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洞见博客

Miglioramento della qualità di superfici lavorate mediante microscopi laser e digitali

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Il professore Bo Hyun Kim dell'Università Soongsil con un microscopio digitale

Bo Hyun Kim è professore presso la facoltà di ingegneria meccanica dell'Università Soongsil in Corea del Sud. Conduce ricerche sulla tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione mediante microscopi digitali e microscopi confocali laser 3D. Abbiamo intervistato il Prof. Bo Hyun per ottenere maggior informazioni sulla ricerca e i microscopi usati per raggiungere risultati significativi.

D: Cos'è la tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione?

Prof. Bo Hyun: La tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione è una tecnica di fabbricazione che produce dettagli a livello micrometrico oppure componenti con precisione e rugosità a livello nanometrico. La necessità di tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione sta rapidamente aumentando nell'ambito dell'industria informatica, della componentistica elettronica, della componentistica micro-meccanica e dello stampaggio micro-meccanico. Inoltre si sta ampliando il campo applicativo.

In risposta a queste esigenze tecnologiche il PREMA (Precision Engineering and Manufacturing Laboratory) sta conducendo ricerche sulla tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione come microfresatura, microperforazione e microsmerigliatura, oltre a EDM (electric discharge machining) e ECM (electrchemical machining).

I tipici campi di ricerca includono:

  • Lavarazione a ultraprecisione di materiali a alta resistenza (ceramiche, carburo cementato, vetro zaffiro, ecc.)
  • Micro-EDM (micro-electric discharge machining)
  • Tecnologia di fabbricazione di micro-utensili
  • Tecnologia di lavorazione ibrida (una combinazione di tecnologie di lavorazione come sezionatura, smerigliatura, EDM, ECM e lavorazione laser)

D: Potrebbe condividere alcuni risultati della sua ricerca in questo campo e informazioni sugli strumenti usati per raggiungere questi risultati?

Bo Hyun: per la mia ricerca, risulta importante l'osservazione e la misura di superfici lavorate mediante diversi metodi.

Sono diversi i parametri di lavorazione che possono influenzare una lavorazione di precisione. Pertanto è necessario continuamente verificare le immagini e misurare la superficie lavorata per assicurarsi che la lavorazione è stata eseguita correttamente in ogni sua fase.

Come esempio è possibile prendere in considerazione la superficie di vetro borosilicato lavorato in modalità duttile.

La prima immagine riportata di seguito (Figura 1, a sinistra) mostra delle micro-scanalature ricavate su un vetro borosilicato mediante micro-utensili in diamante policristallino (PCD). Visto che il vetro è un materiale molto fragile, risulta complesso effettuare micro-lavorazioni sul vetro senza la formazione di cricche. Per esempio, la scanalatura verticale nell'immagine è stata ricavata con una profondità di taglio di 1 µm. Perfino una profondità di taglio di 1 µm ha prodotto numerose cricche sulla superficie del vetro. Tuttavia quando la profondità di taglio è stata ridotta a 0,25 µm nella scanalatura orizzontale, il vetro è stato lavorato senza la formazione di cricche; questa lavorazione è denominata sezionatura in modalità duttile.

Per incrementare la durabilità dello strumento PCD o per eliminare il rischio di formazione di cricche che si verificano frequentemente durante le lavorazioni, è importante verificare le variazioni superficiali e di rugosità al modificarsi delle condizioni sperimentali.

In questo caso un microscopio laser e un microscopio confocale laser sono strumenti efficaci per l'osservazione e la misura di superfici lavorate. Utilizzando il microscopio digitale DSX1000 e il microscopio confocale laser 3D LEXT™ OLS5100 di Evident per l'osservazione e la misura di superfici, è possibile migliorare la qualità della lavorazione per creare una superficie priva di cricche in modalità duttile.

Di seguito sono riportati risultati ottenuti con i microscopi:

Superficie in vetro lavorata in modalità fragile e duttile

Figura 1. Micro-scanalature ricavate su una superficie di vetro borosilicato con micro-strumenti PCD. A sinistra: immagine al microscopio; a destra: profilo superficiale. Le immagini sono state acquisite e misurate mediante il microscopio confocale laser 3D OLS5100.

Micro-scanalature ricavate su superficie in vetro borosilicato

Figura 2. Micro-scanalature ricavate su superficie in vetro borosilicato. L'immagine di dettaglio mostra che quando la profondità di taglio è di 0,25 µm, il vetro borosilicato può essere lavorato senza la formazione di cricche (denominata sezionatura in modalità duttile). L'immagine e le misure sono state acquisite mediante il microscopio confocale laser OLS5100 3D.

Velocità di esecuzione (µm/s) Profondità di taglio (µm) Profondità totale (µm)
Modalità fragile 100 1 10
Modalità duttile 20 0,25 14
Condizioni di smerigliatura
Strumento usato PCD
Granulometria (µm) 10
Diametro dello strumento (µm) 150
Capacitanza operativa (pF) 500
Materiale pezzo in lavorazione Borosilicato
Velocità rotativa (rpm) 60 000
Velocità di esecuzione (µm/s) 20–100
Profondità di taglio (µm) 0.25–1
Profondità totale (µm) 14
  • In seguito alla produzione di una superficie fragile in condizione (1), effettuare una lavorazione in modalità duttile in condizione (2)
  • Creare una superficie priva di cricche in modalità duttile effettuando una lavorazione più in profondità rispetto alle cricche in modalità fragile (dislivello: 4 µm)
Rugosità superficiale di una superficie in vetro lavorata in modalità fragile
Velocità di esecuzione: µm/s Profondità di taglio: µm Profondità totale: µm Media rugosità superficiale (Ra): µm Massima altezza (Rz): µm
1. Fragile 100 1 10 0,437 2,589
2. Duttile 20 0,25 14 0,015 0,141

Figura 3. Confronto della rugosità superficiale di una superficie in vetro lavorata in modalità fragile e duttile. Apparecchiatura usata: Microscopio a scansione laser 3D OLS5100.

Usando un microscopio digitale 3D e un microscopio confocale, la qualità della lavorazione può essere migliorata significativamente se i dati di analisi della rugosità e la precisione di lavorazione sono confrontati e tenuti in considerazione per la definizione dei parametri di lavorazione. Questo è importante visto che una lavorazione di maggiore qualità permetterà di ottenere un prodotto di maggiore qualità.

Misura della rugosità di superfici lavorate mediante un microscopio confocale laser 3D Osservazione e misura di superfici lavorate mediante un microscopio digitale

Il professore Bo Hyun Kim utilizza un microscopio digitale DSX1000 per verificare la rugosità e le variazioni superficiali in superfici lavorate

D: Quali sono i suoi prossimi obiettivi di ricerca?

Prof. Bo Hyun: In futuro il PEML continuerà a effettuare ricerche significative universitarie e applicative sulle lavorazioni a ultraprecisione in diversi campi.

Documentazione supplementare sulla tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione

Per ottenere maggior informazioni sulla tecnologia di microlavorazione a ultraprecisione consultare i seguenti articoli redatti dal Prof. Bo Hyun Kim.

Informazioni sull'intervistato

Bo Hyun Kim è professore presso la facoltà di ingegneria meccanica dell'Università Soongsil in Corea del Sud ed è un esperto nel campo della lavorazione di ultraprecisione di materiali duri.

Contribuisce all'attività universitaria mediante ricerche avanzate e articoli pubblicati sulle tecnologie di microlavorazione a ultraprecisione come l'EDM, l'ECM e la lavorazione laser, oltre a lavorazioni meccaniche come sezionatura, fresatura e smerigliatura.

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Jiyoung Moon joined Evident specializing in industrial microscopes such as laser confocal and digital microscopes. She continued to broaden her experience in industrial microscopy as a sales specialist and demonstrator. Jiyoung later transferred to the marketing communications team, where she applies her expertise in industrial microscopy to strengthen communication with customers.

三月 30, 2023
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