لقد خصصت بالفعل مقالة سابقة لموضوع التخفيضات آلات التصنيع باستخدام الحاسب الآليولكن الآن سنذهب خطوة أخرى إلى الأمام، وسأحاول مسألة القطع الجزيئي، وهو نوع جديد من القطع الذي سمحت به التقنيات الجديدة والذي يسمح بإجراء عمليات قطع معقدة للغاية بدقة تكاد تكون مثالية.
في الواقع، هذا هو الاحكاموالتي كادت أن تصبح ظاهرة منتشرة على بعض شبكات التواصل الاجتماعي، حيث أن الفيديوهات تكاد تكون منومة كما سترون لاحقا...
ما هو القطع الجزيئي؟
في القطاع الصناعي، يتم البحث بشكل متزايد عن تقنيات جديدة تتيح القيام بالأشياء الأساسية بطريقة أكثر كفاءة وبصرية، وفي هذا البحث عن الدقة والتحكم في معالجة المادة، تم الوصول إلى مستويات جديدة ورائعة بشكل متزايد. هو القطع الجزيئي، المعروف أيضًا باسم استئصال شعاع الأيونات المركزة أو FIB (شعاع الأيونات المركزة)، يظهر كأداة لا غنى عنها لاستكشاف وتعديل المواد بمقاييس نانومترية.
إنها تقنية يستخدم شعاع أيوني مركّز لنحت المواد بدقة غير مسبوقة، القضاء على المواد على مستوى الذرات أو الجزيئات الفردية. تعتمد هذه التقنية على التفاعل بين الأيونات عالية الطاقة وذرات المادة المستهدفة، مما يتسبب في تفكك الذرات والقضاء عليها، مما يؤدي إلى تكوين تجويف أو هيكل ثلاثي الأبعاد بالشكل المطلوب.
El أداء القطع الجزيئي ويمكن تقسيمها إلى ثلاث مراحل رئيسية:
- جيل الأيونات: يتم إنشاء الشعاع الأيوني عن طريق تأين الذرات أو الجزيئات، وعادة ما يتم ذلك باستخدام مصدر أيوني مثل مسدس الأيونات المتطاير أو مصدر البلازما.
- التركيز والتسارع: يتم تركيز الأيونات المتولدة وتسريعها إلى طاقات عالية، عادةً في نطاق الطاقة بين كيلو إلكترون فولت وMeV، باستخدام نظام بصري أو إلكتروستاتيكي. تحدد الطاقة الحركية للأيونات عمق الاختراق في المادة المستهدفة، حيث تكون أقوى الأيونات قادرة على اختراق عدة سنتيمترات حتى في أصعب المعادن.
- التفاعل مع المواد: يؤثر شعاع الأيونات المركزة على المادة المستهدفة ويتفاعل مع ذراتها. وهذا التفاعل يمكن أن يسبب تفكك الذرات وإزالتها، مما يؤدي إلى تكوين تجويف أو هيكل ثلاثي الأبعاد بالشكل المطلوب.
حقا هذه التقنية ليست جديدة، تم استخدامه بالفعل في قطاعات مثل أشباه الموصلات للنقش أو لترسيب المواد، ومع ذلك، فإن كمال هذه المعدات مكنها من تحقيق قفزة أيضًا إلى القطاعات الصناعية الأخرى، مثل تلك التي تصنع الأجزاء المعدنية المعقدة، من بين أمور أخرى.
القطع الجزيئي هو تقنية في تطور مستمر، مع إمكانات كبيرة لإحداث ثورة في مختلف المجالات العلمية والتكنولوجية. إن التقدم في توليد الأيونات والتركيز والتحكم في الشعاع سيمكن من تحقيق مستويات أعلى من الدقة والدقة. علاوة على ذلك، دمج تقنيات القطع الجزيئي مع غيرها أدوات التصنيع الدقيق سيفتح إمكانيات جديدة لإنشاء أجهزة وهياكل نانومترية ذات خصائص ووظائف غير مسبوقة. أصبحت هذه الأنواع من الأجهزة أسرع وأرخص، على الرغم من أن أسعارها لا تزال باهظة بالنسبة لمعظم البشر، ولكن من يدري ما إذا كانت ستصبح رخيصة في يوم من الأيام بما يكفي لاستخدامها في المنزل، أو ربما يتم دمجها في الطابعات ثلاثية الأبعاد المستقبلية لتحسين التصنيع الإضافي…
مزايا القطع الجزيئي
يقدم القطع الجزيئي سلسلة من المزايا على تقنيات القطع الأخرى، مثل الآلات والطباعة الحجرية وغيرها، مثل:
- الدقة القصوى: يسمح لك بالعمل بمقاييس نانومترية، بدقة تصل إلى بضعة نانومترات.
- مرونة- يمكن استخدامه لنحت مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المعادن وأشباه الموصلات والبوليمرات وحتى المواد البيولوجية، بالإضافة إلى القطع الكامل.
- تحكم دقيق: يسمح لك بإنشاء هياكل معقدة ثلاثية الأبعاد بدقة وتفاصيل رائعة، مما يسمح لك بإنتاج أجزاء متقدمة.
- لا اتصال: لا يتطلب اتصالاً جسديًا بالمادة، مما يقلل من الضرر والتلوث، كما يمكن أن تسبب أنواع أخرى من القطع إذا رأيناها بالمجهر، مثل القطع باستخدام المناشير والبلازما وغيرها، وكلها تترك وراءها أكثر وضوحًا العلامات، بالإضافة إلى إزالة كمية أكبر من المواد، مما يعني أنها لا تناسب بدقة.
تطبيقات القطع الجزيئي
يجد القطع الجزيئي التطبيقات في مجموعة واسعة من المجالاتبما في ذلك:
- التصنيع النانوي- يستخدم لإنشاء أجهزة إلكترونية مصغرة، وأجهزة استشعار، ومشغلات، وغيرها من الهياكل النانوية، مثل أجهزة MEMS أو NEMS.
- علم المواد: يسمح لك بدراسة بنية وخصائص المواد على المستوى النانومتري.
- علم الأحياء والطب: يستخدم لمعالجة الخلايا والأنسجة والمواد البيولوجية الأخرى، أو إجراء تدخلات دقيقة للغاية مع القليل من الضرر.
- إصلاح الجهاز: يسمح لك بإصلاح العيوب في الأجهزة الإلكترونية والمكونات المصغرة الأخرى.
- فن: بالنظر إلى كمال هذه القطع، يمكن إنشاء أعمال فنية حقيقية، وألغاز تتناسب معًا بشكل مثالي، دون أن تظهر بصريًا أن بها قطعًا في القطعة، مثل الأمثلة التي رأيتها في الفيديو الأول.
البدائل
القطع الجزيئي لديه بدائل أخرى في الصناعة، أرخص بكثير، ولكن أيضًا بدقة أقل بكثير. على سبيل المثال، علينا أن نسلط الضوء على:
- ليتوجرافيا: الطباعة الحجرية هي تقنية تستخدم على نطاق واسع في تصنيع الدوائر المتكاملة وغيرها من الأجهزة الإلكترونية الدقيقة، وكذلك الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة. ولجعل ذلك ممكنًا، يتم استخدام آلة بنمط يمرر الضوء (هناك أيضًا بدائل للطباعة الحجرية الضوئية مثل EBL أو الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون) من خلالها، لتغيير خصائص المادة الحساسة للضوء، ومن ثم مهاجمتها من خلال المواد الكيميائية العمليات في الحمامات الحمضية، وبالتالي نحت الأجزاء التي تريدها، حتى وصولاً إلى القطع. وهذا يسمح بدقة عالية، ولكنه أيضًا معقد جدًا ومكلف نظرًا للآلات المطلوبة إذا كان سيتم إنتاجه بدقة عالية.
- تصنيع التفريغ الكهربائي (EDM): هي تقنية تصنيع تستخدم التفريغ الكهربائي لتآكل المواد. وهي تقوم على مبدأ أن الطاقة الكهربائية تتركز في مساحة صغيرة، مما يؤدي إلى إنشاء قناة بلازما تعمل على إذابة المادة وتبخيرها. المزايا هي أنه يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من المواد، مما يسمح بإنشاء أشكال معقدة ثلاثية الأبعاد، ولا تتطلب اتصالًا مثل FIB، ومع ذلك، فهي لا تتمتع بدقة عالية مثل القطع الجزيئي، وسرعتها بطيء جدًا، ويولد كمية كبيرة من الحرارة التي يمكن أن تلحق الضرر بالمواد الحساسة.
- القطع بالليزر: إنها تقنية تسمح أيضًا بالقطع بدقة عالية، ولكن ليس بقدر القطع الجزيئي. كما أنه يوفر نماذج أولية سريعة وأشكال هندسية معقدة، ولكن المواد التي يمكن قطعها والأعماق قد تكون لها حدود.