Sunlight-Tech Inc. 使用 GF Machining Solutions 的 Microlution 激光微加工和微铣削中心来生产公差小于 1 微米的零件。

对于许多加工车间来说,0.0003 到 0.0005 英寸的零件公差很严格。在 伊利诺伊州 Mokena的 Sunlight-Tech Inc.,日常工作可能涉及小于 1 微米(0.00003937 英寸)的公差——这是传统 CNC 加工甚至电火花加工 (EDM) 难以实现的要求。此外,商店的许多零件几乎都是微观的,或者需要微小、复杂的特征。根据 Sunlight Tech 的总裁 Grzegorz (Greg) Nowobilski 的说法,该车间只能通过激光微加工和微铣削技术在机器上完成这项工作,这些机器的移动精度与车间需要保持的亚微米零件公差一样精确。

满足微观要求

这家拥有 22 名员工的车间于 2010 年开业,是一名专注于设计机械和自动化的工程顾问。2018 年,阳光从咨询业务扩展到微激光和微铣削加工领域。因此,它现在为汽车、食品、消费品、航空航天、国防、电子、通信和医疗行业的广泛客户提供服务。

一张装在玻璃杯中的微小部件的照片

Sunlight-Tech Inc. 专门使用激光加工和微铣削来生产具有亚微米级公差的零件。

凭借其激光微加工能力,Sunlight 可满足客户的工作要求,例如生成 3,200 个孔(每个孔的直径为 254 微米,深度与直径之比为 11:1),或产生顶部为方形、底部为圆形的特征。或负锥度,以及其他类型的空腔和盲特征。它还将其激光技术用于那些不得被污染或与异物接触的零件,该商店称这是涉及切削工具的传统铣削操作中的常见风险。由于大部分零件都非常微小且易碎,Sunlight 使用激光对其进行微加工,以避免产生任何破坏性的切割力。

适合工作的工具

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Sunlight 的 Microlution ML-5 机器具有完整的五轴激光运动功能,可“弯曲”光束以生成传统钻孔无法实现的复杂形状。

目前,Sunlight 拥有两台来自GF Machining Solutions的超快激光微加工系统 :一台 Microlution ML-5 五轴机床和一台具有更大工作范围的 Microlution ML-5 三轴机床。

Microlution ML-5s 能够提供 ±1 μm 的定位精度和 ±0.5 μm 的重复性。ML-5s 的全五轴激光运动能够“弯曲”光束以产生传统钻孔无法实现的高度复杂的形状,例如使用精确定位和机加工的喷孔的 GDI 喷油器喷嘴在发动机气缸内达到所需的流速和喷雾模式。这些零件的客户通常需要大约 4 度、小于 0.3 μm Ra 的负锥孔、大约 ±1 μm 的直径重复精度和只有几微米的定位公差。

精密研磨的天然花岗岩底座和安装在花岗岩上的导轨支持机器的高精度光束传输系统。这些底座旨在在延长的生产运行中提供高热稳定性,以保持零件质量。根据 GF Machining Solutions 的说法,高精度直线电机使机器能够达到峰值加速度而没有黑隙,并显着减少循环时间和消耗品。其他功能包括高分辨率玻璃刻度编码器以及在线工件测头、集成功率计和高速光学相机。

这两台机器都使用飞秒激光技术——激光脉冲在万亿分之一秒的范围内。它们消除了大多数毛刺形成,其超短脉冲持续时间可防止材料在加工过程中进入熔融状态,GF Machining Solutions 表示,这使得这些激光器适用于 Sunlight 的热敏部件。

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Sunlight 的 Microlution 5100 微铣削中心使该车间能够处理高精度、小零件应用,例如医疗微流体。

在微铣方面,Sunlight 使用其具有高速五轴微铣技术的 Microlution 5100 微铣中心来生产具有复杂几何形状的高精度零件。该机器设计用于制造微小部件,同时保持微米级精度,使用直径从 0.0004 到 0.124 英寸的切削工具处理最大 4 × 4 × 4 英寸的零件。GF Machining Solutions 凭借其 ±0.00004 英寸的定位精度表示,高性能、立桥式直线电机加工中心非常适合 Sunlight 的高精度、小零件应用,例如医疗微流体,这要求将通道的几何公差保持在±3 μm。

从研发到生产运行

Sunlight 的许多激光微加工工作都涉及研发工作。根据 Nowobilski 的说法,由于超短脉冲激光加工还不到十年的历史,公司正在试验这项技术,看看它如何使他们目前生产的零件受益。阳光帮助他们证明了这些概念。

这些原型设计练习通常从车间切割一两个样品零件供客户评估开始。从那里,客户可以要求多达 25 到 50 件来测试产品设计的实施。如果测试成功,客户可以从 Sunlight 订购完整生产的组件,批量从每月 10 到几百个零件不等。对于需要多个特征的组件(例如单个零件中的 220 个孔),典型的零件周期时间从几秒到四到五个小时不等,或者在高端,对于具有复杂特征的组件,最长可达 6 小时。

“有效激光加工的一个关键因素是确定正确的激光参数,”Nowobilski 说,“为此,我们与 GF Machining Solutions 的应用工程支持团队合作开发这些参数。”

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Sunlight 应用工程师 Kelsey Tschetter 在大约三个月后能够轻松地对 ML-5 五轴机床进行编程。

这种支持与 Nowobilski 之前的激光经验相结合,使 Sunlight 能够快速跟上 Microlution 机器的编程速度。正如他解释的那样,“仅仅几周后,我们就了解了激光参数以及如何改变它们以生成特定的零件形状和特征。”

对于应用工程师 Kelsey Tschetter 来说,能够轻松地对 Microlution 机器进行编程只需要大约三个月的时间。她对 ML-5 五轴机器进行编程、设置和运行,同时与她的同事一起开发工作的运行方式。参考过去的项目帮助她大大缩短了许多工作的交付周期。

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