微技術(shù)的魅力
2012/5/16 0:19:32
微系統(tǒng)技術(shù)有著光明的未來(lái)。這是由于微米或納米級(jí)小型結(jié)構(gòu)的微型部件和金銀絲細(xì)品越來(lái)越受到歡迎。如生物技術(shù)職員就�？茨軌颢@得帶有微型導(dǎo)液槽的部件或在生物芯片里加進(jìn)微型泵；汽車(chē)產(chǎn)業(yè)�？雌桶l(fā)動(dòng)機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)性能夠獲得更小型化的噴油嘴；傳感器的生產(chǎn)廠(chǎng)家也正在把微型化技術(shù)向前推進(jìn)�！氨M管所猜測(cè)的經(jīng)濟(jì)狀況正在走弱，但是微技術(shù)的發(fā)展還是會(huì)高于均勻水平的，其增長(zhǎng)會(huì)達(dá)到20%~30%�！蔽挥赑archim的HNP微系統(tǒng)有限公司的總經(jīng)理和德國(guó)機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)（VDMA）微技術(shù)專(zhuān)業(yè)組主席Thomas Weisener博士這樣認(rèn)定。
在加工某些微型部件時(shí)，加工力度或毛刺會(huì)對(duì)微型部件的功能帶來(lái)負(fù)面影響，因此機(jī)械加工工藝往往會(huì)碰到其應(yīng)用極限。此外，對(duì)帶有深型腔的工件外形，機(jī)械加工工藝也無(wú)能為力。在此情況下，非接觸式切削加工工藝，如激光切割以及近年來(lái)興起的所謂電化學(xué)銑削就可以發(fā)揮出極大的上風(fēng)。
激光可通過(guò)各種合適的光源
實(shí)現(xiàn)對(duì)所有材料的加工
“規(guī)格在100nm以下的極細(xì)微的結(jié)構(gòu)在如今采用飛秒（10-15s）激光裝置，可優(yōu)先被運(yùn)用在陶瓷材料、半導(dǎo)體和玻璃上�！彼箞D加特大學(xué)流體工具學(xué)院激光研發(fā)和激光光學(xué)技術(shù)系主任Andreas Vo?博士揭示出了激光微型加工的上風(fēng)。激光非常靈活，精度很高，并可以（在合適的光源下）加工所有材料。這與要求材料具備導(dǎo)電性的微型蝕刻技術(shù)相比，具有很大的優(yōu)越性。
在“納秒（10-9s）和皮秒（10-12s）范圍內(nèi)的圍脈沖寬度的固體激光技術(shù)基本上都可用于微型加工場(chǎng)合�！盫o?博士解釋說(shuō)。因此，可以?xún)?yōu)先把2~200ns脈沖寬度和典型的1~200kHz重復(fù)頻率的激光用于要求生產(chǎn)效率較高的場(chǎng)合�！斑@不僅在于簡(jiǎn)單、便宜和成熟的技術(shù)，而且還在于每個(gè)激光脈沖可以達(dá)到10μm的切割深度�！比秉c(diǎn)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細(xì)微結(jié)構(gòu)以及需要一次加工完成的場(chǎng)合。但是，典型的切割深度大約為每脈沖1μm。
飛秒激光技術(shù)在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用尚未普及，這是由于這種工藝在幾年前才出現(xiàn)可使用的形式，使用本錢(qián)還很高。這種激光工藝可以用于非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體加工上，實(shí)現(xiàn)真正無(wú)熔化、超精密和無(wú)損傷的切割作業(yè)。
采用微激光裝置進(jìn)行加工能夠達(dá)到何種質(zhì)量，這還要取決于加工材料、加工深度、鏤空外形、切割效率和光源等，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)普及化。Mittweida大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Robby Ebert列舉了通常只有在某些特定材料，如鈦，所能達(dá)到的鉆孔和厚度為30μm的激光鉆孔：“我們已經(jīng)為一個(gè)客戶(hù)實(shí)現(xiàn)了直徑為27±1μm的鉆孔加工�！�
工具制造業(yè)中的電化學(xué)銑削
在加工極小鉆孔、溝槽或隔板時(shí)，成熟的微加工技術(shù)有時(shí)也會(huì)遭遇競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——所謂的電化學(xué)銑削。2001年柏林Max-Planck研究院Fritz-Haber研究所研發(fā)的這種新型加工工藝已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用在了產(chǎn)業(yè)制造加工領(lǐng)域。位于Holzgerlingen的ECMTEC 公司在2008年秋天推出了成熟的Mikro電化學(xué)銑床�！半娀瘜W(xué)微型銑削的優(yōu)點(diǎn)在于刀具無(wú)磨損、無(wú)接觸、無(wú)毛刺和所有金屬材料的無(wú)熱應(yīng)力切削�！惫究偨�(jīng)理Thomas Gmelin解釋說(shuō)。同時(shí)他也作了限定，“但是，幾乎每一種材料都需要一種合適的電解質(zhì)�！蹦壳暗毒咧睆椒秶�2~500μm、進(jìn)刀速度大約為1μm/s的設(shè)備可以對(duì)CrNi鋼、工具鋼和純金屬如銅、鎳、金和鎢等進(jìn)行加工。
針對(duì)注塑模具制造，該方法也是很有效的。“在此種場(chǎng)合中，型腔通過(guò)電腐蝕和銑削進(jìn)行預(yù)備工序�！盙melin說(shuō)道：“出于所需的精度或結(jié)構(gòu)細(xì)微程度的考慮，不能采用其他加工方法，而只能采用電化學(xué)銑削�！彼信e了另一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)合，即是為避免因采用熱載荷而導(dǎo)致部件結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或所產(chǎn)生的應(yīng)力造成部件過(guò)早磨損而采用電化學(xué)加工
在加工某些微型部件時(shí)，加工力度或毛刺會(huì)對(duì)微型部件的功能帶來(lái)負(fù)面影響，因此機(jī)械加工工藝往往會(huì)碰到其應(yīng)用極限。此外，對(duì)帶有深型腔的工件外形，機(jī)械加工工藝也無(wú)能為力。在此情況下，非接觸式切削加工工藝，如激光切割以及近年來(lái)興起的所謂電化學(xué)銑削就可以發(fā)揮出極大的上風(fēng)。
激光可通過(guò)各種合適的光源
實(shí)現(xiàn)對(duì)所有材料的加工
“規(guī)格在100nm以下的極細(xì)微的結(jié)構(gòu)在如今采用飛秒（10-15s）激光裝置，可優(yōu)先被運(yùn)用在陶瓷材料、半導(dǎo)體和玻璃上�！彼箞D加特大學(xué)流體工具學(xué)院激光研發(fā)和激光光學(xué)技術(shù)系主任Andreas Vo?博士揭示出了激光微型加工的上風(fēng)。激光非常靈活，精度很高，并可以（在合適的光源下）加工所有材料。這與要求材料具備導(dǎo)電性的微型蝕刻技術(shù)相比，具有很大的優(yōu)越性。
在“納秒（10-9s）和皮秒（10-12s）范圍內(nèi)的圍脈沖寬度的固體激光技術(shù)基本上都可用于微型加工場(chǎng)合�！盫o?博士解釋說(shuō)。因此，可以?xún)?yōu)先把2~200ns脈沖寬度和典型的1~200kHz重復(fù)頻率的激光用于要求生產(chǎn)效率較高的場(chǎng)合�！斑@不僅在于簡(jiǎn)單、便宜和成熟的技術(shù)，而且還在于每個(gè)激光脈沖可以達(dá)到10μm的切割深度�！比秉c(diǎn)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細(xì)微結(jié)構(gòu)以及需要一次加工完成的場(chǎng)合。但是，典型的切割深度大約為每脈沖1μm。
飛秒激光技術(shù)在產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用尚未普及，這是由于這種工藝在幾年前才出現(xiàn)可使用的形式，使用本錢(qián)還很高。這種激光工藝可以用于非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體加工上，實(shí)現(xiàn)真正無(wú)熔化、超精密和無(wú)損傷的切割作業(yè)。
采用微激光裝置進(jìn)行加工能夠達(dá)到何種質(zhì)量，這還要取決于加工材料、加工深度、鏤空外形、切割效率和光源等，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)普及化。Mittweida大學(xué)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Robby Ebert列舉了通常只有在某些特定材料，如鈦，所能達(dá)到的鉆孔和厚度為30μm的激光鉆孔：“我們已經(jīng)為一個(gè)客戶(hù)實(shí)現(xiàn)了直徑為27±1μm的鉆孔加工�！�
工具制造業(yè)中的電化學(xué)銑削
在加工極小鉆孔、溝槽或隔板時(shí)，成熟的微加工技術(shù)有時(shí)也會(huì)遭遇競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手——所謂的電化學(xué)銑削。2001年柏林Max-Planck研究院Fritz-Haber研究所研發(fā)的這種新型加工工藝已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)用在了產(chǎn)業(yè)制造加工領(lǐng)域。位于Holzgerlingen的ECMTEC 公司在2008年秋天推出了成熟的Mikro電化學(xué)銑床�！半娀瘜W(xué)微型銑削的優(yōu)點(diǎn)在于刀具無(wú)磨損、無(wú)接觸、無(wú)毛刺和所有金屬材料的無(wú)熱應(yīng)力切削�！惫究偨�(jīng)理Thomas Gmelin解釋說(shuō)。同時(shí)他也作了限定，“但是，幾乎每一種材料都需要一種合適的電解質(zhì)�！蹦壳暗毒咧睆椒秶�2~500μm、進(jìn)刀速度大約為1μm/s的設(shè)備可以對(duì)CrNi鋼、工具鋼和純金屬如銅、鎳、金和鎢等進(jìn)行加工。
針對(duì)注塑模具制造，該方法也是很有效的。“在此種場(chǎng)合中，型腔通過(guò)電腐蝕和銑削進(jìn)行預(yù)備工序�！盙melin說(shuō)道：“出于所需的精度或結(jié)構(gòu)細(xì)微程度的考慮，不能采用其他加工方法，而只能采用電化學(xué)銑削�！彼信e了另一個(gè)重要的應(yīng)用場(chǎng)合，即是為避免因采用熱載荷而導(dǎo)致部件結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，或所產(chǎn)生的應(yīng)力造成部件過(guò)早磨損而采用電化學(xué)加工
