Fabrication à l'échelle méso - Mesoscale manufacturing
La fabrication à l'échelle méso-échelle est le processus de création de composants et de produits dans une plage d'environ 0,1 mm à 5 mm avec une précision et une précision élevées en utilisant une grande variété de matériaux d'ingénierie. Les processus de méso-fabrication comblent le vide entre les processus de macro et de micro-fabrication et les chevauchent tous les deux. (voir l'image). Les autres technologies de fabrication sont la fabrication à l' échelle nanométrique (<100 nm), à l'échelle microscopique (100 nm à 100 µm) et à l'échelle macroscopique (> 0,5 mm).
Applications
Les applications de la méso-fabrication comprennent l' électronique , la biotechnologie , l' optique , la médecine , l' avionique , les communications et d'autres domaines. Les applications spécifiques incluent les montres mécaniques et les moteurs et roulements extrêmement petits; lentilles pour appareils photo et autres micro-pièces pour téléphones mobiles; micro-batteries, piles à combustible à méso-échelle, pompes à micro-échelle, vannes et dispositifs de mélange pour réacteurs microchimiques; implants biomédicaux, micro-trous pour fibres optiques; les dispositifs médicaux tels que les stents et les valves; mini-buses pour jets à haute température; moisissures à méso-échelle; ordinateurs de bureau ou micro-usines, et bien d’autres.
Processus
La fabrication à l'échelle moyenne peut être réalisée en réduisant les processus de fabrication à l'échelle macroscopique ou en augmentant les processus de nanofabrication. Des techniques macroscopiques comme l'usinage par fraisage et tour ont été utilisées avec succès pour créer des caractéristiques de l'ordre de 25 µm. Les machines-outils méso (mMT), par exemple une fraiseuse miniaturisée, sont une extension de l'utilisation des techniques traditionnelles à macroscale pour fabriquer des produits à méso échelle. Avec la limitation des vibrations auto-excitées des machines-outils et de la fatigue, un micro-assemblage et un fraisage micro et méso-échelle sont créés pour améliorer la rigidité maximale et le fonctionnement dynamique du processus de fraisage, ce qui améliore les performances globales de la fabrication. Le développement des mMT a révélé de nombreux défis spécifiques à l'usinage à petite échelle. Ces défis proviennent de la grande influence de la granulométrie à petites échelles et de la nécessité de tolérances extrêmement faibles tant pour les machines-outils que pour les outils de mesure.
L'usinage au laser est une technique traditionnelle qui utilise des impulsions nanosecondes de lumière ultraviolette pour créer des caractéristiques à méso-échelle comme des trous, des congés, etc.
Une technique moins traditionnelle consiste à utiliser la pulvérisation par faisceau d'ions focalisé (FIB) pour éliminer la matière. Ce processus implique la focalisation d'un faisceau d'ions, comme du gallium , sur la pièce à usiner, ce qui entraîne l'élimination de la matière. L'utilisation de la pulvérisation FIB a un taux d'enlèvement de matière relativement faible et a donc une application limitée.
L'usinage par décharge électrique (EDM) est un autre processus de fabrication soustractive utilisé à l'échelle méso. Ce processus nécessite que l'électricité soit transférée entre l' électrode de l'outil et la pièce de travail et par conséquent, il ne peut être utilisé que pour fabriquer des matériaux conducteurs d'électricité. L'un des avantages de l'EDM est qu'il peut être utilisé sur des matériaux durs qui ne fonctionnent pas bien dans les processus d'usinage traditionnels, tels que le titane.