Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Gamit ang mga nakasanayang diskarte sa produksyon, gumagawa kami ng mga "macroscale" na istruktura na medyo malaki at nakikita ng mata. With MESOMANUFACTURING gayunpaman gumagawa kami ng mga bahagi para sa mga miniature na device. Ang Mesomanufacturing ay tinutukoy din bilang MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781903b1-5cf58d_o_cc781903b1-5cf58d_o_cc781903-5c51903-5cf58d_5c5903-5c51903-5c51903-5c51903-5c51905-5c1905-5c5903-5c5903-1001-501-501-5001-5001-5. Ang Mesomanufacturing ay nagsasapawan ng parehong macro at micromanufacturing. Ang mga halimbawa ng mesomanufacturing ay mga hearing aide, stent, napakaliit na motor.

 

 

 

Ang unang diskarte sa mesomanufacturing ay ang pagbabawas ng mga proseso ng macromanufacturing. Halimbawa, ang isang maliit na lathe na may sukat sa ilang dosenang millimeters at isang motor na 1.5W na tumitimbang ng 100 gramo ay isang magandang halimbawa ng mesomanufacturing kung saan naganap ang downscaling. Ang pangalawang diskarte ay upang palakihin ang mga proseso ng micromanufacturing. Bilang halimbawa, ang mga proseso ng LIGA ay maaaring i-upscale at makapasok sa larangan ng mesomanufacturing.

 

 

 

Ang aming mga proseso ng mesomanufacturing ay tinutulay ang agwat sa pagitan ng mga proseso ng MEMS na nakabatay sa silikon at ng kumbensyonal na miniature machining. Ang mga proseso ng Mesoscale ay maaaring gumawa ng dalawa at tatlong-dimensional na bahagi na may mga tampok na laki ng micron sa mga tradisyonal na materyales tulad ng mga hindi kinakalawang na asero, ceramics, at salamin. Kasama sa mga proseso ng mesomanufacturing na kasalukuyang available sa amin ang, focused ion beam (FIB) sputtering, micro-milling, micro-turning, excimer laser ablation, femto-second laser ablation, at micro electro-discharge (EDM) machining. Ang mga prosesong mesoscale na ito ay gumagamit ng mga subtractive machining na teknolohiya (ibig sabihin, pag-alis ng materyal), samantalang ang proseso ng LIGA, ay isang additive na proseso ng mesoscale. Ang mga proseso ng Mesomanufacturing ay may iba't ibang mga kakayahan at mga detalye ng pagganap. Kasama sa interes ng mga detalye ng pagganap ng machining ang pinakamababang laki ng feature, tolerance ng feature, katumpakan ng lokasyon ng feature, surface finish, at material removal rate (MRR). Mayroon kaming kakayahan ng mesomanufacturing ng mga electro-mechanical na bahagi na nangangailangan ng mga mesoscale na bahagi. Ang mga bahagi ng mesoscale na gawa ng subtractive mesomanufacturing na proseso ay may natatanging tribological na katangian dahil sa iba't ibang mga materyales at mga kondisyon sa ibabaw na ginawa ng iba't ibang mga proseso ng mesomanufacturing. Ang mga subtractive mesoscale machining na teknolohiyang ito ay nagdadala sa amin ng mga alalahanin na nauugnay sa kalinisan, pagpupulong, at tribology. Ang kalinisan ay mahalaga sa mesomanufacturing dahil ang mesoscale na dumi at debris na laki ng particle na nilikha sa panahon ng proseso ng meso-machining ay maihahambing sa mga mesoscale na feature. Ang mesoscale milling at turning ay maaaring lumikha ng mga chips at burr na maaaring humarang sa mga butas. Iba-iba nang malaki ang morpolohiya sa ibabaw at mga kondisyon sa ibabaw ng pagtatapos depende sa paraan ng paggawa ng mesomanufacturing. Ang mga bahagi ng mesoscale ay mahirap hawakan at ihanay na ginagawang isang hamon ang pagpupulong na hindi kayang pagtagumpayan ng karamihan sa aming mga kakumpitensya. Ang aming mga rate ng ani sa mesomanufacturing ay malayong mas mataas kaysa sa aming mga kakumpitensya na nagbibigay sa amin ng kalamangan na makapag-alok ng mas magandang presyo.

 

 

 

MESOSCALE MACHINING PROCESSES: Ang aming mga pangunahing mesomanufacturing technique ay Focused Ion Beam (FIB), Micro-milling, at Micro-turning, laser meso-machining, Micro-EDM (electro-discharge machining)

 

 

 

Mesomanufacturing gamit ang nakatutok na Ion Beam (FIB), Micro-milling, at Micro-turning: Ang FIB ay nag-sputter ng materyal mula sa isang workpiece ng Gallium ion beam bombardment. Ang workpiece ay naka-mount sa isang hanay ng mga yugto ng katumpakan at inilalagay sa isang vacuum chamber sa ilalim ng pinagmulan ng Gallium. Ang mga yugto ng pagsasalin at pag-ikot sa silid ng vacuum ay gumagawa ng iba't ibang mga lokasyon sa piraso ng trabaho na magagamit sa sinag ng mga Gallium ions para sa FIB mesomanufacturing. Ang isang tunable electric field ay nag-scan sa beam upang masakop ang isang paunang natukoy na inaasahang lugar. Ang isang mataas na boltahe na potensyal ay nagiging sanhi ng isang pinagmumulan ng mga Gallium ions upang bumilis at bumangga sa work piece. Ang mga banggaan ay nagtatanggal ng mga atomo mula sa work piece. Ang resulta ng proseso ng FIB meso-machining ay maaaring ang paglikha ng isang malapit na vertical facet. Ang ilang FIB na available sa amin ay may mga diameter ng beam na kasing liit ng 5 nanometer, na ginagawang isang mesoscale at kahit microscale na makina ang FIB. Inilalagay namin ang mga micro-milling tool sa mga high precision milling machine sa mga machine channel sa aluminum. Gamit ang FIB maaari tayong gumawa ng mga micro-turning tool na maaaring magamit sa isang lathe upang gumawa ng pinong sinulid na mga baras. Sa madaling salita, maaaring gamitin ang FIB sa machine hard tooling bukod pa sa mga direktang tampok na meso-machining papunta sa end work piece. Ang mabagal na rate ng pag-alis ng materyal ay naging dahilan upang ang FIB ay hindi praktikal para sa direktang pag-machining ng malalaking feature. Ang matitigas na tool, gayunpaman, ay maaaring mag-alis ng materyal sa isang kahanga-hangang bilis at sapat na matibay para sa ilang oras ng machining time. Gayunpaman, ang FIB ay praktikal para sa direktang meso-machining complex na tatlong dimensyon na mga hugis na hindi nangangailangan ng malaking rate ng pag-alis ng materyal. Ang haba ng pagkakalantad at anggulo ng saklaw ay maaaring makaapekto nang malaki sa geometry ng mga direktang machined na feature.

 

 

 

Laser Mesomanufacturing: Ang mga excimer laser ay ginagamit para sa mesomanufacturing. Ang excimer laser machine ay gumagawa ng materyal sa pamamagitan ng pagpintig nito gamit ang nanosecond pulses ng ultraviolet light. Ang work piece ay naka-mount sa precision translational stages. Ang isang controller ay nag-coordinate sa paggalaw ng work piece na may kaugnayan sa nakatigil na UV laser beam at nag-coordinate sa pagpapaputok ng mga pulso. Ang isang mask projection technique ay maaaring gamitin upang tukuyin ang meso-machining geometries. Ang maskara ay ipinasok sa pinalawak na bahagi ng sinag kung saan ang fluence ng laser ay masyadong mababa upang matanggal ang maskara. Ang mask geometry ay de-magnify sa pamamagitan ng lens at ipino-project sa work piece. Ang diskarte na ito ay maaaring gamitin para sa machining maramihang mga butas (arrays) nang sabay-sabay. Ang aming excimer at YAG lasers ay maaaring gamitin sa mga polymer, ceramics, salamin at metal na may mga feature na laki na kasing liit ng 12 microns. Ang magandang pagkakabit sa pagitan ng UV wavelength (248 nm) at ang workpiece sa laser mesomanufacturing / meso-machining ay nagreresulta sa mga vertical channel wall. Ang isang mas malinis na diskarte sa laser meso-machining ay ang paggamit ng Ti-sapphire femtosecond laser. Ang mga nakikitang debris mula sa naturang mga proseso ng mesomanufacturing ay mga nano-sized na particle. Malalim na isang micron-size na mga tampok ay maaaring microfabricated gamit ang femtosecond laser. Ang proseso ng femtosecond laser ablation ay natatangi dahil sinisira nito ang mga atomic bond sa halip na thermally ablating material. Ang femtosecond laser meso-machining / micromachining na proseso ay may espesyal na lugar sa mesomanufacturing dahil ito ay mas malinis, may kakayahang micron, at hindi ito partikular sa materyal.

 

 

 

Mesomanufacturing gamit ang Micro-EDM (electro-discharge machining): Inaalis ng electro-discharge machining ang materyal sa pamamagitan ng proseso ng spark erosion. Ang aming mga micro-EDM machine ay makakagawa ng mga feature na kasing liit ng 25 microns. Para sa sinker at wire micro-EDM machine, ang dalawang pangunahing pagsasaalang-alang para sa pagtukoy ng laki ng feature ay ang laki ng electrode at ang over-bum gap. Ang mga electrodes ay lampas sa 10 micron ang diyametro at over-bum na kasing liit ng ilang micron ang ginagamit. Ang paglikha ng isang electrode na may kumplikadong geometry para sa sinker EDM machine ay nangangailangan ng kaalaman. Ang parehong grapayt at tanso ay sikat bilang mga materyales sa elektrod. Ang isang diskarte sa paggawa ng isang kumplikadong sinker EDM electrode para sa isang mesoscale na bahagi ay ang paggamit ng proseso ng LIGA. Ang tanso, bilang materyal na elektrod, ay maaaring i-plated sa LIGA molds. Ang tansong LIGA electrode ay maaaring i-mount sa sinker EDM machine para sa mesomanufacturing ng isang bahagi sa ibang materyal tulad ng hindi kinakalawang na asero o kovar.

 

 

 

Walang isang proseso ng mesomanufacturing ay sapat para sa lahat ng mga operasyon. Ang ilang mesoscale na proseso ay mas malawak na naaabot kaysa sa iba, ngunit ang bawat proseso ay may sariling angkop na lugar. Kadalasan ay nangangailangan kami ng iba't ibang materyales upang ma-optimize ang pagganap ng mga mekanikal na bahagi at kumportable sa mga tradisyonal na materyales tulad ng hindi kinakalawang na asero dahil ang mga materyales na ito ay may mahabang kasaysayan at napakahusay na nailalarawan sa paglipas ng mga taon. Ang mga proseso ng mesomanufacturing ay nagpapahintulot sa amin na gumamit ng mga tradisyonal na materyales. Pinapalawak ng mga subtractive mesoscale machining na teknolohiya ang aming materyal na base. Maaaring isang isyu ang Galling sa ilang kumbinasyon ng materyal sa mesomanufacturing. Ang bawat partikular na proseso ng mesoscale machining ay natatanging nakakaapekto sa pagkamagaspang at morpolohiya sa ibabaw. Ang micro-milling at micro-turning ay maaaring makabuo ng mga burr at particle na maaaring magdulot ng mga problema sa makina. Maaaring mag-iwan ang Micro-EDM ng recast layer na maaaring magkaroon ng partikular na pagkasira at mga katangian ng friction. Ang mga epekto ng friction sa pagitan ng mga bahagi ng mesoscale ay maaaring may limitadong mga punto ng contact at hindi tumpak na namodelo ng mga modelo ng surface contact. Ang ilang mesoscale machining na teknolohiya, gaya ng micro-EDM, ay medyo mature, kumpara sa iba, gaya ng femtosecond laser meso-machining, na nangangailangan pa rin ng karagdagang pag-unlad.