Mesoskaalse vervaardiging / Meso-vervaardiging

Met konvensionele produksietegnieke produseer ons "makroskaal" strukture wat relatief groot is en met die blote oog sigbaar is. Met MESOMANUFACTURING  ons vervaardig egter komponente vir miniatuur toestelle. Mesomanufacturing is also referred to as MESOSCALE MANUFACTURING or MESO-MACHINING. Meso-vervaardiging oorvleuel beide makro- en mikrovervaardiging. Voorbeelde van meso-vervaardiging is gehoorapparate, stents, baie klein motors.

 

 

 

Die eerste benadering in mesomevervaardiging is om makrovervaardigingsprosesse af te skaal. Byvoorbeeld, 'n klein draaibank met afmetings in die paar dosyn millimeter en 'n motor van 1.5W wat 100 gram weeg, is 'n goeie voorbeeld van meso-vervaardiging waar afskaling plaasgevind het. Die tweede benadering is om mikrovervaardigingsprosesse op te skaal. As 'n voorbeeld kan LIGA-prosesse opgeskaal word en die gebied van meso-vervaardiging betree.

 

 

 

Ons meso-vervaardigingsprosesse oorbrug die gaping tussen silikongebaseerde MEMS-prosesse en konvensionele miniatuurbewerking. Mesoskaal-prosesse kan twee- en driedimensionele dele met mikrongrootte-kenmerke vervaardig in tradisionele materiale soos vlekvrye staal, keramiek en glas. Meso-vervaardigingsprosesse wat tans vir ons beskikbaar is, sluit in gefokusde ioonstraal (FIB) sputtering, mikro-frees, mikro-draai, eksimer laser ablasie, femto-sekonde laser ablasie, en mikro elektro-ontlading (EDM) bewerking. Hierdie mesoskaalprosesse maak gebruik van subtraktiewe bewerkingstegnologieë (dws materiaalverwydering), terwyl die LIGA-proses 'n additiewe mesoskaalproses is. Meso-vervaardigingsprosesse het verskillende vermoëns en prestasiespesifikasies. Bewerkingsprestasiespesifikasies van belang sluit in minimum kenmerkgrootte, kenmerktoleransie, kenmerkliggingsakkuraatheid, oppervlakafwerking en materiaalverwyderingstempo (MRR). Ons het die vermoë om elektromeganiese komponente te vervaardig wat mesoskaalonderdele benodig. Die mesoskaalse dele wat deur aftrekbare meso-vervaardigingsprosesse vervaardig word, het unieke tribologiese eienskappe as gevolg van die verskeidenheid materiale en die oppervlaktoestande wat deur die verskillende meso-vervaardigingsprosesse geproduseer word. Hierdie subtraktiewe mesoskaal bewerkingstegnologieë bring ons kommer wat verband hou met netheid, samestelling en tribologie. Netheid is noodsaaklik in meso-vervaardiging omdat mesoskaal vuil en puindeeltjies wat tydens die meso-bewerkingsproses geskep word, vergelykbaar kan wees met mesoskaalse kenmerke. Mesoskaal frees en draai kan skyfies en brame skep wat gate kan blokkeer. Oppervlakmorfologie en oppervlakafwerkingstoestande verskil baie na gelang van die meso-vervaardigingsmetode. Mesoskaalse onderdele is moeilik om te hanteer en in lyn te bring, wat die samestelling 'n uitdaging maak wat die meeste van ons mededingers nie kan oorkom nie. Ons opbrengskoerse in meso-vervaardiging is baie hoër as ons mededingers, wat ons die voordeel gee dat ons beter pryse kan bied.

 

 

 

MESOSKAAL MAJERINGPROSESSE: Ons belangrikste meso-vervaardigingstegnieke is gefokusde ioonstraal (FIB), mikro-frees, en mikro-draai, laser meso-bewerking, mikro-EDM (elektro-ontlading bewerking)

 

 

 

Meso-vervaardiging deur gebruik te maak van gefokusde ioonstraal (FIB), mikro-frees en mikro-draai: Die FIB sputter materiaal uit 'n werkstuk deur Gallium-ioonstraalbombardement. Die werkstuk is op 'n stel presisiestadia gemonteer en word in 'n vakuumkamer onder die bron van Gallium geplaas. Die translasie- en rotasiestadiums in die vakuumkamer maak verskeie plekke op die werkstuk beskikbaar vir die straal van Galliumione vir FIB-mesomevervaardiging. 'n Verstelbare elektriese veld skandeer die straal om 'n voorafbepaalde geprojekteerde area te dek. 'n Hoë spanningspotensiaal veroorsaak dat 'n bron van Galliumione versnel en met die werkstuk bots. Die botsings stroop atome van die werkstuk af. Die resultaat van die FIB meso-bewerking proses kan die skepping van 'n byna vertikale fasette wees. Sommige FIB's wat aan ons beskikbaar is, het balkdiameters so klein as 5 nanometer, wat die FIB 'n mesoskaal en selfs mikroskaal-bekwame masjien maak. Ons monteer mikro-freesgereedskap op hoë-presisie freesmasjiene om kanale in aluminium te masjien. Met behulp van FIB kan ons mikro-draaigereedskap vervaardig wat dan op 'n draaibank gebruik kan word om fyn draadstawe te vervaardig. Met ander woorde, FIB kan gebruik word om harde gereedskap te bewerk, benewens direkte meso-bewerkingsfunksies op die eindwerkstuk. Die stadige materiaalverwyderingstempo het die FIB as onprakties gemaak om groot kenmerke direk te bewerk. Die harde gereedskap kan egter materiaal teen 'n indrukwekkende tempo verwyder en is duursaam genoeg vir 'n paar uur se bewerkingstyd. Nietemin, die FIB is prakties vir die direkte meso-bewerking van komplekse driedimensionele vorms wat nie 'n aansienlike materiaalverwyderingstempo vereis nie. Lengte van blootstelling en invalshoek kan die geometrie van direk gemasjineerde kenmerke grootliks beïnvloed.

 

 

 

Laser-mesomevervaardiging: Excimer-lasers word gebruik vir meso-vervaardiging. Die excimer-laser masjien materiaal deur dit met nanosekonde-pulse van ultraviolet lig te pulseer. Die werkstuk is gemonteer op presisie translasie stadiums. 'n Beheerder koördineer die beweging van die werkstuk relatief tot die stilstaande UV-laserstraal en koördineer die afvuur van die pulse. 'n Maskerprojeksietegniek kan gebruik word om meso-bewerkingsgeometrieë te definieer. Die masker word in die uitgebreide deel van die straal geplaas waar die laservloei te laag is om die masker te verwyder. Die maskergeometrie word deur die lens verklein en op die werkstuk geprojekteer. Hierdie benadering kan gebruik word vir die bewerking van veelvuldige gate (skikkings) gelyktydig. Ons excimer- en YAG-lasers kan gebruik word om polimere, keramiek, glas en metale met kenmerkgroottes so klein as 12 mikron te bewerk. Goeie koppeling tussen die UV-golflengte (248 nm) en die werkstuk in laser meso-vervaardiging / meso-bewerking lei tot vertikale kanaalmure. 'n Skoner laser meso-bewerking benadering is om 'n Ti-saffier femtosekonde laser te gebruik. Die opspoorbare puin van sulke meso-vervaardigingsprosesse is nano-grootte deeltjies. Diep een mikron-grootte kenmerke kan mikrovervaardig word met die femtosekonde laser. Die femtosekonde laser ablasie proses is uniek deurdat dit atoombindings breek in plaas van termies ablasie materiaal. Die femtosekonde laser meso-bewerking / mikrobewerking proses het 'n spesiale plek in mesomavervaardiging omdat dit skoner, mikron in staat is, en dit is nie materiaal spesifiek.

 

 

 

Meso-vervaardiging deur gebruik te maak van Mikro-EDM (elektro-ontlading masjinering): Elektro-ontlading bewerking verwyder materiaal deur 'n vonk erosie proses. Ons mikro-EDM-masjiene kan kenmerke van so klein as 25 mikron produseer. Vir die sinker en die draad-mikro-EDM-masjien is die twee hoofoorwegings vir die bepaling van kenmerkgrootte die elektrodegrootte en die bo-bum gaping. Elektrodes van bietjie meer as 10 mikron in deursnee en oorboord so min as 'n paar mikron word gebruik. Die skep van 'n elektrode met 'n komplekse geometrie vir die sinker EDM-masjien vereis know-how. Beide grafiet en koper is gewild as elektrodemateriaal. Een benadering tot die vervaardiging van 'n ingewikkelde sinker EDM-elektrode vir 'n mesoskaal-onderdeel is om die LIGA-proses te gebruik. Koper, as die elektrodemateriaal, kan in LIGA-vorms oorgetrek word. Die koper LIGA-elektrode kan dan op die sinker EDM-masjien gemonteer word vir die meso-vervaardiging van 'n onderdeel in 'n ander materiaal soos vlekvrye staal of kovar.

 

 

 

Geen enkele meso-vervaardigingsproses is voldoende vir alle bedrywighede nie. Sommige mesoskaalse prosesse is wyer as ander, maar elke proses het sy nis. Meeste van die tyd benodig ons 'n verskeidenheid materiale om werkverrigting van meganiese komponente te optimaliseer en is gemaklik met tradisionele materiale soos vlekvrye staal omdat hierdie materiale 'n lang geskiedenis het en deur die jare baie goed gekenmerk is. Meso-vervaardigingsprosesse stel ons in staat om tradisionele materiale te gebruik. Subtraktiewe mesoskaal bewerkingstegnologieë brei ons materiaalbasis uit. Galling kan 'n probleem wees met sommige materiaalkombinasies in meso-vervaardiging. Elke spesifieke mesoskaal bewerkingsproses beïnvloed die oppervlakruwheid en morfologie uniek. Mikro-maal en mikro-draai kan brame en deeltjies genereer wat meganiese probleme kan veroorsaak. Mikro-EDM kan 'n hervormde laag laat wat besondere slytasie- en wrywingeienskappe kan hê. Wrywingseffekte tussen mesoskaal dele kan beperkte raakpunte hê en word nie akkuraat deur oppervlakkontakmodelle gemodelleer nie. Sommige mesoskaal bewerkingstegnologieë, soos mikro-EDM, is redelik volwasse, in teenstelling met ander, soos femtosekonde laser meso-bewerking, wat nog bykomende ontwikkeling vereis.