Thực tế khắc nghiệt của việc sản xuất các bộ phận siêu nhỏ—và cách Honscn làm chủ nó

Hãy cầm một chiếc kẹp giấy thông thường và nhìn kỹ. Bây giờ hãy hình dung một bộ phận kim loại nhỏ hơn kẹp’dây s—một thành phần nhỏ đến mức có thể nằm trên đầu kim. Đây là những bộ phận cực nhỏ tạo nên công nghệ hiện đại: bánh răng cực nhỏ trong máy bơm insulin, đầu nối nhỏ trong đồng hồ thông minh, van cực nhỏ trong cảm biến hàng không vũ trụ. Họ’hầu hết đều vô hình, nhưng việc tạo ra chúng là một trong những quá trình sản xuất’những thách thức lớn nhất.

Gia công các bộ phận nhỏ này không phải là’không chỉ là sử dụng những công cụ nhỏ hơn. Nó’là về việc chống lại vật lý, làm chủ các vật liệu có hành vi không thể đoán trước ở quy mô nhỏ và dung sai chặt chẽ đến mức chúng’được đo lại bằng micrômét (mà’(một phần triệu mét). Trong bài viết này, chúng tôi’Tôi sẽ phân tích lý do tại sao các bộ phận nhỏ lại khó chế tạo đến vậy—và Honscn đã xây dựng được danh tiếng vì làm đúng như vậy.

Điều gì tạo nên một phần “Vi mô”?

Trước khi đi sâu vào những thách thức, hãy’s làm rõ: Những gì được coi là một phần nhỏ? Có’Không có định nghĩa chính xác nào, nhưng các bộ phận này thường có kích thước chính từ 0,1mm đến 5mm. Để hình dung điều đó:

• Một hạt muối có chiều rộng khoảng 0,3mm.

• Một sợi tóc của con người có độ dày trung bình là 0,07mm.

• Một bánh răng siêu nhỏ có thể có răng chỉ cao 0,2mm.

Các ví dụ phổ biến bao gồm:

• Thuộc về y học : Vít 1mm cho cấy ghép răng, vòi phun 0,5mm trong máy xông khí dung.

• Điện tử : Chân 0,3mm ở cổng sạc điện thoại thông minh, kẹp 2mm giữ vi mạch.

• Kỹ thuật robot : Bánh răng 3mm trong máy bay không người lái nhỏ, bản lề 1,5mm trong robot phẫu thuật.

Điều quan trọng thực sự là gì? Những bộ phận này cần dung sai chặt chẽ như ±0,001mm. Cái đó’giống như việc nhắm một mũi tên vào một mục tiêu có kích thước bằng một điểm nhỏ từ khoảng cách 100 yard—một lỗi nhỏ, và bạn sẽ trượt.

Tại sao các bộ phận vi mô lại khó chế tạo đến vậy

Bạn’Tôi nghĩ những phần nhỏ hơn sẽ dễ hơn. Sau tất cả, có’Ít vật liệu hơn để loại bỏ, đúng không? Sai rồi. Đây’đó là lý do tại sao sản xuất vi mô lại là một vấn đề đau đầu:

1. Các công cụ dễ vỡ (và đắt tiền)

Hãy tưởng tượng việc cố gắng khắc một mô hình chi tiết bằng một con dao mỏng hơn một con nhện’chân s. Cái đó’đó là những gì mà các công cụ gia công vi mô trông như thế nào. Công cụ CNC tiêu chuẩn đã giành chiến thắng’t làm việc—họ’quá cồng kềnh. Thay vào đó, các cửa hàng sử dụng các công cụ có đường kính nhỏ tới 0,01mm (10 micromet).

Những công cụ này là cơn ác mộng để làm việc với:

• Chúng dễ vỡ : Một máy phay đầu 0,05mm có thể gãy nếu nó chạm vào một tạp chất nhỏ trong kim loại, chẳng hạn như một hạt bụi bẩn. Một cửa hàng mà chúng tôi đã nói chuyện cho biết họ sử dụng 20 dụng cụ siêu nhỏ cho mỗi 1 dụng cụ tiêu chuẩn.

• Nhiệt độ cao làm hỏng chúng :Ngay cả một chút ma sát cũng tạo ra nhiệt, và với những công cụ nhỏ như vậy,’không có nơi nào để đi. Nhiệt có thể làm tan chảy dụng cụ’cạnh s hoặc cong vênh phần đó.

• Rung động là kẻ thù số một :Một chiếc xe tải chạy qua bên ngoài, hoặc thậm chí một kỹ thuật viên đi ngang qua, có thể tạo ra rung động làm lệch đường cắt 0,001mm. Cái đó’tại sao các cửa hàng nhỏ trông giống như phòng thí nghiệm—với sàn chống rung và tường cách âm.

2. Vật liệu hoạt động điên cuồng ở quy mô nhỏ

Kim loại và nhựa có hành vi khác nhau khi bạn’cắt chúng thành những phần nhỏ hơn. Những gì phù hợp với giá đỡ 10cm lại thất bại thảm hại với linh kiện 1mm:

• Sức căng bề mặt làm hỏng mọi thứ : Trên các bộ phận nhỏ, vật liệu’bề mặt có tác dụng như một lớp da co giãn. Cắt vào đó, lớp da đó sẽ kéo và làm cong vênh bộ phận, khiến cho việc đạt được dung sai chặt chẽ trở nên khó khăn.

• Cấu trúc hạt quan trọng : Kim loại được tạo thành từ những tinh thể nhỏ (hạt). Ở phần lớn, các loại hạt này có giá trị trung bình. Ở những chi tiết nhỏ, một hạt lớn có thể khiến một khu vực khó cắt hơn những khu vực khác, dẫn đến bề mặt không bằng phẳng.

• Tường mỏng vỡ ngay lập tức :Các bộ phận như vỏ cảm biến dày 0,1mm mỏng hơn một tờ giấy. Một dụng cụ di chuyển quá nhanh, hoặc thậm chí một luồng gió thổi từ cửa sổ mở, cũng có thể làm cong hoặc nứt chúng.

Một nhà sản xuất thiết bị y tế đã từng kể với chúng tôi về khó khăn của họ trong việc sản xuất ống thép không gỉ 0,2mm cho ống thông tiểu. 100 ống đầu tiên liên tục bị tách ra vì kim loại’Cấu trúc hạt tạo ra những điểm yếu. Phải mất ba tuần thử nghiệm nhiều loại vật liệu và tốc độ khác nhau để có được kết quả chính xác.

3. Đo lường thứ gì đó mà bạn khó có thể nhìn thấy

Làm thế nào để kiểm tra xem một chi tiết 0,5mm có nằm trong phạm vi 0,001mm so với thiết kế của nó không? Bạn có thể’t sử dụng thước cặp thông thường—họ’quá không chính xác. Các cửa hàng nhỏ dựa vào các công cụ công nghệ cao:

• Bộ so sánh quang học : Phóng to các bộ phận lên 200 lần để kiểm tra kích thước.

• Máy quét laser : Bản đồ phần’bề mặt bằng tia laser, thu thập hàng triệu điểm dữ liệu.

• Kính hiển vi điện tử quét (SEM) : Sử dụng electron để tạo ra hình ảnh 3D, hiển thị các chi tiết nhỏ tới 0,0001mm.

Nhưng ngay cả những công cụ này cũng có sai sót. Một hạt bụi trên bộ phận có thể hiển thị là lỗi 0,002 mm khi quét, khiến bạn phải loại bỏ một bộ phận tốt. Cái đó’Đó là lý do tại sao các cửa hàng nhỏ có hệ thống lọc không khí tốt hơn bệnh viện—họ giữ cho không khí trong lành ở đó’hầu như không có bụi làm hỏng phép đo.

4. Giữ bộ phận mà không làm gãy nó

Bạn đã bao giờ thử giữ một con bướm mà không làm gãy cánh của nó chưa?’đó là cảm giác khi kẹp một bộ phận nhỏ. Các loại ê tô thông thường có kích thước quá lớn và tạo ra quá nhiều áp lực. Các cửa hàng sáng tạo với:

• Mâm cặp chân không : Lực hút giữ chặt bộ phận, nhưng chỉ khi bộ phận đó có bề mặt phẳng đủ lớn để bịt kín (khó đối với các bộ phận nhỏ, cong).

• Đồ đạc từ tính : Có thể sử dụng cho các bộ phận bằng thép, nhưng nam châm có thể làm sai lệch các phép đo nhạy cảm.

• Đồ gá tùy chỉnh : In 3D hoặc gia công để giữ chặt bộ phận một cách nhẹ nhàng. Một cửa hàng đã làm một dụng cụ để gắn chốt 0,3mm có giá cao hơn cả bản thân chốt.

Một cửa hàng ở Đức chuyên về đầu nối siêu nhỏ đã nói với chúng tôi về một chân cắm rộng 0,4mm mà họ cần gia công. Họ đã thử bảy vật cố định khác nhau trước khi tìm ra vật cố định có thể giữ chặt chốt mà không làm cong nó. “Chúng tôi đã dành hai ngày cho đồ đạc và 10 phút để làm phần đó,” họ nói.

5. Con người cần sự tập trung siêu phàm

Máy móc thực hiện việc cắt, nhưng con người mới là người lắp đặt, lập trình và kiểm tra các bộ phận. Và khi các bộ phận nhỏ như thế này, sự tập trung không’t tùy chọn—Nó’tất cả mọi thứ:

• Mỏi mắt là có thật : Nhìn chằm chằm vào hình ảnh phóng đại 200 lần trong nhiều giờ khiến ngay cả những khuyết điểm nhỏ cũng khó phát hiện. Một kỹ thuật viên mệt mỏi có thể bỏ sót lỗi 0,001mm.

• Bàn tay vững vàng rất quan trọng :Việc đưa một chi tiết 1mm vào một vật cố định đòi hỏi sự ổn định giống như một bác sĩ phẫu thuật khâu mạch máu. Chỉ cần lắc nhẹ là bộ phận đó sẽ cong lại.

• Vội vã = phá hỏng : Một bộ phận 0,5mm có thể mất 30 phút để gia công—Dài hơn 10 lần so với bộ phận tiêu chuẩn. Việc vội vã hoàn thành sẽ dẫn đến sai sót, nghĩa là phải loại bỏ những bộ phận đắt tiền.

Honscn’Bí quyết: Biến thách thức thành điểm mạnh

Honscn đã sản xuất các bộ phận vi mô trong hơn 15 năm và trong thời gian đó, chúng tôi’đã học cách giải quyết những thách thức này một cách trực diện. Đây’là cách chúng tôi nổi bật:

Chúng tôi sử dụng các công cụ (và máy móc) được chế tạo cho công việc

Chúng tôi không’t chỉ sử dụng máy CNC tiêu chuẩn với các công cụ nhỏ hơn—chúng tôi sử dụng thiết bị được thiết kế đặc biệt cho gia công vi mô:

• Máy phay 5 trục có độ chính xác cao :Những máy này di chuyển theo năm hướng, do đó chúng ta có thể cắt các hình dạng phức tạp mà không cần di chuyển chi tiết (giúp giảm lỗi). Họ’chính xác đến ±0.0005mm—chính xác gấp đôi so với nhiều cửa hàng’ máy móc.

• Dụng cụ vi mô chuyên dụng :Chúng tôi lấy nguồn dụng cụ từ các nhà sản xuất Nhật Bản và Thụy Sĩ chuyên sản xuất dụng cụ siêu cứng, chịu nhiệt. Chúng đắt hơn, nhưng lại ít hỏng hơn 70% so với các loại rẻ hơn.

• Đế giảm rung :Máy móc của chúng tôi được đặt trên các tấm bê tông tách biệt với phần còn lại của cửa hàng, vì vậy ngay cả một chiếc xe nâng đi qua cũng không thể’t ném ra một vết cắt.

Một khách hàng trong ngành y tế cần bánh răng 0,8mm cho thiết bị siêu âm di động. Nhà cung cấp trước đây của họ liên tục làm hỏng dụng cụ, dẫn đến sự chậm trễ. Chúng tôi đã sử dụng máy phay 5 trục và các công cụ cao cấp để chế tạo 500 bánh răng mà không có bất kỳ bộ phận nào bị loại bỏ. “Chúng tôi nghĩ rằng không thể đạt được sự nhất quán đó,” họ đã nói với chúng tôi.

Chúng ta biết rõ vật liệu như lòng bàn tay

Chúng tôi không’t chỉ gia công bất kỳ vật liệu nào—chúng tôi chọn đúng cho phần đó’công việc của s, và chúng tôi biết nó như thế nào’sẽ hoạt động ở quy mô vi mô:

• Các bộ phận y tế :Chúng tôi sử dụng thép không gỉ 316L (chống ăn mòn, dễ khử trùng) hoặc titan (nhẹ, bền cho cấy ghép).

• Điện tử : Chúng tôi thường sử dụng đồng berili, có tính dẫn điện và chống mài mòn—hoàn hảo cho các đầu nối nhỏ.

• Các bộ phận chịu nhiệt độ cao : Inconel, một siêu hợp kim có thể chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, dùng cho các bộ phận trong động cơ nhỏ hoặc cảm biến.

Chúng tôi cũng kiểm tra vật liệu trước khi gia công. Ví dụ, khi một khách hàng cần ống thép không gỉ dày 0,2mm cho cảm biến hóa học, chúng tôi đã thử nghiệm ba loại thép để tìm ra loại có cấu trúc hạt đồng đều (không có điểm yếu). Kết quả là gì? Không có bộ phận nào bị nứt trong quá trình sản xuất.

Quy trình kiểm tra của chúng tôi không bỏ sót bất kỳ điều gì

Chúng tôi không’t chỉ kiểm tra các bộ phận một lần—chúng tôi kiểm tra chúng ở mọi bước:

• Đo lường trong quá trình : Các cảm biến trong máy của chúng tôi đo lường bộ phận trong khi nó’đang được cắt, điều chỉnh đường chạy dao nếu có gì đó’thậm chí còn lệch đi 0,0005mm.

• Quét sau khi gia công :Mọi bộ phận đều đi qua máy quét laser và máy so sánh quang học của chúng tôi. Chúng tôi thậm chí còn có SEM dành cho các bộ phận quan trọng, như những bộ phận được sử dụng trong thiết bị y tế.

Một công ty chế tạo robot cần bản lề 1,2mm cho một robot phẫu thuật, với dung sai là ±0,001mm. Nhà cung cấp trước đây của họ có tỷ lệ phế liệu là 25%. Chúng tôi đã giao 1.000 bản lề không có lỗi nào. “Quá trình kiểm tra của bạn là lý do tại sao chúng tôi chuyển đổi,” kỹ sư của họ nói.

Chúng tôi thiết kế đồ đạc cẩn thận như các bộ phận

Chúng tôi không’t xem đồ đạc như một sự suy nghĩ sau cùng—chúng tôi thiết kế chúng với độ chính xác tương tự như các bộ phận riêng lẻ:

• Đồ gá tùy chỉnh cho từng bộ phận :Chúng tôi in 3D hoặc gia công các chi tiết cố định ôm chặt bộ phận một cách nhẹ nhàng, sử dụng vật liệu mềm như Delrin để tránh trầy xước.

• Kẹp hành động kép :Đối với các bộ phận khó, chúng tôi sử dụng kết hợp chân không và áp suất cơ học nhẹ để giữ chặt bộ phận đó mà không làm cong nó.

• Thiết kế có thể tái sử dụng :Chúng tôi lưu lại thiết kế đồ gá, vì vậy nếu khách hàng đặt hàng lại cùng một bộ phận, chúng tôi có thể bắt đầu gia công ngay lập tức.

Một khách hàng ở Hà Lan cần một chiếc chốt 0,5mm có lỗ nhỏ khoan ở giữa (đường kính 0,1mm). Lỗ phải được căn giữa hoàn hảo, nếu không chốt sẽ không’t hoạt động trong cảm biến của chúng. Chúng tôi đã thiết kế một đồ gá tùy chỉnh giữ chốt ở ba điểm, giữ cho chốt ổn định trong khi khoan. Kết quả là gì? Mỗi lỗ đều cách tâm 0,0005mm.

Đội ngũ của chúng tôi đào tạo về độ chính xác siêu nhỏ

Chúng tôi không’t chỉ thuê thợ máy có kinh nghiệm—chúng tôi đào tạo họ suy nghĩ theo micrômét:

• Bài tập tập trung :Các kỹ thuật viên của chúng tôi thực hành lắp các chi tiết 1mm vào đồ gá cho đến khi họ có thể làm được mà không do dự. Chúng tôi thậm chí còn tính thời gian cho họ—tốc độ đến từ sự luyện tập, nhưng không bao giờ đánh đổi bằng độ chính xác.

• Lịch trình luân phiên :Không ai nhìn chằm chằm vào những vật được phóng to trong hơn 2 giờ liên tục. Chúng tôi luân phiên các kỹ thuật viên để mắt họ luôn tỉnh táo và tập trung tốt.

• Chú ý đến chi tiết :Chúng tôi thưởng cho những kỹ thuật viên phát hiện ra những lỗi nhỏ, vì chúng tôi biết rằng lỗi 0,001mm hôm nay có thể đồng nghĩa với việc một bộ phận sẽ bị hỏng vào ngày mai.

Tại sao tất cả đều quan trọng: Cái giá của việc làm sai

Các bộ phận vi mô có thể nhỏ, nhưng tác động của chúng lại rất lớn. Sai số 0,002mm trong cảm biến y tế có thể dẫn đến kết quả đọc không chính xác. Một bánh răng 0,3mm không cân chỉnh trong máy bay không người lái có thể khiến nó bị rơi. Đối với các nhà sản xuất, chi phí cho những sai lầm tăng lên:

• Tỷ lệ phế liệu đối với các bộ phận nhỏ thường lên tới 30% đối với các cửa hàng thiếu kinh nghiệm. Với Honscn, tỷ lệ phế liệu của chúng tôi dưới 5%.

• Sự chậm trễ trong việc gia công lại các bộ phận có thể khiến khách hàng mất hàng nghìn đô la do trễ hạn. Chúng tôi giao 98% đơn hàng đúng hạn.

• Danh tiếng đang bị đe dọa. Chỉ một bộ phận nhỏ bị lỗi cũng có thể khiến khách hàng nghi ngờ toàn bộ sản phẩm của bạn.

Suy nghĩ cuối cùng: Các bộ phận vi mô, Kỹ năng vĩ mô

Việc chế tạo các bộ phận vi mô không phải là’không chỉ là có những máy móc phù hợp—Nó’là về việc hiểu những lực nhỏ, vô hình ảnh hưởng đến mọi đường cắt. Nó’là về sự kiên nhẫn, chính xác và sẵn sàng bỏ công sức để đạt được những chi tiết nhỏ nhất.

Tại Honscn, chúng tôi không’t chỉ làm các bộ phận nhỏ—chúng ta làm chủ chúng. Cho dù nó’cho thiết bị 0,3mm cho thiết bị y tế hoặc đầu nối 1mm cho điện thoại thông minh, chúng tôi biến những thách thức của sản xuất vi mô thành cơ hội để cung cấp các bộ phận hoạt động tốt, bền bỉ và giúp khách hàng thành công.

Nếu bạn’đã vật lộn với các bộ phận nhỏ—cho dù nó’tỷ lệ phế liệu cao, dung sai chặt chẽ hoặc thời hạn bị bỏ lỡ—liên lạc với chúng tôi. Chúng tôi’Tôi sẽ chỉ cho bạn cách gia công chính xác ở quy mô nhỏ nhất có thể tạo ra sự khác biệt lớn cho sản phẩm của bạn.