תהליך עיבוד מיקרו-סי-אן-סי יכול ליצור חלקים שהם פשוטו כמשמעו קטנים יותר מגרגר חול, ולעתים קרובות עובדים בתוך סובלנות הדוקות יותר מ-10 מיקרונים, שזה בערך עשרה מילימטר. הטכנולוגיה מסתמכת על מכשירים קטנים לחתוך, לפעמים בגודל של רק 0.1 מ"מ, בשילוב עם בקרת תנועה מתוחכמת המאפשרת גדלים של תכונות המתקרבים ל-5 מיקרונים. דיוק קיצוני כזה הופך הכרחי לחלוטין בעת ייצור רכיבים קריטיים כמו אלה הנמצאים במערכות מעבדה על שבב, מנגנוני בקרת מטוסים זעירים, ומכשירים רפואיים שתולים בהם אפילו הפרידה הקלה ביותר עלולה להוביל לכישלון בתפעול.
שלוש מערכות תלויות זה בזה מאפשרות דיוק במיקרו-ממדים:
מערכות מודרניות משתמשות בסינכרון 5 צירים כדי לשמור על דיוק מיקום של ±1.5 מיקרומטר בגדלים גאומטריים מורכבים, ומבטיחות תוצאות עקביות גם בעיצובים מורכבים.
| גורם | השפעה על הדיוק | מפרטים טיפוסיים |
|---|---|---|
| תגובת מנוע ליניארי | מבטל השתקפות לאחור | דיוק מיקום של 50 ננומטר |
| בקרת ריצה של כלי עבודה | מפחית חריגים בשטח הפנים | <0.5µm TIR |
| אספקת קירור | מונע סטיית חום | יציבות נוזל ±0.2°C |
קצות מיקרו מצופים יהלום (קוטר 0.02–0.5 מ"מ) משיגים סיימתי פני שטח של Ra 0.1µm בפלדות קשות. אלגוריתמי נתיב כלים אדפטיביים משפרים עוד יותר את הדיוק על ידי פיצוי עיוות הכלים בזמן אמת.
מדדי תעשייה מראים ביצועים עקביים בין חומרים:
מחקר משנת 2024 על 12,000 גלגלי שיניים מיקרו-מוכנים מצא כי 99.3% מהם עמדו בתקני סובלנות ISO 2768-f, עם סטייה ממוצעת של תכונה בגודל 2.7 מיקרומטר לאצווה – מה שמראה חזרתיות גבוהה בהיקף גדול.
באמצעות עיבוד CNC מיקרוסקופי, ניתן לייצר שתלי אורתופדיה בסובלנות של כ-5 מיקרון, מה שמסייע להטמעתם טוב יותר בעצמות ומקטין את הסיכון לדחיקה. הטכנולוגיה הזו יוצרת גם כלים ניתוחיים אנדוסקופיים שבהם חדות הלהט מגיעה לכ-10 מיקרון, מה שהופך את הניתוחים לדיוקיים יותר. הגעה לעברות פני השטח מתחת לממוצע של 0.2 מיקרון היא מאוד חשובה כדי להבטיח פעילות נכונה של ההתקנים בתוך הגוף. יצרני התקני רפואה מראים זאת דרך מאמצי המחקר והפיתוח המתמשכים שלהם בשנים האחרונות.
המהדרון מעבד סיכות חיבורים דקיקות יותר משערה אנושית (קוטר 0.1 מ"מ) ללוחות מעגלים צפופים, תוך שמירה על דיוק מיקומי של 2 מיקרומטר לאורך יציאות מיקרו-USB ותיבות חיישנים. דיוק זה מונע אובדן אותות במכשירי 5G ובמוניטורי בריאות נטענים, שבהם כל אי-התאמה מזערית עלולה להפריע לתפקוד.
Micro CNC מייצרת רכיבי נוזל דלק מטיטניום שמשקליים פחות מ-0.5 גרם עם ערוצים פנימיים תלת-ממדיים לקרר, ותורמים לשיפור של עד 12% ביעילות דחיפה במערכות דחיפה ללוויינים. חלקים של מערכת הנחיתה מאופיינים בעובי קיר מתחת ל-200µm תוך עמידה בטעני רטט של 15G, מה שממחיש הן את השלמות המבנית והן את השידור.
מערכות מיקרו-רובוטיות היברידיות משולבות כעת גלגלי שיניים מפלדת אל חלד (קשיות 58 HRC) עם שבבי קרמיקה המציעים התנגדות בידוד של >10¹²Ω. צירוף זה מאפשר בידוד חשמלי ועמידות מכנית בהרכבות תתי-מילימטריות, ומרחיב את אפשרויות העיצוב באלקטרוניקה נטענת וברובוטיקה.
תהליך ה-CNC המיקרוסקופי מצטיין ביצירת תכונות תלת-ממד מורכבות ששאר השיטות מתקשות להתמודד איתן, כגון ערוצים זעירים, חצצים וקירות דקים כל כך שהם כמעט בלתי אפשריים. מבחינת דיוק, מכונות אלו יכולות להגיע לסטיות של חלקיק מיקרומטר בלבד במסלול הכלי. זה אומר שיצרנים מקבלים תוצאות עקביות בייצור כמות גדולה של רכיבים מורכבים. קחו לדוגמה חריצי יישור אופטי בהתקני מיקרו-זרימה. יש לעבד אותם עם עקביות של כ-פלוס/מינוס 2 מיקרומטר. רמת הדיוק הזו היא מה שקובע בתפקוד הנכון של ציוד רפואי, שבו טעויות קטנות עשויות להוביל לבעיות חמורות בהמשך הדרך.
טכנולוגיה זו עובדת עם יותר משלושים חומרים שונים המשמשים ביישומים הנדסיים רציניים. אנחנו מדברים על חומרים כמו פלדת אל חלד 17-4PH, טיטניום דרגה 5, וחומרי פלסטיק עמידים כמו PEEK שממשיכים לעמוד בתנאים קיצוניים. לאחרונה קרה גם משהו מעניין למדי. כעת נוכל לעבד קרמיקה מזירקוניה עד למחסום של פחות מחמישה מיקרון בגובהי הרצף של הפנים. סימון חלק שכזה חשוב באמת בעת ייצור חלקים שמושמים בתוך גופם של אנשים, כיוון שזה משפיע על משך החיים שלהם. חברות ייצור רבות מתחילות לעבור בימים אלה למכונות CNC מיקרו. למה? כי מכונות אלו מאפשרות להן לעבוד עם מספר חומרים בו זמנית במהלך תהליך התקנה אחד. זה חוסך זמן וכסף בהשוואה להחלפה בין כלים שונים עבור כל סוג חומר.
צמדים מהירים (עד 60,000 סל"ד) בצימוד עם כלים מקרبيد גרגיר מיקרו מספקים סיום משטח של Ra 0.1µm – בהשוואה למשטחים מפולשים. כתוצאה מכך, 83% מהרכיבים המיקרו-מוכנים עוקפים פעולות משניות. במטילי מזרק הדלק מיניאטוריים, זה מאפשר הרכבה ישירה לאחר עיבוד מכני, ומצמצם את זמן הייצור ב-40%.
חברה אחת המייצרת ערכות גלגלי שיניים פלנטריים במיוחד לרחפנים קטנים ראתה את תשואת הייצור שלה צולחת ב-89.4% לאחר המעבר לטכנולוגיית CNC מיקרו. התהליך שלה שמר על פרופילי שיניים בתוך 3 מיקרון בדיוק, לאורך כל 10,000 הגלגלים שנעשו מנחושת, מה ש dobby טוב בהרבה מתהליכי החיתוך הקלאסיים, אשר בדרך כלל הציגו סטיות של כ-12 מיקרון. מאחר שהחלקים היו מדויקים באופן עקבי כל כך, נדרשו הרבה פחות בדיקות לאחר עיבוד – הפחיתו את בדיקות האיכות בכ-70%. למרות שההשקעה הראשונית הייתה גבוהה ב-22% מאשר קודם, רוב היצרנים יסכימו שזה שווה כל אגור בשקל, בהתחשב בכמה קל יותר להגדיל קנה מידה וכמה שהאיכות הכוללת של המוצר משתפרת בזכות ייצור מדויק שכזה.
כלי עבודה שגודלם קטן מ-100 מיקרון נוטים להיבלע הרבה יותר במהירות בגלל כוחות החיתוך העצומים המעורבים בתהליך. כמה מחקרים מראים שכלי עבודה מסוג זה מתבליים בקצב של כ-40 אחוז מהיר יותר בהשוואה לאלה בגודל רגיל, לפי דוח Precision Engineering Report משנה שעברה. כאשר מכונות מסתובבות במהירויות גבוהות מאוד, לעיתים מעל 50 אלף סל"ד, מתרחשת רטטנות רבה יותר, מה שעלול להוביל לשבירת חלקים באופן בלתי צפוי. חיפויי יהלום על כלים ובקרות תנועה משופרות אכן עוזרים לצמצם חלק מהבעיות, אך הן באות עם עלות גבוהה משמעותית לייצרנים שמבקשים ליישמן בכל פעולותיהם.
בקנה מידה מיקרוסקופי, חומרים כמו טיטניום ו-PEEK מציגים תגובות גזירה לא אחידות, מה שגורם לסטיות ממדיות של ±2 מיקרון. גבולות גרעינים במתכות והתפלגות המלء בפולימרים הופכים למשתנים משמעותיים, ומצריכים אסטרטגיות עיבוד מתאימות וניטור בזמן אמת כדי להבטיח דיוק.
השגת סובלנות תחת 10 מיקרון דורשת לעיתים קרובות קצבי תזונה איטיים יותר וציוד צימוד מיוחד, מה שמפחית את הקיבולת. למשל, ייצור של 1,000 נiples למיקרו זרימה עשוי לקחת פי שלושה יותר זמן מאשר עיבוד קונבנציונלי, ויוצר דילמה בין נפח לדיוק.
למרות שמכונת CNC מיקרו עולה 30–50% יותר מהשיטות הסטנדרטיות, תעשיית התעופה והמכשירים הרפואיים מייעלות דיוק על פני עלות. מחקר מראה שרכיבים עם סובלנות תחת 15 מיקרון מקטינים את שיעור הכשלים לאחר הרכבה ב-62%, מה שהופך את ההשקעה להצדקתית בזכות אמינות משופרת ועלות מחזור חיים נמוכה יותר.
מכונת CNC מיקרו משמשת לייצור רכיבים קטנים ומדויקים במיוחד, אשר חשובים בתעשיות כמו המכשירים הרפואיים, האלקטרוניקה, התעופה והביטחון.
הדיוק קריטי משום שסטייה קליטה ביותר ברכיבים מעובדים במיקרו יכולה להוביל לכשל, במיוחד ביישומים חיוניים כמו שתלים רפואיים ורכיבי תעופה.
CNC מיקרו מגיעה לסיום מדויק אשר לעתים קרובות עומד בדרישות ללא עיבוד נוסף, חוסכת זמן ומקטינה עלויות.
לאתגרים gehören נזק לכלי העבודה ושברם, התנהגות חומר לא צפויה, איזון בין קנה מידה לדיוק, ועלויות גבוהות יותר עקב הסיבוכיות של התהליך.