Mesoscale Manufacturing / Mesomanufacturing

Med konventionella produktionstekniker producerar vi strukturer i "makroskala" som är relativt stora och synliga för blotta ögat. With MESOMANUFACTURING men vi producerar komponenter för miniatyrenheter. Mesomanufacturing kallas också MESOSCALE MANUFACTURING or_cc781900-31b-581905-31b-581905-31b-581905-31b-581905-31b-581905-31b-5cf58d_or_cc781905-31b-5cf58d_or_cc781905-31b-581900-31b-581900-31b-581905-31b-581900-31b-581900-31b Mesomanufacturing överlappar både makro- och mikrotillverkning. Exempel på mesotillverkning är hörapparater, stentar, mycket små motorer.

 

 

 

Det första tillvägagångssättet inom mesomanufacturing är att skala ner makrotillverkningsprocesser. Till exempel är en liten svarv med dimensioner på några dussin millimeter och en motor på 1,5W som väger 100 gram ett bra exempel på mesomtillverkning där nedskalning har skett. Det andra tillvägagångssättet är att skala upp mikrotillverkningsprocesser. Som ett exempel kan LIGA-processer uppskalas och gå in i mesomtillverkningens område.

 

 

 

Våra mesotillverkningsprocesser överbryggar gapet mellan kiselbaserade MEMS-processer och konventionell miniatyrbearbetning. Mesoskaliga processer kan tillverka två- och tredimensionella delar med mikronstorleksegenskaper i traditionella material som rostfritt stål, keramik och glas. Mesomatillverkningsprocesser som för närvarande är tillgängliga för oss inkluderar sputtering med fokuserad jonstråle (FIB), mikrofräsning, mikrosvarvning, excimerlaserablation, femto-sekund laserablation och mikroelektrourladdning (EDM). Dessa mesoskala processer använder subtraktiva bearbetningstekniker (dvs materialborttagning), medan LIGA processen är en additiv mesoskala process. Mesomtillverkningsprocesser har olika kapacitet och prestandaspecifikationer. Specifikationer för bearbetningsprestanda av intresse inkluderar minimistorlek, funktionstolerans, funktionsplaceringsnoggrannhet, ytfinish och materialborttagningshastighet (MRR). Vi har förmågan att mesotillverka elektromekaniska komponenter som kräver delar i mesoskala. Delarna i mesoskala som tillverkas genom subtraktiva mesomtillverkningsprocesser har unika tribologiska egenskaper på grund av mångfalden av material och ytförhållanden som produceras av de olika mesotillverkningsprocesserna. Dessa subtraktiva mesoskala bearbetningsteknologier ger oss oro relaterade till renlighet, montering och tribologi. Renlighet är avgörande i mesotillverkning eftersom mesoskala smuts och skräp partikelstorlek som skapas under meso-bearbetningsprocessen kan vara jämförbar med mesoscale funktioner. Mesoskalig fräsning och svarvning kan skapa spån och grader som kan blockera hål. Ytmorfologi och ytfinishförhållanden varierar mycket beroende på mesomtillverkningsmetod. Mesoskaliga delar är svåra att hantera och rikta in vilket gör monteringen till en utmaning som de flesta av våra konkurrenter inte klarar av. Våra avkastningsgrader inom mesomtillverkning är mycket högre än våra konkurrenter vilket ger oss fördelen att kunna erbjuda bättre priser.

 

 

 

MESOSKALA BEARBETNINGSPROCESSER: Våra viktigaste mesotillverkningstekniker är fokuserad jonstråle (FIB), mikrofräsning och mikrosvarvning, lasermesobearbetning, mikro-EDM (elektrourladdningsbearbetning)

 

 

 

Mesomtillverkning med fokuserad jonstråle (FIB), mikrofräsning och mikrosvarvning: FIB sputter material från ett arbetsstycke genom bombardemang med galliumjonstråle. Arbetsstycket är monterat på en uppsättning precisionssteg och placeras i en vakuumkammare under galliumkällan. Translations- och rotationsstegen i vakuumkammaren gör olika platser på arbetsstycket tillgängliga för strålen av galliumjoner för FIB-mesomtillverkning. Ett avstämbart elektriskt fält skannar strålen för att täcka ett fördefinierat projicerat område. En hög spänningspotential gör att en källa av galliumjoner accelererar och kolliderar med arbetsstycket. Kollisionerna tar bort atomer från arbetsstycket. Resultatet av FIB meso-bearbetningsprocessen kan vara skapandet av nästan vertikala aspekter. Vissa FIB:er tillgängliga för oss har stråldiametrar så små som 5 nanometer, vilket gör FIB till en maskin med mesoskala och till och med mikroskala. Vi monterar mikrofräsverktyg på högprecisionsfräsmaskiner för att bearbeta kanaler i aluminium. Med FIB kan vi tillverka mikrosvarvverktyg som sedan kan användas på en svarv för att tillverka fingängade stavar. Med andra ord kan FIB användas för att bearbeta hårda verktyg förutom direkt mesobearbetning på ändarbetsstycket. Den långsamma materialavlägsningshastigheten har gjort FIB lika opraktisk för direkt bearbetning av stora detaljer. De hårda verktygen kan dock ta bort material i en imponerande hastighet och är tillräckligt hållbara för flera timmars bearbetningstid. Ändå är FIB praktisk för direkt mesobearbetning av komplexa tredimensionella former som inte kräver en betydande materialavlägsningshastighet. Exponeringslängden och infallsvinkeln kan i hög grad påverka geometrin hos direkt bearbetade detaljer.

 

 

 

Lasermesomanufacturing: Excimerlasrar används för mesomanufacturing. Excimerlasern bearbetar material genom att pulsera det med nanosekundspulser av ultraviolett ljus. Arbetsstycket är monterat i precisionstranslationssteg. En styrenhet koordinerar arbetsstyckets rörelse i förhållande till den stationära UV-laserstrålen och koordinerar avfyrningen av pulserna. En maskprojektionsteknik kan användas för att definiera mesobearbetningsgeometrier. Masken förs in i den expanderade delen av strålen där laserfluensen är för låg för att ablatera masken. Maskgeometrin förstoras genom linsen och projiceras på arbetsstycket. Detta tillvägagångssätt kan användas för att bearbeta flera hål (matriser) samtidigt. Våra excimer- och YAG-lasrar kan användas för att bearbeta polymerer, keramik, glas och metaller med egenskaper så små som 12 mikron. Bra koppling mellan UV-våglängden (248 nm) och arbetsstycket vid lasermesomtillverkning/mesobearbetning resulterar i vertikala kanalväggar. En renare lasermeso-bearbetningsmetod är att använda en Ti-sapphire femtosekundlaser. Det detekterbara skräpet från sådana mesotillverkningsprocesser är partiklar i nanostorlek. Funktioner i djup en mikronstorlek kan mikrotillverkas med femtosekundlasern. Femtosekundlaserablationsprocessen är unik genom att den bryter atombindningar istället för termiskt ablerande material. Femtosekundlasermeso-bearbetning / mikrobearbetningsprocessen har en speciell plats i mesomtillverkning eftersom den är renare, mikronkapabel och den är inte materialspecifik.

 

 

 

Mesomtillverkning med hjälp av Micro-EDM (elektrourladdningsbearbetning): Elektrourladdningsbearbetning tar bort material genom en gnistrerosionsprocess. Våra mikro-EDM-maskiner kan producera funktioner så små som 25 mikron. För sänket och trådmikro-EDM-maskinen är de två huvudsakliga övervägandena för att bestämma särdragsstorleken elektrodstorleken och överrumsgapet. Elektroder som är lite över 10 mikrometer i diameter och överkroppar så lite som några mikrometer används. Att skapa en elektrod med en komplex geometri för sinker EDM-maskinen kräver kunskap. Både grafit och koppar är populära som elektrodmaterial. Ett tillvägagångssätt för att tillverka en komplicerad sinker EDM-elektrod för en del i mesoskala är att använda LIGA-processen. Koppar, som elektrodmaterial, kan pläteras i LIGA-formar. Koppar-LIGA-elektroden kan sedan monteras på sinker EDM-maskinen för mesomtillverkning av en del i ett annat material såsom rostfritt stål eller kovar.

 

 

 

Ingen mesotillverkningsprocess är tillräcklig för alla operationer. Vissa mesoskala processer är mer omfattande än andra, men varje process har sin nisch. För det mesta kräver vi en mängd olika material för att optimera prestanda hos mekaniska komponenter och är bekväma med traditionella material som rostfritt stål eftersom dessa material har en lång historia och har karaktäriserats mycket väl genom åren. Mesotillverkningsprocesser tillåter oss att använda traditionella material. Subtraktiva mesoskala bearbetningsteknologier utökar vår materialbas. Galling kan vara ett problem med vissa materialkombinationer inom mesomtillverkning. Varje speciell mesoskala bearbetningsprocess påverkar unikt ytjämnheten och morfologin. Mikrofräsning och mikrosvarvning kan generera grader och partiklar som kan orsaka mekaniska problem. Micro-EDM kan lämna ett omgjutet lager som kan ha speciella slitage- och friktionsegenskaper. Friktionseffekter mellan delar i mesoskala kan ha begränsade kontaktpunkter och modelleras inte exakt av ytkontaktmodeller. Vissa mesoskala bearbetningsteknologier, såsom mikro-EDM, är ganska mogna, till skillnad från andra, såsom femtosekund laser meso-bearbetning, som fortfarande kräver ytterligare utveckling.