Fabricación de mesoescala - Mesoscale manufacturing
La fabricación a mesoescala es el proceso de creación de componentes y productos en un rango de aproximadamente 0,1 mm a 5 mm con alta precisión y precisión utilizando una amplia variedad de materiales de ingeniería. Los procesos de mesofabricación están llenando el vacío entre los procesos de macro y microfabricación y se superponen a ambos. (ver foto). Otras tecnologías de fabricación son la nanoescala (<100 nm), la microescala (100 nm a 100 µm) y la fabricación a macroescala (> 0,5 mm).
Aplicaciones
Las aplicaciones de la mesofabricación incluyen electrónica , biotecnología , óptica , medicina , aviónica , comunicaciones y otras áreas. Las aplicaciones específicas incluyen relojes mecánicos y motores y cojinetes extremadamente pequeños; lentes para cámaras y otras micropartes para teléfonos móviles; microbaterías, pilas de combustible de mesoescala, bombas de microescala, válvulas y dispositivos de mezcla para reactores microquímicos; implantes biomédicos, microagujeros para fibra óptica; dispositivos médicos como stents y válvulas; mini boquillas para chorros de alta temperatura; moldes de mesoescala; fábricas de escritorio o micro fábricas, y muchas otras.
Procesos
La fabricación en la mesoescala se puede lograr reduciendo los procesos de fabricación a macroescala o ampliando los procesos de nanofabricación. Las técnicas de macroescala como el mecanizado de fresado y torno se han utilizado con éxito para crear características en el rango de 25 µm. Meso Machine Tools (mMT), por ejemplo, una fresadora miniaturizada, es una expansión del uso de técnicas tradicionales de macroescala para fabricar productos de mesoescala. Con la limitación de la vibración autoexcitada de las máquinas herramienta y la fatiga, se crean microconjuntos y fresados a micro y mesoescala para mejorar la máxima rigidez y el funcionamiento dinámico del proceso de fresado, lo que mejora el rendimiento general de la fabricación. El desarrollo de mMT ha revelado muchos desafíos que son específicos del mecanizado a pequeña escala. Estos desafíos se derivan de la gran influencia del tamaño de grano a escalas pequeñas y la necesidad de tolerancias extremadamente pequeñas tanto para las máquinas herramienta como para las herramientas de medición.
El mecanizado láser es una técnica tradicional que utiliza pulsos de nanosegundos de luz ultravioleta para crear características de mesoescala como agujeros, filetes, etc. La eliminación de material durante el mecanizado láser es proporcional al tiempo de exposición y, por lo tanto, este proceso se puede utilizar para crear características tridimensionales.
Una técnica menos tradicional consiste en utilizar la pulverización catódica con haz de iones enfocado (FIB) para eliminar material. Este proceso implica enfocar un haz de iones, como el galio , a la pieza de trabajo y esto hace que se elimine el material. El uso de pulverización catódica FIB tiene una tasa relativamente baja de eliminación de material y, por lo tanto, tiene una aplicación limitada.
El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es otro proceso de fabricación sustractivo utilizado en la mesoescala. Este proceso requiere que se transfiera electricidad entre el electrodo de la herramienta y la pieza de trabajo y, por lo tanto, solo se puede utilizar para fabricar materiales que conduzcan la electricidad. Una ventaja de la electroerosión es que se puede utilizar en materiales duros que no funcionan bien en los procesos de mecanizado tradicionales, como el titanio.