Piezas micro mecánicas_ _Micromaquinado de ranuras en la superficie interna del rodamiento
Palabras clave: Micro piezas mecánicas, Micromaquinado de piezas de acero inoxidable, Piezas de cobre en miniatura, Litografía láser y grabado electrolítico de la superficie interna del rodamiento aerostático
Resumen: La aplicación de la tecnología de escaneo láser y fotolitografía en la superficie interna de tuberías de diámetro pequeño se ha estudiado en el procesamiento de ranuras precisas de cojinetes de aire. La tecnología de escritura directa y litografía con láser y la posterior tecnología de grabado electrolítico se utilizan para formar con precisión una banda estrecha con un ancho predeterminado de 28 micras en la superficie de un tubo de cobre con un diámetro interno de 2 milímetros, creando así una ranura. El tubo se corta y se fabrica en casquillo de cojinete, y luego se procesa el eje con el casquillo de cojinete de aire. Se inserta un eje hueco de aleación de aluminio en el mismo, y el eje está soportado por cojinetes neumáticos y cojinetes de empuje electromagnéticos dispuestos en ambos extremos. Luego, al volar en el aire, el eje puede girar suavemente a altas velocidades por encima de 20,000 rpm. Con las técnicas de procesamiento convencionales, es difícil formar surcos alargados precisos en la superficie interna de una tubería tan fina. Los resultados del estudio muestran que la combinación de litografía y técnicas de grabado es muy efectiva cuando se procesan piezas micromecánicas y requieren la formación de surcos en sus superficies internas.
1. Introducción
Es muy difícil mecanizar texturas finas o ranuras en la superficie interna de una tubería de diámetro pequeño. Incluso si la herramienta mecánica se puede colocar dentro de la tubería y se puede conducir geométricamente, el diámetro interno mínimo de la tubería está limitado por el tamaño de la herramienta y el eje. Además, debido a que la fuerza de corte actúa sobre el tubo de muestra fino, se deformará o la mesa de trabajo que soporta el tubo de muestra se moverá repentinamente, lo que debe considerarse de antemano.
Por otro lado, con la litografía de escaneo láser, cualquier patrón de resistencia fina se definirá en la superficie interna de la tubería que tenga un diámetro interno de menos de 1 mm, y estas tuberías no llevan ninguna fuerza externa. Además, si la superficie interna de la tubería está marcada con un patrón anticorrosión y se puede grabar electrolíticamente de manera apropiada, se obtendrán surcos precisos.
En general, se cree que las técnicas de grabado interno descritas anteriormente y las técnicas de grabado electrolítico pueden usarse para el procesamiento de ranuras en cojinetes. En particular, el par de ranuras paralelas diagonales conocidas como "espiga", esperamos que sea adecuado para cojinetes neumáticos de alta velocidad o cojinetes hidrostáticos. De hecho, las finas ranuras en espiga en la superficie interna del tubo de cobre de 2 mm de diámetro interno mencionado en este documento se procesan de esta manera. Además, las tuberías se toman muy cortas y luego se convierten en casquillos. Además, las tuberías se interceptan muy cortas y luego se convierten en casquillos. El manguito se fija en el centro del eje, y se inserta un eje hueco de aluminio en el mismo. El eje hueco de aluminio y los agujeros en la pared de la tubería reciben aire, y el eje está soportado por dos pares de cojinetes de espiga. El peso del rotor es soportado por varios pares de componentes de neodimio fuertes. Por lo tanto, cuando se sopla el aire como la fuerza impulsora del rotor, el rotor gira suavemente a una velocidad de rotación alta que excede las 20,000 rpm. El cambio y la fluctuación de la velocidad de rotación se reduce mucho en comparación con un rotor sin cojinete de aire.
2. Fotolitografía en la superficie interna del tubo fino.
El principio de la tecnología de escaneo láser y fotolitografía utilizada en la superficie del tubo de cobre fino se muestra en la Fig. 1, y el sistema de exposición manual para la investigación se muestra en la Fig. 2. Se usó un láser violeta semiconductor con una longitud de onda de 408 nm como una fuente de luz de exposición (láser: TC20-405 / 20-4.5 / 15, y su modelo: DPS-5004). La luz emitida cambió de forma mediante un agujero de alfiler con un diámetro de 423 μm, y la imagen de la superficie interna del tubo de muestra se amplió 20 veces utilizando una combinación de un ocular 2x y una lente objetivo 10x. A 45 grados de la varilla de reflexión insertada en la tubería desde el otro extremo, el rayo láser se redirige, y luego se genera un punto circular que tiene un diámetro mayor que 1/20 del tamaño del orificio en la superficie de la muestra.
Usando la luz reflejada desde el punto de iluminación, se genera una imagen del punto de iluminación en el tubo de muestra en la cámara CCD, y el tamaño y la forma del punto de exposición se controlan antes y durante la exposición. Según las instrucciones del programa, el patrón se define por el movimiento automático del tubo de muestra fino, que se fija en la mesa giratoria y la mesa lineal. La Compañía de Química Aplicada de Tokio utiliza P MER P-LA900PM positivo como agente anticorrosivo, que se recubre en la superficie de la muestra mediante un método infeccioso. Cuando la resistencia se expone a un láser y la muestra se sumerge verticalmente en el revelador PMER P-7G, el patrón se delinea. PMER P-7G es una solución especial de hidróxido de tetrametilamonio al 3% (TMAH).
Figura 1 Principio del sistema de exposición de escaneo en la superficie del tubo fino
Figura 2 Sistema de exposición artesanal para investigación
3. Grabado interno de la tubería
Después de que la superficie interna del tubo de muestra se procesa con el patrón de resistencia, se produce el grabado en el grabador electrolítico. El grabador es una solución acuosa que contiene cloruro de sodio, cloruro de amonio y ácido bórico. Aunque el grabado del tubo marcado por el patrón de resistencia desde la superficie externa se puede realizar con éxito, es difícil aplicar el grabado desde el interior utilizando esta técnica. Cuando el grabado se produce externamente, el tubo de muestra se coloca como un ánodo de sacrificio alrededor de un cátodo cilíndrico de aluminio, como se muestra en la FIG. Por otro lado, para grabar desde el interior del tubo, es necesario comprender la posición donde se debe colocar el cátodo y cómo conectar la línea de suministro de energía entre la fuente de alimentación y el ánodo y el cátodo. Sin embargo, la Figura 4 muestra un método que ha sido diseñado artificialmente después de una investigación considerable. En el presente estudio, el tubo de muestra se usó como un ánodo, y una varilla de aluminio insertada en el mismo se usó como un cátodo. De acuerdo con la fórmula (1), cuando se aplica un voltaje al tubo de cobre del ánodo, los átomos de cobre se ionizan y se eliminan de la superficie del tubo. Según la fórmula (2), la aparición de iones de cobre produce sales más complejas.
Cu Cu2 ++ 2e- (1)
Cu2 ++ 4NH3 [Cu (NH3) 4] 2+ (2) Durante el grabado electrolítico, si el voltaje del bucle aplicado al ánodo se rompe, el grabado se detiene inmediatamente. Además, cuando se controla la corriente de corrosión, el punto final del proceso de grabado puede juzgarse con relativa facilidad. Por lo tanto, el tiempo de grabado real puede controlarse estrictamente. La resistencia se aplicó a una porción que tenía una longitud de 20 mm desde el extremo del tubo. Por esta razón, la porción donde el tubo catódico de aluminio no tiene recubrimiento resistente está cubierta con una cinta aislante. Debido a que la velocidad de grabado local se ve afectada por la distancia entre el cátodo y el ánodo, el cátodo está ubicado mecánicamente en el centro del tubo del ánodo como se muestra en la Figura 4.
Figura 3 Tubos para grabado electrolítico desde el exterior
Figura 4 El grabado electrolítico se produce en la superficie interna del tubo de cobre. Se utiliza un tubo de cobre como ánodo en el que se inserta un tubo catódico de aluminio. Ubicación del tubo catódico.
Los ajustes mecánicos se realizan en el centro del tubo de muestra.
Resumen: La aplicación de la tecnología de escaneo láser y fotolitografía en la superficie interna de tuberías de diámetro pequeño se ha estudiado en el procesamiento de ranuras precisas de cojinetes de aire. La tecnología de escritura directa y litografía con láser y la posterior tecnología de grabado electrolítico se utilizan para formar con precisión una banda estrecha con un ancho predeterminado de 28 micras en la superficie de un tubo de cobre con un diámetro interno de 2 milímetros, creando así una ranura. El tubo se corta y se fabrica en casquillo de cojinete, y luego se procesa el eje con el casquillo de cojinete de aire. Se inserta un eje hueco de aleación de aluminio en el mismo, y el eje está soportado por cojinetes neumáticos y cojinetes de empuje electromagnéticos dispuestos en ambos extremos. Luego, al volar en el aire, el eje puede girar suavemente a altas velocidades por encima de 20,000 rpm. Con las técnicas de procesamiento convencionales, es difícil formar surcos alargados precisos en la superficie interna de una tubería tan fina. Los resultados del estudio muestran que la combinación de litografía y técnicas de grabado es muy efectiva cuando se procesan piezas micromecánicas y requieren la formación de surcos en sus superficies internas.
1. Introducción
Es muy difícil mecanizar texturas finas o ranuras en la superficie interna de una tubería de diámetro pequeño. Incluso si la herramienta mecánica se puede colocar dentro de la tubería y se puede conducir geométricamente, el diámetro interno mínimo de la tubería está limitado por el tamaño de la herramienta y el eje. Además, debido a que la fuerza de corte actúa sobre el tubo de muestra fino, se deformará o la mesa de trabajo que soporta el tubo de muestra se moverá repentinamente, lo que debe considerarse de antemano.
Por otro lado, con la litografía de escaneo láser, cualquier patrón de resistencia fina se definirá en la superficie interna de la tubería que tenga un diámetro interno de menos de 1 mm, y estas tuberías no llevan ninguna fuerza externa. Además, si la superficie interna de la tubería está marcada con un patrón anticorrosión y se puede grabar electrolíticamente de manera apropiada, se obtendrán surcos precisos.
En general, se cree que las técnicas de grabado interno descritas anteriormente y las técnicas de grabado electrolítico pueden usarse para el procesamiento de ranuras en cojinetes. En particular, el par de ranuras paralelas diagonales conocidas como "espiga", esperamos que sea adecuado para cojinetes neumáticos de alta velocidad o cojinetes hidrostáticos. De hecho, las finas ranuras en espiga en la superficie interna del tubo de cobre de 2 mm de diámetro interno mencionado en este documento se procesan de esta manera. Además, las tuberías se toman muy cortas y luego se convierten en casquillos. Además, las tuberías se interceptan muy cortas y luego se convierten en casquillos. El manguito se fija en el centro del eje, y se inserta un eje hueco de aluminio en el mismo. El eje hueco de aluminio y los agujeros en la pared de la tubería reciben aire, y el eje está soportado por dos pares de cojinetes de espiga. El peso del rotor es soportado por varios pares de componentes de neodimio fuertes. Por lo tanto, cuando se sopla el aire como la fuerza impulsora del rotor, el rotor gira suavemente a una velocidad de rotación alta que excede las 20,000 rpm. El cambio y la fluctuación de la velocidad de rotación se reduce mucho en comparación con un rotor sin cojinete de aire.
2. Fotolitografía en la superficie interna del tubo fino.
El principio de la tecnología de escaneo láser y fotolitografía utilizada en la superficie del tubo de cobre fino se muestra en la Fig. 1, y el sistema de exposición manual para la investigación se muestra en la Fig. 2. Se usó un láser violeta semiconductor con una longitud de onda de 408 nm como una fuente de luz de exposición (láser: TC20-405 / 20-4.5 / 15, y su modelo: DPS-5004). La luz emitida cambió de forma mediante un agujero de alfiler con un diámetro de 423 μm, y la imagen de la superficie interna del tubo de muestra se amplió 20 veces utilizando una combinación de un ocular 2x y una lente objetivo 10x. A 45 grados de la varilla de reflexión insertada en la tubería desde el otro extremo, el rayo láser se redirige, y luego se genera un punto circular que tiene un diámetro mayor que 1/20 del tamaño del orificio en la superficie de la muestra.
Usando la luz reflejada desde el punto de iluminación, se genera una imagen del punto de iluminación en el tubo de muestra en la cámara CCD, y el tamaño y la forma del punto de exposición se controlan antes y durante la exposición. Según las instrucciones del programa, el patrón se define por el movimiento automático del tubo de muestra fino, que se fija en la mesa giratoria y la mesa lineal. La Compañía de Química Aplicada de Tokio utiliza P MER P-LA900PM positivo como agente anticorrosivo, que se recubre en la superficie de la muestra mediante un método infeccioso. Cuando la resistencia se expone a un láser y la muestra se sumerge verticalmente en el revelador PMER P-7G, el patrón se delinea. PMER P-7G es una solución especial de hidróxido de tetrametilamonio al 3% (TMAH).
Figura 1 Principio del sistema de exposición de escaneo en la superficie del tubo fino
Figura 2 Sistema de exposición artesanal para investigación
3. Grabado interno de la tubería
Después de que la superficie interna del tubo de muestra se procesa con el patrón de resistencia, se produce el grabado en el grabador electrolítico. El grabador es una solución acuosa que contiene cloruro de sodio, cloruro de amonio y ácido bórico. Aunque el grabado del tubo marcado por el patrón de resistencia desde la superficie externa se puede realizar con éxito, es difícil aplicar el grabado desde el interior utilizando esta técnica. Cuando el grabado se produce externamente, el tubo de muestra se coloca como un ánodo de sacrificio alrededor de un cátodo cilíndrico de aluminio, como se muestra en la FIG. Por otro lado, para grabar desde el interior del tubo, es necesario comprender la posición donde se debe colocar el cátodo y cómo conectar la línea de suministro de energía entre la fuente de alimentación y el ánodo y el cátodo. Sin embargo, la Figura 4 muestra un método que ha sido diseñado artificialmente después de una investigación considerable. En el presente estudio, el tubo de muestra se usó como un ánodo, y una varilla de aluminio insertada en el mismo se usó como un cátodo. De acuerdo con la fórmula (1), cuando se aplica un voltaje al tubo de cobre del ánodo, los átomos de cobre se ionizan y se eliminan de la superficie del tubo. Según la fórmula (2), la aparición de iones de cobre produce sales más complejas.
Cu Cu2 ++ 2e- (1)
Cu2 ++ 4NH3 [Cu (NH3) 4] 2+ (2) Durante el grabado electrolítico, si el voltaje del bucle aplicado al ánodo se rompe, el grabado se detiene inmediatamente. Además, cuando se controla la corriente de corrosión, el punto final del proceso de grabado puede juzgarse con relativa facilidad. Por lo tanto, el tiempo de grabado real puede controlarse estrictamente. La resistencia se aplicó a una porción que tenía una longitud de 20 mm desde el extremo del tubo. Por esta razón, la porción donde el tubo catódico de aluminio no tiene recubrimiento resistente está cubierta con una cinta aislante. Debido a que la velocidad de grabado local se ve afectada por la distancia entre el cátodo y el ánodo, el cátodo está ubicado mecánicamente en el centro del tubo del ánodo como se muestra en la Figura 4.
Figura 3 Tubos para grabado electrolítico desde el exterior
Figura 4 El grabado electrolítico se produce en la superficie interna del tubo de cobre. Se utiliza un tubo de cobre como ánodo en el que se inserta un tubo catódico de aluminio. Ubicación del tubo catódico.
Los ajustes mecánicos se realizan en el centro del tubo de muestra.
