微技术的魅力

作者：Thomas Weisener    来源：AI汽车制造业

欢迎访问e展厅 展厅 4 激光切割机展厅 激光切割机, 激光切割机床, 激光加工机, 激光打孔机, ... Thomas Weisener博士 德国机械设备制造业联合会（VDMA）微技术专业组主席 微系统技术有着光明的未来。这是因为微米或纳米级小型结构的微型部件和金银丝细品越来越受到欢迎。如生物技术人员就希望能够获得带有微型导液槽的部件或在生物芯片里加入微型泵；汽车工业希望汽油发动机和柴油发动机能够获得更小型化的喷油嘴；传感器的生产厂家也正在把微型化技术向前推进。“尽管所预测的经济状况正在走弱，但是微技术的发展还是会高于平均水平的，其增长会达到20%~30%。”位于Parchim的HNP微系统有限公司的总经理和德国机械设备制造业联合会（VDMA）微技术专业组主席Thomas Weisener博士这样认定。 在加工某些微型部件时，加工力度或毛刺会对微型部件的功能带来负面影响，因此机械加工工艺往往会遇到其应用极限。此外，对带有深型腔的工件外形，机械加工工艺也无能为力。在此情况下，非接触式切削加工工艺，如激光切割以及近年来兴起的所谓电化学铣削就可以发挥出极大的优势。 激光可通过各种合适的光源 实现对所有材料的加工 “规格在100nm以下的极细微的结构在如今采用飞秒（10-15s）激光装置，可优先被运用在陶瓷材料、半导体和玻璃上。”斯图加特大学流体工具学院激光研发和激光光学技术系主任Andreas Vo?博士揭示出了激光微型加工的优势。激光非常灵活，精度很高，并可以（在合适的光源下）加工所有材料。这与要求材料具备导电性的微型蚀刻技术相比，具有很大的优越性。 在“纳秒（10-9s）和皮秒（10-12s）范围内的围脉冲宽度的固体激光技术基本上都可用于微型加工场合。”Vo?博士解释说。因此，可以优先把2~200ns脉冲宽度和典型的1~200kHz重复频率的激光用于要求生产效率较高的场合。“这不仅在于简单、便宜和成熟的技术，而且还在于每个激光脉冲可以达到10μm的切割深度。”缺点是很高的熔化比，使得加工精度受到限制。 皮秒激光可以用于需要高精度和细微结构以及需要一次加工完成的场合。但是，典型的切割深度大约为每脉冲1μm。 飞秒激光技术在工业上的应用尚未普及，这是因为这种工艺在几年前才出现可使用的形式，使用成本还很高。这种激光工艺可以用于非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体加工上，实现真正无熔化、超精密和无损伤的切割作业。 采用微激光装置进行加工能够达到何种质量，这还要取决于加工材料、加工深度、镂空形状、切割效率和光源等，因此无法实现普及化。Mittweida大学项目负责人Robby Ebert列举了通常只有在某些特定材料，如钛，所能达到的钻孔和厚度为30μm的激光钻孔：“我们已经为一个客户实现了直径为27±1μm的钻孔加工。” 工具制造业中的电化学铣削 在加工极小钻孔、沟槽或隔板时，成熟的微加工技术有时也会遭遇竞争对手——所谓的电化学铣削。2001年柏林Max-Planck研究院Fritz-Haber研究所研发的这种新型加工工艺已经走出实验室，应用在了工业制造加工领域。位于Holzgerlingen的ECMTEC 公司在2008年秋天推出了成熟的Mikro电化学铣床。“电化学微型铣削的优点在于刀具无磨损、无接触、无毛刺和所有金属材料的无热应力切削。”公司总经理Thomas Gmelin解释说。同时他也作了限定，“但是，几乎每一种材料都需要一种合适的电解质。”目前刀具直径范围是2~500μm、进刀速度大约为1μm/s的设备可以对CrNi钢、工具钢和纯金属如铜、镍、金和钨等进行加工。 针对注塑模具制造，该方法也是很有效的。“在此种场合中，型腔通过电腐蚀和铣削进行准备工序。”Gmelin说道：“出于所需的精度或结构细微程度的考虑，不能采用其他加工方法，而只能采用电化学铣削。”他列举了另一个重要的应用场合，即是为避免因采用热载荷而导致部件结构发生改变，或所产生的应力造成部件过早磨损而采用电化学加工。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (10/2/2009)