Полупроводников инструмент от висок клас или платформа за прецизна автоматизация рядко се нуждае от един материал, за да свърши цялата работа. Една конструкция трябва да е тежка, стабилна и тиха; друг трябва да изолира, да издържа на химикали или да се движи бързо без почти никаква инерция. Искането един материал да покрие всичко това води до компромис, а компромисът се проявява като загуба на точност. По-добрият отговор е набор от структури, всяка избрана за функцията, която трябва да изпълнява, след това контролирана чрез производство, сглобяване и измерване като една интегрирана система. Ето защо гранит, керамика, въглеродни влакна и други материали все повече се комбинират в една и съща машина, вместо да се конкурират за една и съща роля.
Защо един материал рядко е достатъчен
От всяка структура в една прецизна машина се иска да направи нещо специфично. Голямата основа трябва да поддържа своята геометрия при натоварване и да издържа на вибрациите на пода. Метрологичната рамка трябва да остане поставена, докато стайната температура се променя. Може да се наложи част, близка до плазма, вакуум или химичен процес, да бъде изолирана или устойчива на корозия. Бързият портален лъч трябва да е достатъчно лек, за да могат двигателите да го ускорят, без да вълнуват останалата част от рамката. Може да се наложи корпусът да е прозрачен или да има вътрешни канали, които не могат да бъдат обработени. Нито един материал не е най-добрият във всички тези наведнъж, така че истинският въпрос за дизайна не е кой материал е най-добрият, а кой материал е подходящ за всяка функция.
Критериите, които ръководят избора
Изборът на материал става по-ясен, когато изискванията са изрично посочени. Статичната коравина определя колко малко конструкцията се огъва под натоварване. Динамичната реакция, което означава затихване и естествена честота, решава колко бързо се установява машината и как се държи по време на движение. Термичната стабилност определя доколко дадена част променя формата си, докато стаята или процесът се затоплят. Електрическата изолация и устойчивостта на корозия имат значение в чисти, мокри или химически активни среди. Движещата се маса и инерцията определят колко енергия трябва-да носи една високоскоростна ос. А прецизността на сглобяване решава дали различни материали могат да бъдат съединени, без да се губи точността, която всеки е избран да осигури.
Сравнение на материал и структура
Таблицата по-долу дава практически преглед на това къде всеки материал печели своето място.
| Материал / структура | Основни предимства | Типична употреба |
|---|---|---|
| Прецизен гранит | Висока стабилност, високо затихване, устойчивост на корозия, подходящи за големи прецизни справки | Основи на оборудването, CMM, AOI, CT, лазерно оборудване, XY етапи |
| Прецизна керамика | Изолация, устойчивост на корозия и износване, подходяща за специални среди | Прецизни керамични компоненти, изолационни конструкции, измервателни и полупроводникови части |
| Прецизен метал | Високоякостна, гъвкава обработка на интерфейса, подходяща за сложен монтаж | CNC прецизни части, конектори, задвижващи механизми, метални отливки |
| Леене на минерали | Добро затихване, подходящо за рамки и фундаментни конструкции | Легла за машини, основи за автоматизирано оборудване, рамки за прецизно оборудване |
| UHPC прецизност | Висока якост и стабилност, подходящи за големи основи или специални конструкции | Големи основи на оборудването, стабилни{0}}носещи конструкции |
| Греда от въглеродни влакна | Лек, висока твърдост, ниска инерция | Високо{0}}скоростни портални платформи, автоматизирани греди, инспекционни мостове |
| Прецизно стъкло | Прозрачен, подходящ за оптични и инспекционни нужди | Конструкции за оптична инспекция, прозорци, прецизни стъклени компоненти |
| Прецизен 3D печат | Подходящ за сложни структури, бързо развитие и малки партиди | Мостри за научноизследователска и развойна дейност, сложни функционални части, персонализирани прецизни структури |
Гранит и минерална отливка: стабилната основа
Гранитът остава естественият избор за голяма, висока{0}}стабилност, високо-амортизираща основа и референтни части, защото съчетава маса, стабилност на размерите и гасене на вибрации с устойчивост на корозия. Когато са необходими много големи рамки или специфичен дизайн на основата, минералното отливане и UHPC предлагат силно затихване и добра стабилност при размери и разходи, които отговарят на структурите на оборудването, така че те често се използват за легла и основи, които биха били непрактични в масивен камък.
Керамика: изолация, ниско разширение и тежки среди
Прецизната керамика се налага там, където гранитът не отговаря на изискванията. Използва се за електрически изолационни компоненти, за части, устойчиви на корозия и износване, и за структури, свързани с вакуум, чисти или химически активни среди, където ниското му термично разширение и твърдост спомагат за поддържане на точност при условия, които биха атакували други материали. В полупроводникови и измервателни приложения тази комбинация от изолация и стабилност често е решаващият фактор.
Метал: интерфейси, пътища на натоварване и движение
Металът все още върши работата, която другите материали не могат. Сложните интерфейси, носещите-връзки, прецизните движещи се части и конструкциите с висока-якост обикновено са метални, защото могат да се обработват в сложни форми и да се съединяват надеждно. В много-машина за материали металът често е частта, която свързва гранитна основа и керамичен елемент заедно, така че точността му на пасване е толкова важна, колкото и здравината му.
Въглеродни влакна, стъкло и добавки: скорост, оптика и сложна геометрия
Гредите от въглеродни влакна са подходящи за високо{0}}скоростни системи, при които ниската маса и високата твърдост намаляват инерцията, която двигателят трябва да движи, и помагат на машината да достигне скорост, без да нарушава рамката. Прецизното стъкло обслужва нуждите от оптика, гледане, проверка и показване, където прозрачността и оптичното качество са най-важното. А прецизният 3D печат е подходящ за сложни вътрешни структури, бързи прототипи и малки-партиди или части за разработка, където свободата да се създават форми, които не могат да се обработват, съкращава пътя от дизайна до хардуера.
От отделни части до една интегрирана система
Изборът на правилния материал за всяка структура е само половината от работата. Частите все още трябва да работят заедно и това е мястото, където се крие истинското инженерство. Гранитна основа, керамичен изолационен слой и греда от въглеродни влакна работят по предназначение само ако техните интерфейси, допуски и термично поведение са планирани като един дизайн и ако производството, сглобяването и крайното измерване се контролират заедно, а не изолирано. Ето защо най-добрата прецизна структура не винаги е направена от един материал. Това е резултат от избора на правилния материал за правилната функция, след това контролиране на производството, сглобяването и измерването като една интегрирана система.
Планирайте вашата мулти{0}}структура с нас
Ако проектирате платформа за полупроводници, метрология или автоматизация и претегляте материали за всяка структура, изпратете ни своя чертеж и изисквания. Когато произвеждамепрецизни керамични компонентииоснови за машини за минерално леене, ние третираме структурата като система, от избора на материал през сглобяването до крайното измерване, така че всеки материал да допринася точно това, от което се нуждае дизайнът.