Qu’est-ce qu’une machine de microfabrication ?
Les machines de microfabrication sont des équipements de traitement permettant un usinage de microprécision à l’échelle du micron.
Les matériaux soumis à la microfabrication ne se limitent pas aux métaux. Ils comprennent également les résines, les polymères et les matériaux inorganiques. Depuis quelques années, il existe des machines de microfabrication capables de contrôler des programmes par incréments de 10 nm, l’échelle de miniaturisation progressant chaque jour.
Les machines de microfabrication au sens large du terme comprennent également les machines à décharge électrique, les électroérosions à fil, les perceuses à gabarit et les machines de découpe au laser. Lors de la manipulation de ces machines de microfabrication, le contrôle de la température, comme la température ambiante, et les compétences de l’opérateur sont également extrêmement importants.
Utilisations des machines de microfabrication
Ces dernières années, la technologie de la microfabrication s’est imposée dans tous les domaines industriels et est utilisée dans un large éventail d’utilisations.
Dans l’industrie des semi-conducteurs et des composants électroniques, il s’agit d’une technologie de traitement indispensable pour l’usinage des moules d’emballage et de divers composants dans le cadre de la miniaturisation des appareils. Dans le cas de l’industrie des équipements médicaux, elle se révèle indispensable pour la fabrication de composants à microcircuits. Par exemple les biopuces et les composants à structures d’électrodes fines.
Il est possible de réaliser des microstructures qui ne peuvent pas être usinées avec des fraises conventionnelles. Par exemple des ailettes de rayonnement thermique avec un pas microscopique, des trous avec un pas de l’ordre du micron et des structures de réseaux de projection avec un pas de l’ordre du sous-micron.
Principe des machines de microfabrication
Au sens large du terme, les machines de microfabrication englobent plusieurs types de machines, mais il en existe trois représentatifs : les microcentrales à commande numérique, les machines à décharge électrique et les machines d’électroérosion à fil. Chacune d’entre elles dispose d’un principe différent.
1. Les machines de microfabrication CN
Sa structure et ses principes de base sont sensiblement les mêmes que ceux des centres d’usinage à commande numérique conventionnels. Toutefois, un contrôle de haute précision est appliqué à tous les aspects de la machine, y compris la méthode d’entraînement de chaque axe, le contrôle de la température du liquide d’arrosage et le contrôle de la vitesse.
Des moteurs linéaires servent à entraîner chaque axe, et certains produits ont une résolution programmée de 0,1 nm. Le guidage hydrostatique est utilisé pour les guides qui contrôlent le mouvement alternatif. Cela permet d’obtenir une résistance au frottement infiniment faible et une grande précision de mouvement.
Le liquide de refroidissement, qui gère la chaleur générée pendant l’usinage, est contrôlé à une température de 1/100 °C. Pour bloquer les diverses vibrations transmises de l’extérieur, des mesures anti-vibration sont prises au niveau de la structure des fondations du bâtiment ou l’équipement est installé sur un système d’isolation contre les vibrations. De plus, le liquide de refroidissement est installé dans une salle à température constante afin d’éviter la dilatation thermique de l’équipement.
2. Les centres d’usinage par décharge électrique
La microfabrication de matériaux conducteurs est réalisée à l’aide d’une machine à décharge électrique dont l’anode est reliée au côté du matériau et la cathode à l’électrode mobile. Cette technologie d’usinage par courant continu est utilisée pour les matériaux et les formes susceptibles d’être soumis à des contraintes d’usinage lors de la coupe et du meulage. Elle permet d’obtenir une plus grande précision et une meilleure rugosité de surface grâce à des usinages répétés.
3. Les machines à érosion par fil
Le principe de base est le même que celui de l’électroérosion, mais une cathode est connectée à un fil ultrafin d’environ 0,05-0,3 mm. Un courant continu est ensuite appliqué entre le fil et le matériau, ce qui permet de couper ce dernier. Le traitement est effectué dans de l’eau dont la conductivité est contrôlée, et le fil est constamment alimenté pendant le traitement. Le processus de coupe sans contact, course par course, ne génère aucune contrainte de traitement. Le fil peut donc être coupé avec une profondeur de coupe de 20 à 30 microns au-dessus de l’épaisseur du fil.
Plus d’informations sur les machines de microfabrication
Les machines utilisées en combinaison avec des machines de microfabrication
Les machines utilisées en combinaison avec les machines de microfabrication exigent un haut degré de précision et de stabilité. Pour faire face au micro-usinage, la machine elle-même doit être très précise et les conditions d’usinage doivent être réglées de manière appropriée. Il est donc nécessaire de comprendre les caractéristiques de chaque machine et de choisir celle qui convient le mieux.
Nous présentons ici trois types de machines typiques utilisées avec les machines de microfabrication : les machines de découpe laser, les machines à faisceau d’électrons et les machines à faisceau d’ions.
1. Les machines de traitement au laser
Ces machines découpent et traitent les matériaux en émettant des faisceaux laser à haute énergie. Elles conviennent à la microfabrication et peuvent être utilisées pour une large gamme de matériaux, tant métalliques que non métalliques. Elles sont également très précises et peuvent être utilisées pour la microfabrication.
2. Les machines à faisceau d’électrons
Ces machines découpent et traitent les matériaux en irradiant un faisceau d’électrons chauffé à grande vitesse. Elles conviennent à l’usinage fin et sont utilisées dans les domaines où une grande précision d’usinage est requise.
3. Les machines à faisceau d’ions
Ces machines peuvent effectuer une microfabrication et une modification de la surface des matériaux en les irradiant avec des faisceaux d’ions. Elles sont particulièrement efficaces pour les matériaux durs tels que la céramique et le verre.