Pri navrhovaní ultra{0}}presných strojov-, ako sú nástroje na kontrolu polovodičových plátkov, súradnicové meracie stroje (CMM) a ultrarýchle laserové mikro-platformy na mikroobrábanie-, je výber základného konštrukčného materiálu základným technickým rozhodnutím. Thekonštrukčná základňafunguje ako fyzický základ systému a priamo riadi dynamickú tuhosť, dlhodobú{0}}rozmerovú stabilitu, tepelné správanie a celkovú presnosť polohovania.
Historicky bola liatina štandardným materiálom pre lôžka obrábacích strojov. Keďže však požiadavky na riadenie pohybu prerástli do sub-mikrometrových a nanometrových režimov, alternatívnymi materiálmi, ako sú prírodná čierna žula s vysokou{2}}hustotou a epoxidový betón (minerálne odlievanie), sa stali hlavnými alternatívami.
Táto technická príručka hodnotí fyzikálne vlastnosti, dynamické charakteristiky a technické{0}}výhody medzi prírodnou žulou, liatinou a epoxidovým betónom s vysokou{1}}hustotou, aby pomohla inžinierskym a obstarávacím tímom vybrať optimálny základ pre ich vybavenie.
Prehľad porovnania fyzikálnych vlastností
Na posúdenie vhodnosti pre mimoriadne-presné aplikácie musia byť konštrukčné materiály hodnotené na základe niekoľkých základných fyzikálnych metrík:
Prírodná čierna žula s vysokou-hustotou
Hustota: približne 3100 kg/m³
Koeficient tepelnej rozťažnosti: 4,5 až 6,0 um/m·K
Kapacita tlmenia: Vysoká
Youngov modul: 80 až 100 GPa
Odolnosť proti korózii: Imunitný (bez oxidácie)
Dlhodobý{0}}stres: nulový (geologicky starý)
Liatina (Sivá Iron GG25/GG30)
Hustota: 7100 až 7300 kg/m³
Koeficient tepelnej rozťažnosti: 10,5 až 12,0 um/m·K
Kapacita tlmenia: Nízka
Youngov modul: 100 až 140 GPa
Odolnosť proti korózii: Náchylný na hrdzu a oxidáciu
Dlhodobý-stres: vysoký (vyžaduje liečbu na zmiernenie stresu)
Epoxidový betón / odlievanie minerálov
Hustota: 2300 až 2400 kg/m³
Koeficient tepelnej rozťažnosti: 12,0 až 15,0 um/m·K
Kapacita tlmenia: Vysoká
Youngov modul: 35 až 45 GPa
Odolnosť proti korózii: Odolný
Dlhodobý{0}}stres: Stredný (podlieha zmršťovaniu polyméru v priebehu času)
1. Tepelná stabilita a vlastnosti rozťažnosti
Tepelný drift je jedným z hlavných prispievateľov k chybám v objemovom meraní v metrológii a spracovaní polovodičov.
Čierna žula s vysokou{0}}hustotou: Má nízky koeficient tepelnej rozťažnosti (približne 4,5 až 6,0 um/m·K), približne polovičný v porovnaní s liatinou. Navyše, vďaka svojej nízkej tepelnej vodivosti, žula veľmi pomaly absorbuje a rozptyľuje zmeny okolitej teploty. Táto tepelná zotrvačnosť zabraňuje rýchlej lokálnej deformácii počas dočasných{5}}výrazov teploty podlahy.
Liatina: Vykazuje vysokú tepelnú vodivosť spojenú s vysokým koeficientom tepelnej rozťažnosti (okolo 11 um/m·K). Nekontrolované kolísanie okolitej teploty spôsobuje rýchlu tepelnú rozťažnosť alebo deformáciu vo veľkých liatinových konštrukciách, čo si vyžaduje zložité algoritmy tepelnej kompenzácie v softvéri regulátora.
Epoxidový betón: Zatiaľ čo minerálne odliatky môžu byť ladené, ich polymérne spojivá vo všeobecnosti vykazujú vyššie koeficienty tepelnej rozťažnosti ako prírodný kameň, vďaka čomu sú citlivé na priame kolísanie okolitej teploty, pokiaľ nie sú uchovávané v prísne kontrolovanom prostredí.
2. Tlmenie vibrácií a dynamický výkon
Vo vysokorýchlostných fázach polohovania (ako sú XY stoly poháňané lineárnym motorom pri vŕtaní do DPS alebo pri balení polovodičov) je čas ustálenia kritický. Mikro-vibrácie vyvolané rýchlym zrýchlením a spomalením sa musia rýchlo znížiť, aby sa zachovala priepustnosť a presnosť polohovania.
Prírodná čierna žula má vo svojej podstate tlmiaci faktor až 10 až 15-krát vyšší ako sivá liatina. Vnútorná kryštalická štruktúra hustého prírodného kameňa efektívne tlmí vysoko-frekvenčné harmonické bez prenosu rezonancie na optické kódovače alebo povrchy vzduchových ložísk. Liatinové konštrukcie často vyžadujú vnútorné rezonančné tlmiče alebo zložité rebrovanie, aby sa minimalizovalo zvonenie.
3. Dlhodobá-odstránenie stresu a odolnosť proti korózii
Prirodzené starnutie vs. zvyškové napätie: Liatinové konštrukcie obsahujú vlastné vnútorné napätia vyplývajúce z procesov odlievania a chladenia. Dokonca aj po tepelnom žíhaní a starnutí-odstránenia napätia sa kovové konštrukcie počas niekoľkých rokov pomaly deformujú. Prírodná čierna žula s vysokou-hustotou, ktorá sa vytvárala pod extrémnym geologickým tlakom počas miliónov rokov, je úplne bez stresu-. Po ručnom{7}}lapovaní podľa plochých špecifikácií si zachováva rozmerovú integritu po celé desaťročia.
Korózia a vytvrdzovanie vplyvom prostredia: Liatina vyžaduje chemické antikorózne oleje, farby alebo pokovovanie, ktoré môžu kontaminovať prostredie čistých priestorov (ISO trieda 1-5). Prírodná čierna žula je chemicky inertná, ne-magnetická, odolná voči korózii-a nevodivá, vďaka čomu je priamo kompatibilná s čistými polovodičovými priestormi a prostrediami optických kontrol.
Úskalia výberu materiálu: prírodná čierna žula vs. hornina nižšej-triedy
Bežným úskalím globálneho získavania zdrojov je zaobchádzanie so všetkými žulovými alebo kamennými materiálmi ako s identickými. Existujú značné materiálové rozdiely:
Dôležitá poznámka pre strojných dizajnérov: Nižšia-kvalitná žula (napríklad ružová alebo svetlosivá žula pre komerčné budovy) a lacné náhrady mramoru nemajú hustotu a Youngov modul potrebný pre presné konštrukcie. Mramor sa skladá predovšetkým z kalcitu, vďaka čomu je mäkký, porézny, vysoko náchylný na degradáciu kyselinami a náchylný na rýchle opotrebovanie.
Skutočne presné{0}}konštrukčné základy vyžadujú prírodnú čiernu žulu vysokej{1}}hustoty s hustotou blížiacou sa alebo presahujúcou 3100 kg/m³. Vysoká hustota sa priamo premieta do nízkej absorpcie vody, zvýšenej tuhosti a mikro-zrnitých povrchových štruktúr schopných dosiahnuť sub-mikrónové rovinnosti pomocou presného ručného-lapovania.
Technické odporúčanie a zhrnutie
Vyberte liatinu: Keď sa musia zložité vnútorné priechody (ako sú chladiace potrubia kvapaliny alebo zložité duté hydraulické kanály) odliať priamo do jedného kovového rámu, kde je nevyhnutná vysoká pevnosť v ťahu pri ohybe.
Vyberte epoxidový betón: Pre stredne{0}}presné veľkoobjemové{1}}výrobné strojové základne, kde sa vyžadujú zložité vnútorné vedenia, za predpokladu, že sú prijateľné nižšie faktory tuhosti a starnutia polymérov.
Vyberte si prírodnú čiernu žulu s vysokou{0}}hustotou: Pre vysoko-presnú metrológiu (CMM, povrchové iluminátory, optická kontrola), polovodičovú litografiu, manipuláciu s plátkami, vzduchové-stupne a ultrarýchle laserové obrábanie. Vďaka kombinácii nulového vnútorného namáhania, vysokého tlmenia vibrácií, minimálnej tepelnej rozťažnosti a odolnosti proti -magnetickej korózii je priemyselným štandardom pre sub-mikrónovú presnosť.
Potrebujete vlastnú inžiniersku podporu alebo štrukturálne špecifikácie?
V UNPARALLELED Group sa špecializujeme na výrobu ultra{0}}precíznych konštrukčných základov s použitím prémiovej UNPARALLELD prírodnej čiernej žuly (hustota približne 3100 kg/m³). Naše-špičkové{4}}-montážne zariadenia na ploche 10 000 m² s riadenou klímou-obsahujú izolované antivibračné základy, ktoré sú schopné opracovať-jednokusové žulové komponenty s dĺžkou až 20 metrov a hmotnosťou 100 ton.
Hľadáte podporu analýzy konečných prvkov (FEA) pre vašu vlastnú žulovú štruktúru?
Potrebujete podrobné správy o overení tolerancie, ktoré by bolo možné nadviazať na národné metrologické normy?
Kontaktujte náš Senior Application Engineering Team ešte dnes a požiadajte o technickú konzultáciu alebo odošlite svoje CAD výkresy na podrobnú kontrolu výroby.