Téme strihov som už venoval predchádzajúci článok CNC stroje, ale teraz ideme o krok ďalej a pokúsim sa problematika molekulárneho rezania, čo je nový typ rezu, ktorý nové technológie umožnili a ktorý umožňuje robiť veľmi zložité rezy s takmer dokonalou presnosťou.
V skutočnosti je to tak presnosť, ktorý sa na niektorých sociálnych sieťach stal takmer virálnym fenoménom, keďže videá sú takmer hypnotické, ako uvidíte neskôr...
Čo je molekulárne rezanie?
V priemyselnom sektore sa čoraz viac hľadajú nové technológie, ktoré umožňujú robiť základné veci efektívnejším a optickým spôsobom, a pri tomto hľadaní presnosti a kontroly pri manipulácii s hmotou sa dosiahli nové a stále fascinujúcejšie úrovne. On molekulárne rezanie, tiež známe ako ablácia zaostreným iónovým lúčom alebo FIB (Focused Ion Beam), sa javí ako nevyhnutný nástroj na skúmanie a úpravu materiálov v nanometrických mierach.
Ide o techniku, ktorá využíva zaostrený iónový lúč na tvarovanie materiálov s bezprecedentnou presnosťou, eliminácia materiálu na úrovni jednotlivých atómov alebo molekúl. Táto technika je založená na interakcii medzi vysokoenergetickými iónmi a atómami cieľového materiálu, čo spôsobuje dezintegráciu a elimináciu atómov, čo vedie k vytvoreniu dutiny alebo trojrozmernej štruktúry s požadovaným tvarom.
El molekulárny rezný výkon Dá sa rozdeliť do troch hlavných etáp:
- Generovanie iónov: Iónový lúč sa generuje ionizáciou atómov alebo molekúl, zvyčajne pomocou iónového zdroja, ako je naprašovacia iónová pištoľ alebo plazmový zdroj.
- Zameranie a zrýchlenie: Generované ióny sú fokusované a urýchľované na vysoké energie, typicky v energetickom rozsahu medzi keV a MeV, pomocou optického alebo elektrostatického systému. Kinetická energia iónov určuje hĺbku prieniku do cieľového materiálu, pričom tie najvýkonnejšie dokážu preniknúť niekoľko centimetrov aj do najtvrdších kovov.
- Interakcia s materiálom: Fokusovaný iónový lúč dopadá na cieľový materiál a interaguje s jeho atómami. Táto interakcia môže spôsobiť rozpad a elimináciu atómov, čo vedie k vytvoreniu dutiny alebo trojrozmernej štruktúry s požadovaným tvarom.
naozaj technika nie je nová, sa už používal v odvetviach, ako sú polovodiče na gravírovanie alebo na nanášanie materiálu, avšak dokonalosť tohto zariadenia mu umožnila skok aj do iných priemyselných odvetví, ako sú tie, ktoré vyrábajú zložité kovové diely, okrem iného.
Molekulárne rezanie je technika, ktorá sa neustále vyvíja a má veľký potenciál spôsobiť revolúciu v rôznych vedeckých a technologických oblastiach. Pokroky v generovaní iónov, zaostrovaní a riadení lúča umožnia ešte vyššiu úroveň presnosti a rozlíšenia. Ďalej integrácia techník molekulárneho rezania s inými nástroje na mikrovýrobu otvorí nové možnosti pre vytváranie nanometrických zariadení a štruktúr s nevídanými vlastnosťami a funkciami. Tieto typy zariadení sa stávajú rýchlejšími a lacnejšími, aj keď stále majú pre väčšinu smrteľníkov neúnosné ceny, ale ktovie, či jedného dňa budú dostatočne lacné na to, aby ich bolo možné používať doma, alebo možno budú integrované do budúcich 3D tlačiarní na zlepšenie výroby aditív...
Výhody molekulárneho rezania
Molekulárne rezanie ponúka rad výhody oproti iným technikám rezania, ako je obrábanie, litografia atď., ako napríklad:
- Extrémna presnosť: umožňuje pracovať v nanometrových mierkach s rozlíšením až niekoľko nanometrov.
- flexibilita- Môže byť použitý na vyrezávanie širokej škály materiálov vrátane kovov, polovodičov, polymérov a dokonca aj biologických materiálov, ako aj na úplné rezanie.
- Presné ovládanie: umožňuje vytvárať zložité trojrozmerné štruktúry s veľkou presnosťou a detailmi, čo vám umožňuje vyrábať pokročilé diely.
- žiadny kontakt: nevyžaduje fyzický kontakt s materiálom, čo minimalizuje poškodenie a kontamináciu, ktoré môžu spôsobiť iné typy rezov, ak ich vidíme mikroskopom, ako napríklad rezy pílou, plazmou atď., všetky zanechávajú oveľa zreteľnejšie značky, navyše eliminujú väčšie množstvo materiálu, čo znamená, že nesedia tak presne.
Aplikácie molekulárneho rezania
Molekulárny rez nájde aplikácie v širokej škále oblastí, vrátane:
- Nanofabrikácia- Používa sa na vytváranie miniaturizovaných elektronických zariadení, senzorov, akčných členov a iných štruktúr nanometrov, ako sú zariadenia MEMS alebo NEMS.
- Veda o materiáloch: umožňuje študovať štruktúru a vlastnosti materiálov na nanometrickej úrovni.
- biológie a medicíny: používa sa na manipuláciu s bunkami, tkanivami a inými biologickými materiálmi alebo na vykonávanie veľmi presných zásahov s malým poškodením.
- Oprava zariadenia: umožňuje opraviť chyby elektronických zariadení a iných miniaturizovaných komponentov.
- Umenie: Vzhľadom na dokonalosť týchto strihov je možné vyrobiť skutočné umelecké diela, puzzle, ktoré do seba dokonale zapadajú, bez toho, aby sa vizuálne javilo, že majú rez v diele, ako sú príklady, ktoré ste videli v prvom videu.
Alternativas
Molekulárny rez má iné alternatívy v priemysle oveľa lacnejšie, ale aj s oveľa nižšou presnosťou. Napríklad musíme zdôrazniť:
- Litografia: Litografia je technika široko používaná pri výrobe integrovaných obvodov a iných mikroelektronických zariadení, ako aj MEMS. Aby to bolo možné, používa sa stroj so vzorom, ktorý ním prechádza svetlom (existujú aj alternatívy k fotolitografii, ako je EBL alebo litografia s elektrónovým lúčom), aby sa zmenili vlastnosti fotosenzitívneho materiálu a potom naň útočili chemikáliami spracováva v kyslých kúpeľoch, a tak vyrezať časti, ktoré chcete, dokonca až po rez. To umožňuje vysoké rozlíšenie, ale je to tiež veľmi zložité a drahé vzhľadom na potrebné strojové vybavenie, ak sa má vyrábať s vysokým rozlíšením.
- Elektroerozívne obrábanie (EDM): je technika obrábania, ktorá využíva elektrické výboje na erodovanie materiálu. Je založená na princípe, že elektrická energia sa sústreďuje v malom priestore a vytvára plazmový kanál, ktorý roztaví a vyparí materiál. Výhodou je, že sa dajú aplikovať na rôzne materiály, čo umožňuje vytváranie zložitých trojrozmerných tvarov a nevyžaduje kontakt ako FIB, nemá však takú presnosť ako molekulárne rezanie, jeho rýchlosť je pomerne pomalý a generuje veľké množstvo tepla, ktoré môže poškodiť citlivé materiály.
- rezanie laserom: Je to technika, ktorá umožňuje rezanie aj s vysokou presnosťou, aj keď nie takou ako molekulárne rezy. Ponúka tiež rýchle prototypovanie a zložité geometrie, ale materiály, ktoré je možné rezať, a hĺbky môžu mať obmedzenia.