospeši in trči ob obdelovanec. Trki odstranjujejo atome z obdelovanca. Rezultat postopka mezo obdelave FIB je lahko ustvarjanje skoraj navpičnih faset. Nekateri FIB-ji, ki so nam na voljo, imajo premer žarka le 5 nanometrov, zaradi česar je FIB stroj, ki je zmožen mezoskala in celo mikroskala. Mikro rezkalna orodja montiramo na visoko precizne rezkalne stroje na obdelovalne kanale iz aluminija. Z uporabo FIB lahko izdelamo orodja za mikro struženje, ki jih lahko nato uporabimo na stružnici za izdelavo palic s finim navojem. Z drugimi besedami, FIB se lahko uporablja za obdelavo trdega orodja poleg neposrednih funkcij mezo-obdelave na končnem obdelovancu. Zaradi počasnega odstranjevanja materiala je FIB nepraktičen za neposredno obdelavo velikih elementov. Trda orodja pa lahko odstranijo material z impresivno hitrostjo in so dovolj vzdržljiva za več ur strojne obdelave. Kljub temu je FIB praktičen za neposredno mezo-obdelavo kompleksnih tridimenzionalnih oblik, ki ne zahtevajo znatne hitrosti odstranjevanja materiala. Dolžina osvetlitve in vpadni kot lahko močno vplivata na geometrijo neposredno obdelanih elementov.

 

 

 

Laserska mezoproizvodnja: Excimer laserji se uporabljajo za mezoproizvodnjo. Excimer laser obdeluje material tako, da ga pulzira z nanosekundnimi pulzi ultravijolične svetlobe. Obdelovanec je nameščen na natančne translacijske stopnje. Krmilnik usklajuje gibanje obdelovanca glede na stacionarni UV laserski žarek in usklajuje proženje impulzov. Tehniko projekcije z masko je mogoče uporabiti za definiranje mezo-obdelovalnih geometrij. Maska se vstavi v razširjeni del žarka, kjer je fluenca laserja prenizka za ablacijo maske. Geometrija maske se skozi lečo zmanjša in projicira na obdelovanec. Ta pristop se lahko uporablja za obdelavo več lukenj (nizov) hkrati. Naši laserji excimer in YAG se lahko uporabljajo za obdelavo polimerov, keramike, stekla in kovin z velikostjo elementov do 12 mikronov. Dobra povezava med UV-valovno dolžino (248 nm) in obdelovancem pri laserski mezoproizvodnji/mezo-obdelavi povzroči navpične stene kanala. Čistejši pristop laserske mezostrojne obdelave je uporaba femtosekundnega laserja s ti-safirjem. Odpadki, ki jih je mogoče zaznati pri takih postopkih mezoproizvodnje, so delci nano velikosti. Z uporabo femtosekundnega laserja je mogoče mikroizdelati globoke elemente velikosti enega mikrona. Postopek femtosekundne laserske ablacije je edinstven v tem, da prekine atomske vezi namesto toplotne ablacije materiala. Femtosekundni laserski postopek mezo/mikroobdelave ima posebno mesto v mezoproizvodnji, ker je čistejši, omogoča mikronsko obdelavo in ni specifičen za material.

 

 

 

Mezoproizvodnja z uporabo Micro-EDM (obdelava z elektroerozijo): obdelava z elektroerozijo odstrani material s postopkom erozije iskre. Naši stroji za mikro-EDM lahko ustvarijo elemente velikosti do 25 mikronov. Pri grezilu in žičnem mikro-EDM stroju sta dva glavna pomisleka za določanje velikosti elementa velikost elektrode in reža nad robom. Uporabljajo se elektrode s premerom malo več kot 10 mikronov in s premerom le nekaj mikronov. Ustvarjanje elektrode s kompleksno geometrijo za grezilo EDM zahteva znanje in izkušnje. Tako grafit kot baker sta priljubljena kot materiala za elektrode. Eden od pristopov k izdelavi zapletene grezilne EDM elektrode za mezoskalni del je uporaba postopka LIGA. Baker, kot material za elektrode, je mogoče vliti v kalupe LIGA. Bakreno elektrodo LIGA je mogoče nato namestiti na potopni EDM stroj za mezoproizvodnjo dela iz drugega materiala, kot je nerjavno jeklo ali kovar.

 

 

 

Noben mezoproizvodni postopek ne zadostuje za vse operacije. Nekateri procesi na mezoskalu so bolj razširjeni kot drugi, vendar ima vsak proces svojo nišo. Večino časa potrebujemo različne materiale za optimizacijo delovanja mehanskih komponent in smo zadovoljni s tradicionalnimi materiali, kot je nerjavno jeklo, ker imajo ti materiali dolgo zgodovino in so bili skozi leta zelo dobro označeni. Postopki mezoproizvodnje nam omogočajo uporabo tradicionalnih materialov. Tehnologije subtraktivne mezoskalne obdelave širijo našo materialno bazo. Pri nekaterih kombinacijah materialov pri mezoproizvodnji je lahko draženje težava. Vsak poseben obdelovalni postopek na mezoskali edinstveno vpliva na površinsko hrapavost in morfologijo. Mikro rezkanje in mikro struženje lahko ustvarita robove in delce, ki lahko povzročijo mehanske težave. Micro-EDM lahko pusti prenovljeno plast, ki ima lahko posebne značilnosti obrabe in trenja. Učinki trenja med mezoskalnimi deli imajo lahko omejene stične točke in niso natančno modelirani z modeli površinskega stika. Nekatere obdelovalne tehnologije mezoskale, kot je mikro-EDM, so precej zrele, v nasprotju z drugimi, kot je femtosekundna laserska mezo-obdelava, ki še potrebujejo dodaten razvoj.