Mikromesin: Teknik Canggih, Peluang Pasar, dan Tantangan Baru
Mikromesin adalah bisnis besar dan diproyeksikan akan tumbuh di tahun-tahun mendatang seiring permintaan industri untuk bagian yang lebih kecil dan lebih kompleks. Namun apa yang sebenarnya dimaksud dengan istilah ini, dan bagaimana berbeda dari “makromesin” yang dilakukan setiap hari di bengkel mesin di seluruh dunia? Inilah yang perlu Anda ketahui.
Baik untuk industri medis, elektronik penerbangan angkasa atau otomotif, mikromesin adalah bisnis besar. Dan akan menjadi lebih besar lagi, menurut laporan November 2019 oleh perusahaan penelitian The Insight Partners.
Dengan nilai yang diproyeksikan sebesar $5,48 miliar pada 2027, pasar mikromesin global diperkirakan akan tumbuh hingga hampir dua kali lipat dari tingkat 2018 selama beberapa tahun mendatang, menurut laporan.
Seperti kebanyakan di industri, Jake Rutherford, insinyur penelitian dan pengembangan di KYOCERA SGS Precision Tools Inc., mendefinisikan mikromesin sebagai bagian atau fitur bagian yang memerlukan alat dengan diameter kurang dari 1/8 inci atau 3 milimeter.
Itu tidak baru, katanya. Aplikasi pertama untuk mikromesin adalah pembuatan jam, tetapi seiring teknologi telah menghasilkan komponen yang lebih kecil dan lebih presisi selama bertahun-tahun, istilah ini kini mencakup berbagai industri, bagian dan bahan. Ini mencakup segala macam sensor, pompa jantung dan peralatan pemantau pernapasan, komponen untuk industri penerbangan angkasa dan otomotif, aksesori mikroskop elektron, perangkat mikrofluidik, dan bahkan banyak bagian di ponsel Anda.
Bahan yang digunakan untuk membuat komponen ini juga mencakup berbagai rentang, dengan baja karat dan alloy tahan panas cukup umum, serta polimer seperti PEEK, PTFE dan POM.
“Ada banyak tumpang tindih bahan di antara industri, itulah sebabnya bengkel harus mencari alat mikromesin yang spesifik bahan daripada alat yang dirancang untuk pasar atau aplikasi tertentu,” kata Rutherford.
Aturan Umum Mikromesin
Terlepas dari ukuran workpiece, prinsip umum pemesinan tetap sama. Yang berbeda adalah efek diperkuat dari variabel aplikasi yang tidak optimal pada keberhasilan mikromesin.
“Semua menjadi lebih kritis,” kata Insinyur Aplikasi KYOCERA SGS Jacob Rak. “Ambillah runout sebagai contoh. Kami merekomendasikan maksimal 0,1 persen dari diameter alat pemotong Anda. Namun semakin kecil alat, semakin sulit untuk dicapai dan semakin besar efek pada umur alat.”
Derek Nanding setuju. Insinyur aplikasi untuk M.A. Ford Mfg. Co. Inc., ia menawarkan aturan umum untuk alat dengan diameter lebih besar dari 1/8 inci: Untuk setiap sepuluh runout, pemasin dapat melihat pengurangan umur alat sebesar 10 persen. “Saat Anda berurusan dengan alat pemotong berukuran mikro, kehilangan umur alat dapat lebih besar lagi. Itulah sebabnya kami merekomendasikan sistem shrink-fit, hidrolik atau press-fit presisi yang berkualitas tinggi untuk sebagian besar aplikasi pemotong dan bor, tetapi terutama untuk mikromesin.”
Mencapai kecepatan permukaan yang tepat juga penting. Setiap pemasin dapat melakukan matematika, tetapi menjalankan pemotong 1/32 inci pada 300 sfm memerlukan hampir 40.000 rpm, jauh lebih tinggi daripada yang dapat dicapai oleh sebagian besar pusat pemroses dan semua pemotong. Dalam situasi ini, Nanding dan orang lain merekomendasikan speeder head. Versi listrik, pneumatik dan pendingin dengan daya siap tersedia, meskipun Nanding dengan cepat menunjukkan yang pertama memerlukan penyaluran listrik, sehingga melarang penggunaan perpindah alat otomatis mesin.
Kecepatan Spindel Tinggi dan Pendingin Bersih
Untuk aplikasi bor mikro yang dikirimkan pendingin, Nanding mencatat bahwa sistem pendingin tekanan tinggi (HPC) dengan 500 hingga 1.000 PSI harus digunakan untuk mengakomodasi lubang pendingin ultra-kecil bor. Ia memperingatkan bahwa filtrasi yang tepat sangat penting.
“Tentu, lubang di bor ini cukup kecil, sehingga chip atau kontaminan yang kecil pun cukup untuk menyumbatnya, seringkali mengakibatkan kegagalan alat hampir segera,” katanya. “Itulah sebabnya saya suka melihat tingkat filtrasi 10 mikron atau lebih untuk kinerja optimal.”
Bahkan lebih daripada kecepatan spindel tinggi dan pendingin bersih, Nanding suka melihat alat mesin yang rata dan akurat tinggi yang dirancang untuk pekerjaan mikro. Begitu pula Rak dari KYOCERA SGS: “Saat Anda mencoba menjalankan bor mikro atau pemotong ujung pada mesin yang terlalu besar, resolusi sumbu seringkali tidak halus cukup, menghasilkan gerakan yang dapat terlalu tiba-tiba untuk ditahan oleh alat,” katanya.
Evan Duncanson, spesialis aplikasi pemotong di EMUGE Corp., mencatat kesalahan mikromesin umum lainnya: pemakanan terlalu rendah pada alat.
“Orang yang baru dalam pekerjaan ini cenderung merawat alat mikro dengan lembut, tetapi saat Anda mengurangi laju pemakanan pada 30.000-plus rpm, Anda akhirnya hanya mendorong material dan alat patah,” katanya. “Anda perlu menggunakan laju pemakanan yang direkomendasikan untuk alat untuk memotong dengan baik, terlepas dari ukurannya.”
Jalur alat itu sendiri mungkin juga perlu disesuaikan. Duncanson menyarankan bahwa pemotong trochoidal masih memiliki tempatnya, tetapi karena pemotong ujung mikro sering terbatas pada dua gagang dan memiliki jangkauan yang relatif panjang, strategi pemotong yang berbeda mungkin diperlukan.
“Banyak pemotong ujung mikro memiliki panjang pemotongan yang sangat pendek—seringkali hanya satu hingga dua kali diameter—dengan leher yang dikurangi 10 atau bahkan 20 kali panjang itu,” katanya. “Dengan alat ini, Anda akan mengambil pemotongan aksial yang sangat dangkal dan menggunakan jumlah stepover yang relatif berat.”
Terakhir, calon mikromesin harus memiliki anggaran alat yang sesuai. Sama seperti pemotong dan bor dengan alat berukuran pensil bukan untuk orang lemah hati, demikian pula penggilingan alat tersebut. Duncanson dan yang lain di sini mengatakan mesin penggilingan akhir dan roda giling butir halus khusus diperlukan untuk mencapai finishing permukaan yang sangat halus dan tepi tajam yang ditemukan pada produk mereka. Meski begitu, tingkat sisa naik—kadang sangat naik—seiring berkurangnya ukuran alat. Hasilnya biaya alat yang lebih tinggi.
“Lihat tepian pemotong pada pemotong ujung standar, 1/2 inci di bawah mikroskop,” katanya. “Berkatilah alat sebaik apapun, Anda akan melihat dua hingga tiga mikron microchipping dan retakan tepi. Itulah sebabnya sebagian besar produsen menerapkan hone kecil pada alat mereka, untuk mengaluskan retakan ini dan secara dasar pra-aus alat. Namun Anda tidak dapat melakukan ini saat alat sebesar sepuluh bagian dari ukuran itu, sama seperti Anda tidak dapat menerapkan lapisan tebal lima hingga sepuluh mikron yang sama. Semua harus semajam mungkin.”
Teknik Mikromesin
Meski semua pembicaraan ini tentang alat tajam dan peralatan penggiling khusus, sebagian besar “mikromesin” saat ini tidak seperti yang dijelaskan di sini. Ya, cukup banyak dilakukan menggunakan alat pemotong konvensional pada pemotong CNC dan pusat pemroses seperti yang baru dibahas. Namun ada juga mikromesin laser (lihat sidebar), mikro-EDM dan jenis mikromesin yang lebih akurat disebut mikrofabrikasi.
Ada dua proses pembuatan seperti itu. Yang pertama—mikromesin massa—biasanya digunakan untuk membuat MEMS (sistem mikro-elektro-mekanik) melalui etch selektif substrat silikon. Jika perangkat MEMS berukuran rumah, sebagian besarnya akan berada di bawah tanah, dirajang dengan serangkaian kimia korosif hingga struktur dan properti mekanis yang diinginkan dibangun.
Mikromesin permukaan, di sisi lain, membangun “rumah” dalam lapisan permukaan yang telah ditumpahkan di atas wafers silikon. Bagian dari lapisan kristal ini, kira-kira 25 mikron tebal, secara selektif dihilangkan melalui proses etch kimia yang serupa. Keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan, dan keduanya digunakan untuk menghasilkan berbagai perangkat yang sangat kecil. Ini termasuk MEMS, sensor inersia, giroskop dan perangkat pengungkap tekanan, semuanya dapat ditemukan di ponsel, mobil, pesawat dan produk industri high-end yang berbeda.
Teknik mikromesin apa yang Anda temukan paling membantu? Bagikan pikiran Anda dalam komentar di bawah.
