Bilgisayarlar ve televizyonlar incelmeye devam ettikçe, tıbbi teknoloji de giderek daha fazla minyatür cihazların insan vücuduna yerleştirilebileceği noktaya kadar ilerledi - hatta içinde gezinmek için yeterince küçük kameralar bile.
Sadece işler küçülmekle kalmıyor, aynı zamanda daha fazla bileşenle donatılarak daha fazla güç ve işlevsellik sağlıyorlar. Mikro bileşenler artık havacılık, otomotiv, biyomedikal, elektronik, bilgi teknolojisi, optik ve telekomünikasyon gibi sektörlerde geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Tüm bu ürünlerin geliştirilmesi, daha küçük parçalar ve montajlar için daha yüksek taleplere neden oluyor. Maliyetleri sürekli olarak azaltmak için, bu minyatür bileşenlerin çoğu kalıplar kullanılarak üretilir. Bu trendler, yeni havacılık sınıfı malzemeler ve özel kalıp kaplamaları kullanmaktan 0,1 mm çaplı aletlerle frezelemeye ve mikron altı hassasiyet elde etmeye kadar kalıp üreticilerine yeni ve çeşitli zorluklar getiriyor.
Aynı zamanda, mikro bileşenlerin içsel karmaşıklığı da yeni fırsatlar yaratır. Basit ve orta derecede karmaşık kalıpların üretimi, işçilik maliyetlerinin daha düşük olduğu ülkelere kaydıkça, ABD ve Avrupa'daki kalıp üreticileri, mikro kalıplama ve mikro frezeleme gibi ileri teknolojilere yönelerek rekabet avantajlarını koruyabilirler.
Küçük Parça İmalatının Zorlukları
Minyatür bileşenler için kalıp üretimindeki ana zorluklardan biri, bu küçük parçaların gerçek olarak işlenmesidir. Hem fonksiyonel kalıp alanlarının doğrudan frezelenmesi hem de küçük EDM elektrotlarının üretimi, frezeleme teknolojisine son derece yüksek talepler getirmektedir.
Mikro frezeleme zorlukları arasında, 150.000 rpm'ye kadar iş mili hızlarında çalışan, bazen 100 mikron (μm) veya daha küçük) olan ultra küçük takımların kullanımı yer alır. Gerekli yüzey pürüzlülüğü genellikle Ra 0.2 mikrona ulaşır. Bu tür küçük özelliklerin parlatılması genellikle pratik olmadığından, mikro frezeleme cilasız bir yüzey elde etmelidir.
Bir EDM elektrodunun 0,1 mm'lik bir aletle frezelenmesi (fotoğraf Cimatron'un izniyle).
Mikro Frezeleme Teknolojisi
Ekonomik olarak uygulanabilir kalırken hem kalite hem de hassasiyet taleplerini karşılamak için tüm üretim zincirinin optimize edilmesi ve senkronize edilmesi gerekir. CNC makineleri, aletleri, takım tutucuları, fikstürleri ve kalite kontrol ekipmanı tedarikçilerinin tümü rekabetçi ve kesin çözümler sunmalıdır.
Mikro frezeleme ortamında göz önünde bulundurulması gereken önemli noktalar:
1) Aletler, Tutucular ve Miller
Küçük çaplı takımlar, mikro frezeleme için esastır. İş parçası boyutuna bağlı olarak, takımlar 0,1 mm kadar küçük olabilir ve gelecekte muhtemelen daha küçük olabilir. Bu tür araçların mevcudiyeti ve maliyeti erken dikkate alınmalıdır.
Küçük çaplı takımlar için yüksek iş mili hızları çok önemlidir. Örneğin, 0,1 mm'lik bir takım kullanılarak 10.000 rpm'de kesme hızı (Vc) sadece 3,3 m/dak'dır ve bu çok düşüktür.
20.000 ila 150.000 rpm arasında çalışan iş milleri için, yüksek hassasiyetli ısıyla daralan takım tutucular kullanarak mükemmel dinamik denge ve sıfır salgı elde etmek çok önemlidir. Aksi takdirde, yüzey kalitesi zarar görür ve takım ömrü önemli ölçüde azalır.
2) Fikstürle Bağlama ve Proses Entegrasyonu
Mikro frezeleme parçaları tipik olarak tek bir kurulumda işlenmelidir. EDM ve frezelemeyi ayrı işlemlerde birleştirmek, kabul edilemez yanlış hizalamaya ve görünür takım izlerine yol açabilir.
3) Takım Tezgahları ve Atölye Ortamı
Makineler, dört ondalık basamağa (yani mikron düzeyinde) kadar tutarlı doğruluk ve çözünürlük sunmalıdır.
Mikro frezeleme, yüzeylerden uzağa eğilerek daha kısa takımlara izin veren beş eksenli özelliklerden büyük ölçüde yararlanır. Bununla birlikte, mevcut beş eksenli doğruluk genellikle üç eksenli sistemlerin gerisinde kaldığından, mikro frezeleme için herhangi bir beş eksenli uygulamanın kapsamlı bir şekilde doğrulanması gerekir.
Sıcaklık kontrolü ve titreşim izolasyonu kritik öneme sahiptir. Atölyenin yanından geçen ağır bir kamyon bile, makine uygun şekilde yalıtılmamışsa bir yüzeyde iz bırakabilir.
4) Frezeleme Stratejileri
Geometriye bağlı olarak, mikro frezeleme, basit ölçek küçültmenin ötesinde stratejiler gerektirebilir. Çoğu durumda, tırmanarak frezeleme (geleneksel frezeleme yerine) tercih edilen yaklaşımdır.
Kalıp imalatında yüksek hassasiyetli mikro frezeleme için CAD/CAM çözümleri, kullanımı kolay 3D araçlar sunmalıdır.
CAD/CAM Gereksinimleri
Makineleri, tutucuları ve araçları mikro üretime indirgemenin ana zorlukları olarak düşünmek sezgisel olsa da, yazılım da aynı derecede karmaşıktır. İlk bakışta, yazılım daha kolay görünebilir - 1.0 veya 10'un yanı sıra 0.0001 gibi sayıları da işlemelidir. Ama gerçekte, çok daha nüanslı.
CAD Sistemleri için Temel Özellikler:
Güvenilir ve doğru model yorumlaması çok önemlidir. Sistemler arasındaki veri çevirisini azaltmak, model aslına uygunluğun korunmasına yardımcı olur.
Ultra sıkı geometrik toleranslar (0,1–0,01 mikron), kaydırıcılar, ejektör pimleri ve kaldırıcılar için ayırma çizgileri veya geometri oluşturmak için gereklidir. C1 ve C2 sürekliliği korunarak ayırma yüzeyleri arasındaki boşluklar ortadan kaldırılmalıdır.
Numune parçaları ve karmaşık montajlar dahil olmak üzere çok küçük, çok boşluklu kalıplar için destek.
Mikro frezeleme için CAM Sistem Gereksinimleri:
Sıkı toleranslar ve ultra yüksek hassasiyetli işleme desteği.
Çalışma sırasında manuel müdahale mümkün olmadığından, CAM takım yolu boyunca talaş yükünü hassas bir şekilde yönetmelidir.
Geometrik doğruluğu korumak için yüksek çözünürlüklü matematiksel modellerin kullanılması. Entegre CAD/CAM platformları, çeviri hatalarını ortadan kaldırdıkları için idealdir.
Uygun teğet kontrolü ile yerleşik yüksek hassasiyetli modelleme işlevleri (örn. yüzey kaplama, uzatma).
0,1 mikron kadar düşük takım yolu sapması desteği—büyük parçalarda ince özellikleri işlerken kritik öneme sahiptir.
0,1 mm'lik takım, 0,005 mm'lik kademeler ve 0,05 mm'lik takım yarıçapı gibi mikro frezeleme seviyesi parametrelerini tanımlama yeteneği. Elde edilen takım yolu beş ondalık basamağa kadar doğru olmalıdır.
Kaba işleme, yarı ince talaş işleme ve ince talaş işlemeyi tek bir sürekli operasyonda birleştiren stratejiler.
Kırılgan takımları korumak ve işleme süresini azaltmak için gerçek kalan stoğa dayalı akıllı ilerleme hızı kontrolü.
Son
Mikro sistemler, mikro kalıplar ve mikro frezeleme, minyatür parçaların seri üretimi için heyecan verici teknolojiler olarak ortaya çıkıyor. Mikron altı hassasiyet ve neredeyse çıplak gözle görülemeyen kesme aletleri ile bu hızla büyüyen alan, hem kalıp üreticileri hem de tedarikçiler için birçok zorluk ve fırsat sunuyor.
Yeni malzemeler, ultra ince aletler, özel kaplamalar ve gelişmiş CAD/CAM yazılımı hakkında derinlemesine bilgi gerektirir. Bununla birlikte, mikro frezeleme, kendilerini düşük maliyetli rakiplerinden farklılaştırmak isteyen üreticiler için de rekabet avantajı sağlar.
Bu alandaki etkili gelişme, endüstri, araştırma kurumları ve hükümetler arasında işbirliğini gerektirir - Avrupa'da halihazırda devam etmekte olan bir model. Fraunhofer IPT liderliğindeki AB'nin CRAFT girişimi, mikro üretim için yeni nesil malzemeler, makineler ve yazılım araçları geliştirmek üzere önde gelen CAD/CAM, CNC makineleri, araçları ve fikstür tedarikçileriyle ortaklık kurdu.
Kuzey Amerika alet yapım endüstrisinin bu gelişmekte olan ve son derece karlı pazar segmentine katılma ve bundan yararlanma zamanı geldi.
Bir bakışta mikro frezeleme
Mikro sistem teknolojisi, dünya çapında en hızlı büyüyen endüstrilerden biri haline geldi. Biyomedikal cihazlar, optik ve mikroelektronik (mobil ve bilgisayar bileşenleri dahil) gibi sektörler, küçük, yüksek hassasiyetli parçalar için muazzam bir talep yaratıyor.
Mikro üretim gerektiren bileşenler genellikle 5 mm veya daha az ölçer, 0,2 mikron veya daha iyi yüzey kalitesi talepleri ve 45 HRC veya daha fazla malzeme sertliğine ulaşır.
Mikro frezeleme, bu tür minyatür ve ultra hassas bileşenlerin üretimi için özel olarak tasarlanmış en son teknolojidir. Çapı 0,1 mm'den daha küçük aletler içerir ve standart NC yazılımının yeteneklerinin çok ötesinde ultra pürüzsüz yüzeyler ve mikron düzeyinde toleranslar sağlar.
Bu hassasiyet düzeyine ulaşmak için üreticiler, parça deformasyonu, artan karmaşıklık ve özel aletlerin kullanımı gibi zorlukların üstesinden gelmelidir. Temel mikro frezeleme yetenekleri şunları içerir:
100 μm veya daha küçük takım çapları
10 - 100 arasında takım en boy oranları (L/D)
150.000 rpm veya daha fazla iş mili hızları
0,1 mm veya daha az işleme toleransları
Geometri düzeltme ve ultra hassas takım yolları
Mikro frezeleme, yüksek hızlı frezelemenin geleceğini temsil eder. Mikro hassasiyetli kalıp yapımında uzmanlaşan şirketler, güçlü bir rekabet avantajının keyfini çıkaracaklar.
