メソスケール製造

メソスケール製造とは、さまざまなエンジニアリング材料を使用して、約 0.1 mm から 5 mm の範囲の部品や製品を高精度かつ精密に作成するプロセスです。メソ製造プロセスは、マクロ製造プロセスとマイクロ製造プロセスの間のギャップを埋め、両方のプロセスを重ね合わせています (図を参照)。その他の製造技術には、ナノスケール(< 100 nm)、マイクロスケール (100 nm から 100 μm)、マクロスケール製造 (> 0.5 mm) があります。^[1]

メソ製造の応用分野には、エレクトロニクス、バイオテクノロジー、光学、医療、航空電子工学、通信、その他の分野が含まれます。具体的な応用分野としては、機械式時計、極小モーターやベアリング、カメラ用レンズ、携帯電話用マイクロ部品、マイクロバッテリー、メソスケール燃料電池、マイクロスケールポンプ、バルブ、マイクロ化学反応器用混合装置、バイオメディカルインプラント、光ファイバー用マイクロホール、ステントやバルブなどの医療機器、高温ジェット用ミニノズル、メソスケール金型、デスクトップまたはマイクロファクトリーなどがあります。^[2]

メソスケールでの製造は、マクロスケールの製造プロセスを縮小するか、ナノ製造プロセスをスケールアップすることで実現できます。^[3]フライス加工や旋盤加工などのマクロスケール技術は、25 μm の範囲の特徴を作成するために効果的に使用されています。小型フライス盤などのメソマシンツール(mMT) は、従来のマクロスケール技術を使用してメソスケール製品を製造することを拡張したものです。工作機械の自己励起振動と疲労の制限により、マイクロアセンブリとマイクロおよびメソスケールのフライス加工が作成され、フライス加工プロセスの最大剛性と動的操作が改善され、製造の全体的なパフォーマンスが向上します。^[4] mMT の開発により、小規模の機械加工に特有の多くの課題が明らかになりました。これらの課題は、小規模での粒子サイズの影響が大きく、工作機械と測定ツールの両方で許容誤差が極めて小さい必要があることに起因しています。^[1]

レーザー加工は、ナノ秒パルスの紫外線を使用して穴やフィレットなどのメソスケールの特徴を作成する従来の技術です。レーザー加工中の材料の除去は露光時間に比例するため、このプロセスを使用して3次元の特徴を作成できます。^[5]

あまり一般的ではない技術としては、集束イオンビームスパッタリング（FIB）を使用して材料を除去する方法があります。このプロセスでは、ガリウムなどのイオンビームをワークピースに集中させ、材料を除去します。FIBスパッタリングは材料除去率が比較的低いため、用途が限られています。^[5]

放電加工（EDM）は、メソスケールで使用されるもう1つの減算製造プロセスです。このプロセスでは、ツール電極とワークピースの間で電気を転送する必要があるため、電気を伝導する材料の製造にのみ使用できます。EDMの利点の1つは、チタンなど、従来の機械加工プロセスではうまく機能しない硬い材料にも使用できることです。^[5]