Μικρο Νανοκατεργασίες Δρ. Μηχ. Άγγελος Μαρκόπουλος
Ιστοσελίδα μαθήματος http://courseware.mech.ntua.gr/ml00003/ Μικρο νανοκατεργασίες 2
Κλίμακα 1μm = 10 6 m 1 nm = 10 9 m Μικρο νανοκατεργασίες 3
Μικροκατεργασίες Η ορολογία μικροτεχνολογία χρησιμοποιείται για να περιγραφούν φαινόμενα, εξαρτήματα, τελικά προϊόντα κλπ. που έχουν σαν κύριο χαρακτηριστικό τους τις μικρές διαστάσεις, και στηρίζονται σε βασικές αρχές από διάφορους επιστημονικούς τομείς. Οι μικροκατεργασίες αποτελούν τη βασική τεχνολογία που υφίσταται για την παραγωγή των εξαρτημάτων και των τελικών προϊόντων της μικροτεχνολογίας και ιδιαίτερα σε αντικείμενα μινιατούρες. Μικρο νανοκατεργασίες 4
Κατεργασίες ακριβείας Ένας τρόπος για την κατάταξη των κατεργασιών είναι η κατάταξή τους σύμφωνα με την ακρίβεια που μπορεί να επιτύχουν. Ιδιαίτερα στις κατεργασίες αποβολής υλικού, που η προσπάθεια για όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια αποτελεί συνεχή στόχο, μια τέτοια κατάταξη είναι πολύ ουσιώδης. Μπορούμε να διακρίνουμε τις κανονικές (normal), ακριβείας (precision) και λίαν υψηλής ακριβείας (ultraprecision UP) κατεργασίες αποβολής υλικού. Πώς ορίζονται οι κατεργασίες αυτές; Μικρο νανοκατεργασίες 5
Taniguchi «Οι κατά το μέγιστο δυνατό βαθμό κατεργασίες ακριβείας κάθε εποχής» Μικρο νανοκατεργασίες 6
Κατεργασίες ακριβείας Σύμφωνα με τα παραπάνω, προκειμένου να χαρακτηριστεί μια κατεργασία, και κατ επέκταση και τα προϊόντα που παράγονται από αυτή, ως υψηλής ή λίαν υψηλής ακριβείας πρέπει να μπορεί να παράγει, ή αν πρόκειται για το προϊόν να διαθέτει, ένα χαρακτηριστικό που να βρίσκεται στη δεδομένη χρονική στιγμή κάτω από την αντίστοιχη διαχωριστική γραμμή του διαγράμματος του Taniguchi. Στον όρο χαρακτηριστικό μπορεί να εννοούνται οι διαστάσεις ενός αντικειμένου ή και άλλα χαρακτηριστικά όπως η ακρίβεια, η επιφανειακή τραχύτητα, οι ανοχές κλπ. Ο παραπάνω ορισμός αφήνει περιθώριο έτσι ώστε να χαρακτηριστούν προϊόντα λίαν υψηλής ακριβείας εκτός από αντικείμενα με πολύ μικρές διαστάσεις και αντικείμενα μεγάλων διαστάσεων. Μικρο νανοκατεργασίες 7
Κατεργασίες ακριβείας Μινιατούρα οδοντωτού τροχού Κάτοπτρο τηλεσκοπίου Μικρο νανοκατεργασίες 8
Σχετική ακρίβεια Εισάγεται η έννοια της σχετικής ακρίβειας η οποία ορίζεται ως ο λόγος ενός χαρακτηριστικού του αντικειμένου προς τις διαστάσεις του. Για να χαρακτηριστεί ένα αντικείμενο ως προϊόν λίαν υψηλής ακρίβειας θα πρέπει είτε να έχει διαστάσεις μικρότερες από το όριο που ορίζεται από το διάγραμμα Taniguchi ή η σχετική του ακρίβεια να είναι της τάξεως του 10 4, που είναι ένα γενικά αποδεκτό όριο Μικρο νανοκατεργασίες 9
Σχετική ακρίβεια Κάτοπτρο Μινιατούρα Μικρο νανοκατεργασίες 10
Κατεργασίες αποβολής υλικού λίαν υψηλής ακριβείας Σύμφωνα με τα παραπάνω μπορούμε να προχωρήσουμε σε μια κατάταξη των κατεργασιών αποβολής υλικού λίαν υψηλής ακριβείας σε μακροκατεργασίες και μικροκατεργασίες. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει κατεργασίες με κλασσικές εργαλειομηχανές, π.χ. τόρνος, λειαντική μηχανή, οι οποίες όμως είναι σε θέση να επιτύχουν πολύ καλές τιμές σχετικής ακρίβειας. Η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει κατεργασίες που έχει επικρατήσει να περιγράφονται με τον όρο micromachining. Τυπικές κατεργασίες στην περιοχή αυτή είναι η μικροκοπή (micro cutting), η λείανση ακριβείας (precision grinding), η μικροηλεκτροδιάβρωση (Micro EDM), ηκοπήμεlaser, οι λιθογραφικές μέθοδοι κ.α. Μικρο νανοκατεργασίες 11
Μικροκατεργασίες Με το πρόθεμα micro δηλώνεται κάτι το πολύ μικρό και στη μηχανολογία εννοείται συνήθως η περιοχή από 1 μέχρι 999 μm. Στις κατεργασίες αποβολής υλικού τα μικρά αντικείμενα κατασκευάζονται σαφώς πιο δύσκολα από ότι τα μεγάλακαιγιατολόγοαυτότοίδιοπρόθεμαεμπεριέχει την έννοια του «πολύ μικρού για να κατεργαστεί εύκολα». Στη διεθνή βιβλιογραφία ο ίδιος όρος χρησιμοποιείται για την κατασκευή μινιατούρων και προϊόντων με διαστάσεις από 1 έως 500 μm, ή σπανιότερα από 0,1 έως 100 μm. Μικρο νανοκατεργασίες 12
Μικροκατεργασίες Μικρο νανοκατεργασίες 13
Μικροκατεργασίες Μικρο νανοκατεργασίες 14
Παράδειγμα Στο σχήμα παρουσιάζεται ένα αυτοκίνητο μήκους 7 mm, πλάτους 2,3 mm και ύψους 3 mm. Για την κατασκευή του κελύφους του αυτοκινήτου χρησιμοποιήθηκε συνδυασμός μηχανικής μικροκοπής και μικρο ηλεκτροδιάβρωσης. Με μικροκοπή κατα σκευάστηκε το σασί, οι ηλεκτροκινητήρα καθώς και οι άξονες των τροχών. τροχοί, τα εξαρτήματα του Τα διάφορα εξαρτήματα είναι από διαφορετικά υλικά όπως αλουμίνιο, ανοξείδωτος χάλυβας, χρυσός κλπ. Ο ηλεκτρομαγνητικός βηματικός κινητήρας λειτουργεί με εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, το οποίο επιτρέπει στο όχημα να αναπτύξει μέγιστη ταχύτητα 100 mm/s, αναπτύσσοντας ροπή της τάξης των 10 6Nm,στα 3Vκαι 20 ma. Μικρο νανοκατεργασίες 15
Άλλες εφαρμογές Μικρο νανοκατεργασίες 16
Νανοτεχνολογία Ως νανοτεχνολογία ορίζεται η κατασκευή αντικειμένων με μοριακή ή ατομική ακρίβεια, αλλά συμπεριλαμβάνει και όλα τα αντικείμενα με μέγεθος μικρότερο των 100 nm. Η νανοτεχνολογία είναι, ίσως, η πιο προηγμένη τεχνολογία που χρησιμοποιείται σήμερα, μιας και φτάνει στο θεωρητικό όριο της ακρίβειας των κατεργασιών, που είναι το μέγεθος του ατόμου ενός στοιχείου. Μικρο νανοκατεργασίες 17
Ιστορία της νανοτεχνολογίας Μικρο νανοκατεργασίες 18
AFM Μικρο νανοκατεργασίες 19
Μοριακή νανοτεχνολογία Μικρο νανοκατεργασίες 20
Φουλερένια Μικρο νανοκατεργασίες 21
Εφαρμογές Μικρο νανοκατεργασιών Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές Τηλεπικοινωνίες Αυτοκινητοβιομηχανία Αεροδιαστημική Βιο ιατρική Μικρο νανοκατεργασίες 22
Αποθήκευση δεδομένων Μικρο νανοκατεργασίες 23
ABS Μικρο νανοκατεργασίες 24
Αισθητήρες Μικρο νανοκατεργασίες 25
Ιατρικές εφαρμογές Μικρο νανοκατεργασίες 26
Stents Μικρο νανοκατεργασίες 27
Περισσότερα Μικρο νανοκατεργασίες 28
Φωτολιθογραφία Μικρο νανοκατεργασίες 29