微加工工艺 - 现代加工技术

机械微机械加工过程包括超声波加工(USM)，磨料水射流加工(AJM)，水射流加工(WJM)等。这些微机械加工过程主要利用机械力去除材料。在这些加工过程中，微型超声加工是最可接受的加工工艺，在现代工业中广泛应用于各种微机械加工。关于超声波加工(USM)、磨料水射流加工(AJM)、水射流加工(WJM)和聚焦离子束(FIB)宏域的详细讨论已经在前面提到过了。第三章。然而，鉴于其在微制造领域的广泛成功实施，本章对微超声波加工(USM)进行了详细的讨论。下面还简要介绍了超声波加工(USM)、磨料水射流加工(AJM)、水射流加工(WJM)以及用于微机械加工的聚焦离子束(FIB)的基本概念。超声加工利用超声振动对主要生产的、韧性和韧性的同轴微刀具进行各种导电、非导电、非导电、硬或脆性材料如玻璃、陶瓷等微机械加工。加工过程中，微刀具与工件之间的小切削间隙被连续流动的磨料填满，微小的磨粒在微刀具的每一次频繁重复的线性往复运动下运动和冲击着工件表面。在每一次向下运动中，数千颗磨料颗粒的同时撞击会导致陨石坑的形成和数百万屑的去除。超声波加工(USM)的应用很少包括斜孔和方形孔的制造，MEMS的微器件，石英和合成红宝石的微结构，沟槽。用于航空航天、医疗和电子等日益增长的领域。

磨料水射流加工(AJM)的机理包括利用松散磨粒的动能去除材料。先使用耐磨面罩涂敷工作表面，除待加工所留下的药剂外。因此，加工过程中使用的掩模的几何形状和尺寸也决定了最终形状的几何和尺寸。在机械加工过程中，整个工作表面都是在气体射流或携带松散磨料颗粒的空气中暴露出来的。磨粒一种松散的磨粒，粒度约为50粒 速度为150-400的μm打击 M/s和冲击工作表面的裸露面积，导致材料的去除，导致脆性断裂和形成所需的形状。与普通喷砂不同，磨料水射流加工(AJM)过程中可以更精确控制的材料去除率包括磨料颗粒的尺寸和类型、磨料的流量、伴随气体的压力、工作材料类型等。在加工过程中常用的磨料颗粒包括碳化硅、氧化铝、碳化硼等。磨料水射流加工(AJM)的应用包括切割、蚀刻、去毛刺、抛光或擦拭各种脆性材料，如陶瓷、玻璃等，用于制造精细的复杂特征。然而，用湿法化学蚀刻等其他工艺加工陶瓷材料的成本相对较高。磨料水射流加工(AJM)的其他应用包括在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上产生孔洞和孔道，用于微机电系统(Mems)的元件的制造。在光电子领域，电子设备和橡胶模板上的标记，玻璃表面的磨砂，刻有数字，车窗上的代码，玻璃上自由站立和复杂三维显微特征的制作等

水射流加工(WJM)利用水射流的动能从工件上去除材料。喷气式飞机的高速飞行速度高达900。 当动能瞬间转变为压力能时，到达工作表面的M/s比正常停滞压力高出3倍。当产生的压力足够高，足以克服形成工件的组成元素和分子的结合力时，就会发生材料去除。为了创造和保持足够的压力进行加工操作，典型的水射流加工(WJM)系统由适当的抽油机、用于在闲置期间储存压力能量的高压液压蓄能器和为下一次操作引入更顺畅的流量的高压液压蓄能器、不同类型的喷嘴、阀门、管件等组成。水射流加工(WJM)作为一种高度生态友好的工艺，广泛用于切割木材、瓦楞纸板等多孔材料，以及铅、石棉、橡胶等不同柔软材料的表面光洁度和直线度。水射流加工(WJM)的其他应用包括岩石挖掘。切割纤维、砂石加工特性、切割汽车工业用聚乙烯、煤炭钻探和水力采矿、炼油厂和化工厂的除鳞和清洗等。水射流加工(WJM)的多道次操作用于产生厚度较高的特性，而对黄铜、铜、铝等难加工材料的加工要求极高的水射流压力，这对商业用途是有害的。聚焦离子束(FIB)或IBM是利用特定直径、高强度的离子束逐个原子去除材料原子的另一种加工方法。整个过程需要在真空室内进行，以避免离子和大气气体分子之间的相互作用。目前，镓主要用作液态金属离子源，当镓离子溅射和加速镓离子移除工件原子、正离子和二次电子时，镓离子会撞击工件表面并发生机械加工。移位的离子、原子或电子将其动量转移到周围，物质的去除继续进行。聚焦离子束(FIB)加工中的材料去除率高度依赖于溅射成品率，可以通过控制不同的影响参数，如加速离子能量、原子类型、基片离子类型、撞击方向和密度等来控制溅射率。这种离子溅射工艺的主要优点在于其在操作过程中对工件的热效应可以忽略不计，但该工艺还远远不够经济。聚焦离子束(FIB)的各种优点包括微/纳米零件的加工，如微细电火花加工工具和模具的加工，微端铣刀的制造，成形的微零件的制造，外科显微工具的制造，金刚石微锭的制造，组织稳定器的制造。以及用于生物技术等的不同纳米元件。