Bo Hyun Kim是韩国崇实大学机械工程学院的教授。 他正在使用数码显微镜和三维激光共聚焦显微镜研究超精密微加工技术。 我们与Bo Hyun进行了交谈，更详细地了解了他的研究以及用于获得有意义结果的显微镜。
问：什么是超精密微加工技术？
Bo Hyun：超精密微加工技术是一种以纳米级的精度和粗糙度生产微米大小的特征或零件的制造技术。 在信息技术、电子零件以及微机械零件和模具领域，对超精密微加工技术的需求正在迅速增加。 超精密微加工技术应用的领域也在扩大。
为了满足对这些技术的需求，精密工程和制造实验室（PREMA）正在进行超精密加工技术的研究，如微铣削、钻孔和研磨，以及电火花加工（EDM）和电化学加工（ECM）。
典型的研究领域包括：
- 高硬度材料（陶瓷、硬质合金、蓝宝石玻璃等）的超精密加工。
- 微细电火花加工（micro-EDM）
- 微型刀具制造技术
- 混合加工技术（加工技术的组合，如切割、研磨、电火花、电化学和激光加工）
问：您能否分享一下您在这个领域的一些研究成果，以及您获得成果所使用的仪器？
Bo Hyun：对我的研究来说，观察和测量通过各种方法加工的表面非常重要。
各种加工参数会影响精密加工。 因此，我们必须不断检查图像并测量加工表面，以确保每个阶段的加工都已正确完成。
让我们以在延性模式下加工的Pyrex玻璃的表面为例进行说明。
下面的第一张图片（图1，左图）显示的是使用微型聚晶金刚石（PCD）刀具在Pyrex玻璃表面加工的微槽。 由于玻璃材料非常脆，因此很难在玻璃上加工出没有裂纹的微观特征。 例如，图像中的垂直槽是以1微米的切削深度加工的。 即使是1微米的切割深度也会在玻璃表面留下许多裂纹。 然而，当在水平槽中的切割深度减少到0.25微米时，加工的玻璃上就没有裂纹，这种工艺被称为延性模式切割。
为了提高PCD刀具的耐用性或消除加工过程中频繁出现裂纹的诱因，在改变实验条件的同时检查粗糙度和表面的变化非常重要。
在这种情况下，数码显微镜和激光共聚焦显微镜就是观察和测量加工表面的有效工具。 使用Evident公司的DSX1000数码显微镜和LEXT OLS5100 3D激光共聚焦显微镜观察和测量表面，可以提高加工质量，在延性模式下创建无裂纹的表面。
以下是来自显微镜的结果：
图1. 使用PCD微型刀具在Pyrex玻璃表面加工的微槽。 左图：显微镜图像；右图：表面轮廓。 使用OLS5100 3D激光共聚焦显微镜拍摄和测量的图像。
图2. 在Pyrex玻璃表面加工的微槽。 特写图像显示，当切割深度为0.25微米时，经过加工的Pyrex玻璃没有裂纹，这种工艺被称为延性模式切割。 使用OLS5100 3D激光共聚焦显微镜可获取图像和执行测量。
| 进给速度（µm/s） | 切割深度（µm） | 总深度（µm） | |
|---|---|---|---|
| 脆性模式 | 100 | 1 | 10 |
| 延性模式 | 20 | 0.25 | 14 |
| 研磨条件 | |
|---|---|
| 使用的刀具 | PCD |
| 颗粒大小（µm） | 10 |
| 刀具直径（µm） | 150 |
| 工作电容（pF） | 500 |
| 工件材料 | Pyrex |
| 旋转速度（rpm） | 60,000 |
| 进给速度（µm/s） | 20–100 |
| 切割深度（µm） | 0.25–1 |
| 总深度（µm） | 14 |
- 在条件(1)下产生脆性表面后，在条件(2)下通过交叉以延性模式进行加工。
- 创建一个无裂纹的延性模式表面，同时加工比脆性裂纹更深的地方（阶差：4微米）
| 进给速度（FR）：µm/s | 切割深度（DOC）：µm | 总深度：µm | 平均表面粗糙度（Ra）：µm | 最大高度（Rz）：µm | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. 脆性 | 100 | 1 | 10 | 0.437 | 2.589 |
| 2. 延性 | 20 | 0.25 | 14 | 0.015 | 0.141 |
图3. 在脆性和延性模式下加工的玻璃表面的粗糙度比较。 使用的设备：OLS5100 3D激光扫描显微镜。
如果将使用3D数码显微镜和激光共聚焦显微镜获得的粗糙度分析数据和加工精度进行比较，并在决定加工参数时考虑到比较结果，可以在很大程度上提高加工质量。 这很重要，因为加工质量越高，产品质量就会越好。
Bo Hyun Kim教授使用DSX1000数码显微镜检查加工表面的粗糙度和表面变化
问：您今后的研究计划是什么？
Bo Hyun：今后，精密工程与制造实验室将继续对各个领域的超精密加工项目开展有意义的学术和实践研究。
进一步了解超精密微加工技术
要了解关于超精密微加工技术的更多信息，请查看以下这些由Bo Hyun Kim教授撰写的论文。
- 应用科学|免费全文阅读|Experimental Study on Micro-Grinding of Ceramics for Micro-Structuring（微细研磨陶瓷的微观结构的实验研究）(mdpi.com)
- 微加工|免费全文阅读|Microfluidic Chip Fabrication of Fused Silica Using Microgrinding（利用微研磨技术制造熔融石英的微流控芯片）(mdpi.com)
关于受访者
 | Bo Hyun Kim教授是韩国崇实大学机械工程学院的教授，他是硬质材料超精密加工领域的专家。 他对超精密微加工技术（如电火花加工、电化学加工和激光加工）以及机械加工技术（如切割、铣削和研磨）进行高级研究并发表论文，为学术界做出了贡献。 |
