Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

באמצעות טכניקות ייצור קונבנציונליות אנו מייצרים מבנים "בקנה מידה" גדולים יחסית וגלויים לעין בלתי מזוינת. With MESOMANUFACTURING עם זאת, אנו מייצרים רכיבים עבור מכשירים מיניאטוריים. Mesomanture מופנה גם ל- AS_CC781905-5CDE-3194-BB3B-136BAD5CF58D_MESOSCALE ייצור משני חופף הן מאקרו והן ייצור מיקרו. דוגמאות לייצור mesomanufacturing הן עזרי שמיעה, סטנטים, מנועים קטנים מאוד.

 

 

 

הגישה הראשונה בייצור משני היא להקטין תהליכי ייצור מאקרו. למשל מחרטה קטנטנה עם מידות בכמה עשרות מילימטרים ומנוע של 1.5W במשקל 100 גרם היא דוגמה טובה לייצור mesomanufacturing שבו התרחש הקטנת קנה מידה. הגישה השנייה היא להגדיל את תהליכי הייצור במיקרו. כדוגמה ניתן להגדיל את תהליכי ה-LIGA ולהיכנס לתחום הייצור המזומני.

 

 

 

תהליכי הייצור המזומני שלנו מגשרים על הפער בין תהליכי MEMS מבוססי סיליקון לבין עיבוד שבבי מיניאטורי קונבנציונלי. תהליכים בקנה מידה מסוג Mesoscale יכולים לייצר חלקים דו ותלת מימדיים בעלי תכונות בגודל מיקרון בחומרים מסורתיים כגון פלדות אל חלד, קרמיקה וזכוכית. תהליכי הייצור הזמינים לנו כיום כוללים, קרן יונים ממוקדת (FIB), כרסום מיקרו, מיקרו-פנייה, אבלציה בלייזר אקצימר, אבלציה בלייזר פמטו-שנייה ועיבוד עיבוד של מיקרו-אלקטרו-פריקה (EDM). תהליכים בקנה מידה אלו משתמשים בטכנולוגיות עיבוד חיסור (כלומר, הסרת חומרים), בעוד שתהליך LIGA הוא תהליך מתוסף. לתהליכי ייצור משני יש יכולות ומפרטי ביצועים שונים. מפרטי ביצועי העיבוד המעניינים כוללים גודל תכונה מינימלי, סובלנות תכונה, דיוק מיקום תכונה, גימור פני השטח וקצב הסרת חומרים (MRR). יש לנו את היכולת לייצור רכיבים אלקטרו-מכניים הדורשים חלקים בקנה מידה מזוני. לחלקים בקנה מידה מיוצר על ידי תהליכי ייצור מזונופי חיסור יש תכונות טריבולוגיות ייחודיות בגלל מגוון החומרים ותנאי פני השטח המיוצרים על ידי תהליכי הייצור השונים. טכנולוגיות עיבוד בקנה מידה חיסור אלו מביאות לנו דאגות הקשורות לניקיון, הרכבה וטריבולוגיה. ניקיון חיוני בייצור מזוני, מכיוון שלכלוך וגודל חלקיקי פסולת שנוצרו במהלך תהליך העיבוד המזוניים יכולים להיות דומה למאפיינים בקנה מידה מזו. כרסום וחריטה בקנה מידה גדול יכולים ליצור שבבים וקוצצים שיכולים לחסום חורים. מורפולוגיה של פני השטח ותנאי גימור פני השטח משתנים מאוד בהתאם לשיטת הייצור המשני. חלקים בקנה מידה קשים לטיפול ויישור מה שהופך את ההרכבה לאתגר שרוב המתחרים שלנו לא מצליחים להתגבר עליו. שיעורי התשואה שלנו בייצור משני גבוהים בהרבה מהמתחרים שלנו, מה שנותן לנו את היתרון ביכולת להציע מחירים טובים יותר.

 

 

 

תהליכי עיבוד בקנה מידה בקנה מידה: טכניקות הייצור העיקריות שלנו הן אלומת יונים ממוקדת (FIB), כרסום מיקרו ומיקרו-פנייה, עיבוד מזו בלייזר, מיקרו-EDM (עיבוד שבבי פריקה אלקטרו)

 

 

 

ייצור משני באמצעות קרן יונים ממוקדת (FIB), כרסום מיקרו ומיקרו-פנייה: ה-FIB מקרטז חומר מחומר עבודה על ידי הפצצת קרן גליום יונית. חומר העבודה מותקן לסט של שלבי דיוק וממוקם בתא ואקום מתחת למקור הגליום. שלבי התרגום והסיבוב בתא הוואקום הופכים מיקומים שונים על חלקת העבודה לזמינים לאלומת יוני הגליום לייצור מזוני FIB. שדה חשמלי שניתן לכוונן סורק את האלומה כדי לכסות אזור מוקרן מוגדר מראש. פוטנציאל מתח גבוה גורם למקור של יוני גליום להאיץ ולהתנגש עם חלק העבודה. ההתנגשויות מרחיקות אטומים מחומר העבודה. התוצאה של תהליך meso-machining FIB יכולה להיות יצירת היבטים אנכיים כמעט. לחלק מה-FIBs הזמינים לנו יש קוטר קרן קטן עד 5 ננומטר, מה שהופך את ה-FIB למכונה בעלת יכולת קנה מידה מזון ואפילו בקנה מידה מיקרו. אנו מרכיבים כלי כרסום מיקרו על מכונות כרסום דיוק גבוה לעיבוד תעלות אלומיניום. באמצעות FIB אנו יכולים לייצר כלי מיקרו-פנייה אשר לאחר מכן ניתן להשתמש בהם על מחרטה לייצור מוטות הברגה דק. במילים אחרות, ניתן להשתמש ב-FIB לעיבוד כלי עבודה קשיחים מלבד תכונות עיבוד מזוי ישירות על חלק העבודה הקצה. קצב הסרת החומר האיטי הפך את ה-FIB לבלתי מעשי לעיבוד ישיר של תכונות גדולות. הכלים הקשיחים, לעומת זאת, יכולים להסיר חומר בקצב מרשים והם עמידים מספיק למספר שעות של זמן עיבוד. אף על פי כן, ה-FIB מעשי לעיבוד ישיר של צורות תלת מימדיות מורכבות שאינן דורשות קצב הסרת חומרים משמעותי. אורך החשיפה וזווית הפגיעה יכולים להשפיע רבות על הגיאומטריה של תכונות מעובדות ישירות.

 

 

 

ייצור Mesomanufacturing בלייזר: לייזר Excimer משמשים לייצור Mesomanufacturing. הלייזר אקצימר מכונות חומר על ידי פעימתו בפעימות ננו-שניות של אור אולטרה סגול. חתיכת העבודה מורכבת לשלבי תרגום מדויקים. בקר מתאם את תנועת חלק העבודה ביחס לקרן לייזר UV הנייחת ומתאם את ירי הפולסים. ניתן להשתמש בטכניקת הקרנת מסכה כדי להגדיר גיאומטריות של עיבוד מסו. המסכה מוכנסת לחלק המורחב של הקרן, שם עוצמת הלייזר נמוכה מכדי להסיר את המסכה. גיאומטריית המסכה מוגדלת דרך העדשה ומוקרנת על חלקת העבודה. ניתן להשתמש בגישה זו לעיבוד חורים (מערכים) מרובים בו זמנית. ניתן להשתמש בלייזרי האקסימר וה-YAG שלנו לעיבוד של פולימרים, קרמיקה, זכוכית ומתכות בגדלים של מאפיינים קטנים עד 12 מיקרון. צימוד טוב בין אורך הגל ה-UV (248 ננומטר) לבין חומר העבודה בייצור מסומני בלייזר / עיבוד meso-machining מביא לקירות תעלות אנכיים. גישת לייזר מזו-עיבוד נקייה יותר היא להשתמש בלייזר Ti-sapphire femtosecond. הפסולת הניתנת לזיהוי מתהליכי ייצור מיזומיים כאלה הם חלקיקים בגודל ננו. ניתן לייצר תכונות עמוקות בגודל מיקרון אחד באמצעות לייזר פמט שנייה. תהליך אבלציה בלייזר של פמט-שנייה הוא ייחודי בכך שהוא שובר קשרים אטומיים במקום חומר אבלציה תרמית. לתהליך ה-meso-machining/micromachining בלייזר פמט-שניות יש מקום מיוחד בייצור המזומני מכיוון שהוא נקי יותר, בעל יכולת מיקרון ואינו ספציפי לחומר.

 

 

 

ייצור מיזומי באמצעות Micro-EDM (עיבוד עיבוד של פריקה אלקטרו): עיבוד שבבי פריקה אלקטרו מסיר חומר באמצעות תהליך שחיקת ניצוץ. מכונות המיקרו-EDM שלנו יכולות לייצר תכונות קטנות עד 25 מיקרון. עבור השוקעת ומכונת המיקרו-EDM החוט, שני השיקולים העיקריים לקביעת גודל התכונה הם גודל האלקטרודה ומרווח התחתית. נעשה שימוש באלקטרודות בקוטר של קצת יותר מ-10 מיקרון ובעל גבם עד כמה מיקרון. יצירת אלקטרודה בעלת גיאומטריה מורכבת עבור מכונת ה-EDM של השקיעה דורשת ידע. גם גרפיט וגם נחושת פופולריים כחומרי אלקטרודה. גישה אחת לייצור אלקטרודת EDM משקע מסובכת עבור חלק בקנה מידה מזוקק היא להשתמש בתהליך LIGA. נחושת, כחומר האלקטרודה, יכולה להיות מצופה בתבניות LIGA. לאחר מכן ניתן להרכיב את אלקטרודת LIGA הנחושת על מכונת ה-EDM של השקיעה לייצור חלק מחומר אחר כגון נירוסטה או קובר.

 

 

 

אף תהליך ייצור משני אינו מספיק עבור כל הפעולות. כמה תהליכים בקנה מידה מרובים יותר מאחרים, אבל לכל תהליך יש את הנישה שלו. רוב הזמן אנו דורשים מגוון של חומרים כדי לייעל את הביצועים של רכיבים מכניים והם נוחים עם חומרים מסורתיים כגון נירוסטה מכיוון שלחומרים אלו יש היסטוריה ארוכה והם אופיינו היטב לאורך השנים. תהליכי ייצור מזונו מאפשרים לנו להשתמש בחומרים מסורתיים. טכנולוגיות עיבוד בקנה מידה חיסורי מרחיבות את בסיס החומרים שלנו. התפרצות עשויה להיות בעיה עם שילובי חומרים מסוימים בייצור משני. כל תהליך עיבוד מסויים מסויים משפיע באופן ייחודי על חספוס פני השטח והמורפולוגיה. מיקרו כרסום ומיקרו-סיבוב עלולים ליצור כתמים וחלקיקים שעלולים לגרום לבעיות מכניות. Micro-EDM עשוי להשאיר שכבה מחודשת שיכולה להיות בעלת מאפייני בלאי וחיכוך מיוחדים. להשפעות החיכוך בין חלקים בקנה מידה יש נקודות מגע מוגבלות ואינן מעוצבות במדויק על ידי מודלים של מגע פני השטח. טכנולוגיות מסוימות לעיבוד שבבי בקנה מידה, כמו מיקרו-EDM, הן בשלות למדי, בניגוד לאחרות, כמו עיבוד מזו-עיבוד בלייזר פמט שנייה, שעדיין דורשות פיתוח נוסף.