Мезомасштабне виробництво / Mesomanufacturing

За допомогою звичайних технологій виробництва ми створюємо «макромасштабні» структури, які є відносно великими та видимими неозброєним оком. With MESOMANUFACTURING however ми виробляємо компоненти для мініатюрних пристроїв. Мезовиробництво також називається MESOSCALE MANUFACTURING or ME. Мезовиробництво перекриває як макро, так і мікровиробництво. Прикладами мезовиробництва є слухові апарати, стенти, дуже маленькі двигуни.

 

 

 

Перший підхід у мезовиробництві полягає у зменшенні масштабу процесів макровиробництва. Наприклад, крихітний токарний верстат із розмірами в кілька десятків міліметрів і двигуном потужністю 1,5 Вт вагою 100 грамів є хорошим прикладом мезовиробництва, де відбулося зменшення масштабу. Другий підхід полягає в розширенні процесів мікровиробництва. Як приклад, процеси LIGA можна розширити й увійти в сферу мезовиробництва.

 

 

 

Наші мезовиробничі процеси долають розрив між процесами MEMS на основі кремнію та традиційною мініатюрною обробкою. Мезомасштабні процеси дозволяють виготовляти дво- та тривимірні деталі мікронного розміру з традиційних матеріалів, таких як нержавіюча сталь, кераміка та скло. На даний момент доступні для нас процеси виробництва мезопродуктів, включаючи напилення сфокусованим іонним пучком (FIB), мікрофрезерування, мікротокарну роботу, ексимерну лазерну абляцію, фемтосекундну лазерну абляцію та мікроелектророзрядну (EDM) обробку. У цих мезомасштабних процесах використовуються субтрактивні технології механічної обробки (тобто видалення матеріалу), тоді як процес LIGA є додатковим мезомасштабним процесом. Процеси виробництва мезопродуктів мають різні можливості та специфікації продуктивності. Технічні характеристики механічної обробки, що представляють інтерес, включають мінімальний розмір елемента, допуск елемента, точність розташування елемента, обробку поверхні та швидкість зняття матеріалу (MRR). У нас є можливості мезовиробництва електромеханічних компонентів, для яких потрібні мезомасштабні деталі. Мезомасштабні деталі, виготовлені за допомогою субтрактивних процесів мезовиробництва, мають унікальні трибологічні властивості через різноманітність матеріалів і станів поверхні, створених різними процесами мезовиробництва. Ці субтрактивні мезомасштабні технології обробки викликають у нас занепокоєння щодо чистоти, складання та трибології. Чистота має життєво важливе значення в мезовиробництві, оскільки розмір частинок мезомасштабного бруду та сміття, що утворюється під час процесу мезообробки, можна порівняти з мезомасштабними характеристиками. Мезомасштабне фрезерування та токарна обробка можуть утворювати сколи та задирки, які можуть блокувати отвори. Морфологія поверхні та умови обробки поверхні значно відрізняються залежно від методу мезовиробництва. Мезомасштабні деталі важко використовувати та вирівнювати, що робить збірку проблемою, яку більшість наших конкурентів не в змозі подолати. Наші показники врожайності в мезовиробництві набагато вищі, ніж у наших конкурентів, що дає нам перевагу в тому, що ми можемо пропонувати кращі ціни.

 

 

 

МЕЗОМАСШТАБНІ ПРОЦЕСИ ОБРОБКИ: наші основні методи мезовиробництва — це сфокусований іонний промінь (FIB), мікрофрезерування та мікротокарна обробка, лазерна мезообробка, мікро-EDM (електророзрядна обробка)

 

 

 

Мезовиробництво з використанням сфокусованого іонного пучка (FIB), мікрофрезерування та мікроточіння: FIB розпилює матеріал із заготовки за допомогою бомбардування пучком іонів галію. Заготівлю монтують на набір точних ступенів і поміщають у вакуумну камеру під джерелом галію. Етапи трансляції та обертання у вакуумній камері роблять різні місця на заготовці доступними для пучка іонів галію для мезовиробництва FIB. Регульоване електричне поле сканує промінь, щоб охопити попередньо визначену спроектовану область. Потенціал високої напруги змушує джерело іонів галію прискорюватися та стикатися з деталлю. Зіткнення видаляють атоми з заготовки. Результатом процесу мезообробки FIB може бути створення майже вертикальних граней. Деякі доступні нам FIB мають діаметр променя всього 5 нанометрів, що робить FIB мезо- і навіть мікромасштабною машиною. Ми монтуємо мікрофрезерні інструменти на високоточних фрезерних верстатах до алюмінієвих каналів. Використовуючи FIB, ми можемо виготовляти мікротокарні інструменти, які потім можна використовувати на токарному верстаті для виготовлення стрижнів з тонкою різьбою. Іншими словами, FIB можна використовувати для обробки твердих інструментів, окрім безпосередньої мезообробки деталей на кінцевій заготовці. Повільна швидкість видалення матеріалу зробила FIB непрактичним для безпосередньої обробки великих елементів. Однак жорсткі інструменти можуть видаляти матеріал із вражаючою швидкістю та витривалі протягом кількох годин обробки. Незважаючи на це, FIB є практичним для безпосередньої мезообробки складних тривимірних форм, які не вимагають значної швидкості видалення матеріалу. Тривалість експозиції та кут падіння можуть значно вплинути на геометрію безпосередньо оброблених елементів.

 

 

 

Лазерне мезовиробництво: ексимерні лазери використовуються для мезовиробництва. Ексимерний лазер обробляє матеріал, імпульсуючи його наносекундними імпульсами ультрафіолетового світла. Заготовка монтується на точних поступальних ступенях. Контролер координує рух заготовки відносно нерухомого УФ-лазерного променя та координує подачу імпульсів. Техніку проекції маски можна використовувати для визначення геометрії мезообробки. Маска вставляється в розширену частину променя, де плотність лазера надто низька для видалення маски. Геометрія маски зменшується через лінзу та проектується на деталь. Цей підхід можна використовувати для обробки кількох отворів (масивів) одночасно. Наші ексимерні та YAG-лазери можна використовувати для обробки полімерів, кераміки, скла та металів із розміром деталей до 12 мікрон. Хороший зв’язок між довжиною хвилі ультрафіолетового випромінювання (248 нм) і заготівлею при лазерному мезовиробництві / мезообробці призводить до вертикальних стінок каналу. Більш чистий підхід до лазерної мезообробки полягає у використанні титано-сапфірового фемтосекундного лазера. Сміття, яке можна виявити в таких процесах виробництва мезопродуктів, — це частинки нанорозміру. За допомогою фемтосекундного лазера можна мікроскопіювати елементи розміром в один мікрон. Процес фемтосекундної лазерної абляції унікальний тим, що він розриває атомні зв’язки замість термічної абляції матеріалу. Процес фемтосекундної лазерної мезо-/мікрообробки займає особливе місце в мезо-виробництві, тому що він чистіший, мікронний і не залежить від матеріалу.

 

 

 

Мезовиробництво з використанням Micro-EDM (електророзрядна обробка): Електроерозрядна обробка видаляє матеріал за допомогою процесу іскрової ерозії. Наші електроелектронні машини можуть створювати елементи розміром до 25 мікрон. Для грузила та дротяної мікроерозійної машини двома основними міркуваннями для визначення розміру деталі є розмір електрода та проміжок над дугою. Використовуються електроди діаметром трохи більше 10 мікрон і товщиною всього кілька мікрон. Створення електрода складної геометрії для електроерозійної електророзійної машини вимагає ноу-хау. І графіт, і мідь популярні як електродні матеріали. Одним із підходів до виготовлення складного грузильного електроерозійного електрода для мезомасштабної деталі є використання процесу LIGA. Мідь, як матеріал електрода, може бути покрита у форми LIGA. Потім мідний електрод LIGA можна встановити на електроерозійний верстат для мезовиробництва деталі з іншого матеріалу, такого як нержавіюча сталь або ковар.

 

 

 

Жоден мезовиробничий процес не є достатнім для всіх операцій. Деякі мезомасштабні процеси більш масштабні, ніж інші, але кожен процес має свою нішу. Здебільшого нам потрібні різноманітні матеріали для оптимізації роботи механічних компонентів, і нам зручно використовувати традиційні матеріали, такі як нержавіюча сталь, оскільки ці матеріали мають довгу історію та дуже добре охарактеризовані протягом багатьох років. Мезовиробничі процеси дозволяють використовувати традиційні матеріали. Субтрактивні мезомасштабні технології обробки розширюють нашу матеріальну базу. Заїдання може бути проблемою з деякими комбінаціями матеріалів у мезовиробництві. Кожен конкретний мезомасштабний процес обробки унікальним чином впливає на шорсткість і морфологію поверхні. Мікрофрезерування та мікроточіння можуть утворювати задирки та частинки, які можуть спричинити механічні проблеми. Micro-EDM може залишити перероблений шар, який може мати особливі характеристики зносу та тертя. Ефекти тертя між частинами мезомасштабу можуть мати обмежені точки контакту і не точно моделюються моделями поверхневого контакту. Деякі мезомасштабні технології обробки, такі як мікро-EDM, є досить зрілими, на відміну від інших, таких як фемтосекундна лазерна мезообробка, які все ще потребують додаткового розвитку.