Výběr mezi žulovými vzduchovými ložisky a mechanickými válečkovými systémy

Ve snaze o dosažení nové generace výroby polovodičů a submikronové metrologie jsou „základ“ a „cesta“ dvěma nejdůležitějšími proměnnými. Vzhledem k tomu, že konstruktéři strojů usilují o vyšší propustnost a opakovatelnost na nanometrové úrovni, je třeba zvážit volbu mezi…vedení vzduchových ložisek z žulya tradiční vedení s válečkovým ložiskem se stalo klíčovým inženýrským rozhodnutím. Navíc samotný materiál základny stroje – ve srovnání s žulou a vysoce výkonnou keramikou – určuje tepelné a vibrační limity celého systému.

Porovnání vedení s pneumatickými ložisky a vedení s válečkovými ložisky z žuly

Zásadní rozdíl mezi těmito dvěma systémy spočívá v jejich způsobu podepření zátěže a řízení tření.

Žulové vzduchové ložiskové vodítkapředstavují vrchol beztření. Pomocí tenké vrstvy stlačeného vzduchu – obvykle o tloušťce 5 až 20 mikronů – se pohyblivý vozík doslova vznáší nad žulovou vodicí lištou.

• Nulové tření a opotřebení:Protože nedochází k žádnému fyzickému kontaktu, není třeba překonávat žádné „přilnavost“ (statické tření) a systém se nikdy neopotřebuje. To umožňuje neuvěřitelně plynulé skenování s konstantní rychlostí.

• Průměrování chyb:Jednou z nejvýznamnějších výhod vzduchových ložisek je jejich schopnost „průměrovat“ mikroskopické nerovnosti povrchu žulové kolejnice, což vede k přímočařejšímu pohybu než samotná kolejnice.

• Čistota:Bez nutnosti mazání jsou tato vedení ze své podstaty kompatibilní s čistými prostory, což z nich činí standard pro kontrolu destiček a výrobu plochých displejů.

Vedení válečkových ložiseknaopak spoléhají na fyzický kontakt vysoce přesných ocelových válečků nebo kuliček.

• Vynikající nosnost:Pro aplikace s vysokým užitečným zatížením nebo vysokými řeznými silami (například přesné broušení) nabízejí valivá ložiska výrazně vyšší tuhost a únosnost.

• Jednoduchost provozu:Na rozdíl od vzduchových ložisek, která vyžadují neustálý přívod ultračistého stlačeného vzduchu a filtrační systémy, jsou válečková ložiska typu „plug-and-play“.

• Kompaktní design:Mechanická ložiska často dokáží unést vyšší zatížení na menším půdorysu ve srovnání s větší plochou potřebnou pro účinnou podložku vzduchového ložiska.

Zatímco válečková ložiska jsou robustní a cenově výhodná pro obecnou přesnost, vzduchová ložiska jsou nedílnou volbou pro aplikace, kde je „kontakt“ nepřítelem přesnosti.

Aplikace vzduchových vodicích ložisek: Kde se přesnost setkává s plynulostí

Zavedení vzduchových ložisek se rozšířilo z laboratoří do velkoobjemové průmyslové výroby.

VPolovodičový průmyslVzduchová ložiska se používají v litografii a při snímání destiček. Schopnost pohybu vysokými rychlostmi s nulovými vibracemi zajišťuje, že proces skenování nezavádí artefakty do obvodů v nanometrovém měřítku.

In Digitální zobrazování a velkoformátové skenování, konstantní rychlost vzduchového ložiska je klíčová. Jakékoli „zubování“ nebo vibrace z mechanického ložiska by vedly k „pruhování“ nebo zkreslení výsledného obrazu s vysokým rozlišením.

Souřadnicové měřicí stroje (CMM)Spolehněte se na vedení s pneumatickými ložisky v žule, která zajistí, že se sonda bude pohybovat s co nejlehčím dotykem. Absence tření umožňuje řídicímu systému stroje okamžitě reagovat na ty nejmenší změny povrchu měřeného dílu.

Materiální základ: Žula vs. keramika pro základy strojů

Výkon jakéhokoli vodicího systému je omezen stabilitou základny, na kterou je namontován. Po desetiletí byla žula průmyslovým standardem, ale pokročilá keramika (jako je oxid hlinitý nebo karbid křemíku) si vydobyla své místo v extrémně výkonných aplikacích.

Podstavce pro stroje z žulyzůstávají preferovanou volbou pro 90 % vysoce přesných aplikací.

• Tlumicí vlastnosti:Žula přirozeně lépe absorbuje vysokofrekvenční vibrace, což je pro metrologii nezbytné.

• Nákladová efektivita:Pro rozsáhlé základy (až několik metrů) je žula výrazně ekonomičtější na získání a zpracování než technická keramika.

• Tepelná setrvačnost:Vysoká hmotnost žuly znamená, že pomalu reaguje na změny okolní teploty, což poskytuje stabilní prostředí pro dlouhodobá měření.

Keramické základny strojů(zejména oxid hlinitý) se používají, když je vyžadován „maximální“ výkon.

• Vysoký poměr tuhosti k hmotnosti:Keramika je při stejné hmotnosti mnohem tužší než žula. To umožňuje vyšší zrychlení a zpomalení pohyblivých plošin bez deformace základny.

• Extrémní tepelná stabilita:Některé keramické materiály mají koeficient tepelné roztažnosti (CTE) ještě nižší než žula a jejich vyšší tepelná vodivost umožňuje podkladu rychleji dosáhnout tepelné rovnováhy.

• Tvrdost:Keramika je prakticky odolná proti poškrábání a chemické erozi, i když je křehčí a její výroba ve velkých formátech je výrazně dražší.

Závazek ZHHIMG k materiálové vědě

Ve společnosti ZHHIMG věříme, že nejlepším řešením je jen zřídka univerzální přístup. Náš technický tým se specializuje na hybridní integraci těchto technologií. Často využíváme vibračně tlumicí hmotu žulové základny k podpoře beztřecího pohybu vzduchového ložiska, někdy v kritických bodech s vysokým opotřebením nebo vysokou tuhostí začleňujeme keramické vložky.

Jako přední výrobce poskytujeme globálnímu trhu geologickou jistotu prvotřídní žuly a technickou vyspělost moderních pohybových systémů. Náš výrobní závod kombinuje tradiční ruční lapování – dovednost potřebnou k dosažení rovinnosti nezbytné pro vzduchová ložiska – s nejmodernějším CNC obráběním a laserovou interferometrií.

Závěr: Navrhování vašeho úspěchu

Volba mezi žulovými a keramickými ložisky nebo mezi vzduchovými a mechanickými ložisky v konečném důsledku určuje provozní limity vaší technologie. Pro inženýry v leteckém, polovodičovém a metrologickém sektoru je pochopení těchto kompromisů klíčem k inovacím. Skupina ZHHIMG neustále posouvá hranice možností v oblasti přesného pohybu a zajišťuje, aby váš stroj stál na základech absolutní stability a pohyboval se s bezkonkurenční přesností.