KR101318970B1 - Apparatus and method for fine processing - Google Patents
Apparatus and method for fine processing Download PDFInfo
- Publication number
- KR101318970B1 KR101318970B1 KR1020120003119A KR20120003119A KR101318970B1 KR 101318970 B1 KR101318970 B1 KR 101318970B1 KR 1020120003119 A KR1020120003119 A KR 1020120003119A KR 20120003119 A KR20120003119 A KR 20120003119A KR 101318970 B1 KR101318970 B1 KR 101318970B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- processing
- abrasive particles
- nozzle
- water jet
- powder blasting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C3/00—Abrasive blasting machines or devices; Plants
- B24C3/08—Abrasive blasting machines or devices; Plants essentially adapted for abrasive blasting of travelling stock or travelling workpieces
- B24C3/10—Abrasive blasting machines or devices; Plants essentially adapted for abrasive blasting of travelling stock or travelling workpieces for treating external surfaces
- B24C3/12—Apparatus using nozzles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
- B24C1/04—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C11/00—Selection of abrasive materials or additives for abrasive blasts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C5/00—Devices or accessories for generating abrasive blasts
- B24C5/02—Blast guns, e.g. for generating high velocity abrasive fluid jets for cutting materials
- B24C5/04—Nozzles therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24C—ABRASIVE OR RELATED BLASTING WITH PARTICULATE MATERIAL
- B24C9/00—Appurtenances of abrasive blasting machines or devices, e.g. working chambers, arrangements for handling used abrasive material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
- B26F—PERFORATING; PUNCHING; CUTTING-OUT; STAMPING-OUT; SEVERING BY MEANS OTHER THAN CUTTING
- B26F3/00—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor
- B26F3/004—Severing by means other than cutting; Apparatus therefor by means of a fluid jet
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Forests & Forestry (AREA)
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
Abstract
본 발명은 공정속도와 비용 및 가공표면 품위가 뛰어난 경취성 재료의 표면 미세 가공 장치 및 방법에 관한 것으로, 유리와 세라믹과 같은 경취성 재료의 표면을 가공하는 장비로서, 가공 대상 재료가 위치하는 작업대; 상기 가공 대상 재료의 표면에 패턴을 형성하는 제1가공장치; 및 상기 가공 대상 재료의 표면을 연마하는 제2가공장치를 포함하며, 상기 제1가공장치는 공기압으로 연마입자를 분출하여 재료의 표면을 절삭하는 파우더 블라스팅 가공장치이고, 상기 제2가공장치는 연마입자가 섞인 물을 분출하여 재료의 표면을 연마하는 워터 제트 가공장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 파우더 블라스팅 장치와 워터 제트 장치를 하나의 가공 장비에 구비함으로써, 빠르고 저렴하게 표면 패턴 가공을 할 수 있을 뿐만 아니라 높은 표면품위를 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 파우더 블라스팅을 위한 노즐과 워터 제트를 위한 노즐을 움직이는 하나의 이송수단을 구비함으로써, 장비의 제조비용이 크게 절감되는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and method for fine surface processing of a hard brittle material having excellent process speed, cost and processing surface quality. ; A first processing device for forming a pattern on the surface of the material to be processed; And a second temporary factory for polishing the surface of the material to be processed, wherein the first temporary factory is a powder blasting apparatus for ejecting abrasive particles at pneumatic pressure to cut the surface of the material. It is characterized in that the water jet processing apparatus for jetting the water mixed with the particles to polish the surface of the material.
According to the present invention, by providing the powder blasting apparatus and the water jet apparatus in one processing equipment, the surface pattern processing can be performed quickly and inexpensively, and the high surface quality can be obtained.
In addition, by having a transport means for moving the nozzle for the powder blasting nozzle and the water jet, there is an effect that the manufacturing cost of the equipment is greatly reduced.
Description
본 발명은 경취성 재료의 표면을 미세 가공하는 장비 및 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공정속도와 비용 및 가공표면 품위가 뛰어난 경취성 재료의 표면 미세 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for micromachining the surface of a hard brittle material, and more particularly, to an apparatus and method for fine surface machining of a brittle material having excellent process speed, cost, and processing surface quality.
일반적으로, 유리소재의 경우 투명하여 광학적, 미적인 효과가 크고, 화학적인 안정성이 높아 사용 환경의 범위가 넓다. 또한 기계적인 경도가 높고 열적인 안정성도 좋을 뿐만 아니라, 전기에 대한 절연성이 높으며 인체나 환경에 대해 무해한 등의 장점으로 인해 그 용도는 역사적으로 매우 다양하며 미래에도 활용가치는 지속될 것으로 예측된다. In general, in the case of glass materials, the optical and aesthetic effects are large, and the chemical stability is high, so the use environment is wide. In addition, due to its high mechanical hardness, good thermal stability, high electrical insulation, and no harm to humans or the environment, its uses are very diverse and historically, its value is expected to continue in the future.
이러한 기능적 장점으로 인해 유리는 범용의 활용가치를 지니며, 특히 광학소자 분야에서는 독보적인 활용가치를 지녀서 각종 광학계(optical system) 뿐 아니라 LCD, LED등의 디스플레이 산업, 태양광 발전이나 이차전지 등의 신재생에너지 산업 등에도 두루 활용되고 있다. 또한 바이오분야에서도 유리의 독보적인 특징으로 인해 DNA 분석, 효소반응, 면역분석, 세포 생물학 등의 분석진단장치, 즉 각종 바이오칩에도 주류로 사용되고 있다. 이러한 활용 분야들은 최근에 초미세 기계구조물인 MEMS(micro electro mechanical systems, 미세전자기계시스템)를 제작하는 기본이 되고 있다.Due to these functional advantages, glass has a universal utility value, and in particular, in the optical device field, glass has a unique utility value, and not only optical systems, but also display industry such as LCD and LED, solar power generation and secondary battery, etc. It is also widely used in the renewable energy industry. In addition, because of glass's unique characteristics, it is also used in analytical diagnostic devices such as DNA analysis, enzyme reaction, immunoassay, and cell biology, that is, various kinds of biochips. These applications have recently become the basis for the fabrication of micro electromechanical systems (MEMS).
한편, 유리이외도 단단하고 취성이 있는 경취성 소재로서 알루미나(alumina, Al2O3), 지르코니아(zirconia, ZrO2), 실리콘(silicon), 수정(quartz), 비정질 플라스틱(PMMA, COP, COC, PC) 등이 있으며, 이들도a 유리와 비슷한 성질을 가지고 있기 때문에 모두 각종 MEMS 응용 또는 미세가공기술 응용 각종 부품으로서 폭넓게 활용되고 있다.On the other hand, hard and brittle brittle material other than glass, such as alumina (alumina, Al 2 O 3 ), zirconia (zirconia, ZrO 2 ), silicon (silicon), quartz (quartz), amorphous plastic (PMMA, COP, COC) , PC) and the like, and because they have properties similar to those of glass, they are widely used as various parts for various MEMS applications or microfabrication technology applications.
이렇게 활용도가 높은 유리 기타 경취성 재료에 미세한 규모에서 형상을 구현하거나 표면구조를 생성하는 기술은 다음과 같은 방법이 있으며, 세라믹스의 경우는 이하의 방법들보다 더욱 한정적이다. The technique of realizing a shape or generating a surface structure at a fine scale on the glass and other brittle brittle materials having such high utility is as follows, and ceramics is more limited than the following methods.
먼저, 에칭에 의한 방법으로 습식 에칭과 건식 에칭이 있다.First, there are wet etching and dry etching by etching methods.
습식 에칭은 전통적인 실리콘 공정(반도체 또는 MEMS 공정)에 사용되는 기술로서 포토리소그래피를 통한 희생층 생성에 이은 불산 기반의 화학적 에칭에 의해 재료를 제거한다. 재료제거속도가 낮고, 희생층의 들뜸, 재료제거의 등방성 등의 품질 저해요소가 많으며, 불산 등의 사용으로 인체 및 환경에 매우 유해하며 일정수준의 고가 장비를 활용해야하는 단점이 있다. Wet etching is a technique used in traditional silicon processes (semiconductor or MEMS processes) to remove material by hydrofluoric acid based chemical etching followed by sacrificial layer generation through photolithography. The material removal rate is low, there are many quality deterrents such as the lifting of the sacrificial layer, the isotropy of material removal, etc., and it is very harmful to the human body and the environment by the use of hydrofluoric acid, and there is a disadvantage of using a certain level of expensive equipment.
건식 에칭은 습식에칭과 유사한 희생층의 형성과정이 필요하므로 역시 반도체 공정의 일부로 볼 수 있다. 아르곤 소스 기반의 플라즈마에 의한 재료제거 방식이며, 역시 재료제거속도가 낮고 온실가스 배출 등의 환경문제가 있으며 진공장치등 공정비용이 고가이다. Dry etching also requires a process of forming a sacrificial layer similar to wet etching, so it can also be seen as part of the semiconductor process. It is a material removal method based on argon source plasma, and also has low material removal rate, environmental problems such as greenhouse gas emission, and high process cost such as vacuum device.
다음으로 레이저에 의한 가공법이 있으며, 레이저 가공법은 유리의 미세가공법으로 많이 사용되고 있으며 1미크론 안팎의 가공정도를 달성할 정도로 미세형상가공에 적합하다. 레이저 가공법은 절삭과 같은 유리 재료의 제거뿐 아니라, 굴절률 변경과 같은 국부적인 물성의 변경에도 적용될 수 있다. 사용되는 레이저로서 UV레이저, 펄스레이저, CO2레이저, 팸토초 레이저 등 그 소스가 매우 다양하며 각종 유리 구조에 대한 가공활용도가 높다. 다만, 레이저 가공장비는 고가이며 에너지효율이 낮은 편이고, 전문적인 가공기술을 보유하지 않으면 가공이 어렵기 때문에, 보편적인 미세가공기술로서 적용하기 어려운 단점이 있다.Next, there is a laser processing method, which is widely used as a glass micromachining method, and is suitable for micromachining to achieve a degree of processing of about 1 micron. Laser processing can be applied not only to the removal of glass materials such as cutting, but also to changes in local physical properties such as refractive index changes. As the lasers used, UV lasers, pulsed lasers, CO 2 lasers, femtosecond lasers, and various sources are very diverse, and the processing efficiency of various glass structures is high. However, laser processing equipment is expensive and low in energy efficiency, and it is difficult to apply it as a general microprocessing technology because it is difficult to process without having a professional processing technology.
마지막으로 기계적 가공법은 절삭법, 연삭(또는 연마)법 및 파우더 블라스팅(powder blasting)이 대표적이다.Finally, the mechanical processing methods are typical of cutting, grinding (or polishing) and powder blasting.
절삭법은 미세한 밀링공구를 이용한 방법으로서, 초미세 절입을 통해 유리의 취성파괴 없이 가공이 가능하다. 구현하는 형상의 제약이 없다는 큰 장점이 있으나 고품위를 유지하기 위해서는 장비 및 기술적 노하우가 많이 필요하다.The cutting method is a method using a fine milling tool, and can be processed without brittle fracture of glass through ultra fine cutting. There is a big advantage that there is no restriction of the shape to implement, but in order to maintain high quality, a lot of equipment and technical know-how is required.
연삭법은 연마입자가 박혀있는 연삭 휠을 이용한 방법으로서, 재료를 고품위로 가공할 수 있는 장점이 있다. 연마법은 미세가공기술 바깥 범주에 속하는 기술이며 재료표면을 매우 매끈하고 평탄하게 마무리하는 것이다. 연삭법과 연마법은 미세구조에 적합한 미세공구가 필요하므로 가공이 매우 어렵다.Grinding method is a method using a grinding wheel embedded with abrasive particles, there is an advantage that can be processed to a high quality material. Polishing is a technique that falls outside the scope of micromachining and is a very smooth and flat surface. Grinding and polishing require very suitable microtool for microstructure, making machining very difficult.
파우더 블라스팅은 미세유리가공기술에 있어서 가장 저가의 비용으로 무난하게 적용할 수 있는 방법으로서 기계적 에칭법으로 호칭된다. 10~100㎛ 직경의 미세 연마입자를 유리표면에 고속으로 투사하여 미세입자에 의해 유리가 취성 파괴되어 재료가 제거되는 원리를 이용한다. 파우더 블라스팅은 대표적으로 PDP디스플레이의 격벽제조나 미세구멍 가공 등에 사용되었으며 재료제거속도가 매우 높은 반면, 크랙 및 취성파괴에 의한 재료제거원리상 표면 거칠기가 매우 거칠고 품위가 좋지 않다. Powder blasting is a method that can be easily applied at a low cost in the micro glass processing technology and is called a mechanical etching method. 10 to 100㎛ diameter fine abrasive particles are projected on the glass surface at high speed, so that the glass is brittle and broken by the fine particles, and the material is removed. Powder blasting is typically used for the manufacture of PDP display bulkheads and micro-pores, and the material removal rate is very high, while the surface roughness is very rough and poor in terms of material removal principle due to cracks and brittle fracture.
이렇듯 유리의 미세가공기술은 다양한 편이나 가공의 효율성, 저비용성, 고품위성 측면을 모두 만족시키는 기술은 없는 실정이다.As described above, the glass micromachining technology is diverse, but there is no technology that satisfies all aspects of processing efficiency, low cost, and high quality.
가공의 효율성과 고품위성을 목표로 한 기술로서 대한민국 공개특허 제10-1995-0702511호가 출원되었다. 이 출원은 세라믹 소결체에 기계적 연삭가공이나 적외선 파장 영역의 레이저를 이용한 조가공을 빠르게 수행한 뒤에, 가공면에 자외선 파장 영역의 레이저를 조사하여 표면의 품위를 향상시키는 기술에 대한 것이다. 그러나 레이저를 이용한 표면 가공은 장비의 가격이 높기 때문에 비용 측면에서 문제가 있다.
Korean Patent Publication No. 10-1995-0702511 has been filed as a technology aimed at processing efficiency and high quality. This application relates to a technique for improving the quality of the surface by irradiating the laser in the ultraviolet wavelength region to the machining surface after the rapid grinding using a mechanical grinding or laser in the infrared wavelength region to the ceramic sintered body. However, surface processing with lasers is problematic because of the high cost of the equipment.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 낮은 비용으로 가공의 효율성과 고품위성을 확보하여 MEMS나 바이오칩과 같은 미세 장비의 가공에 적용할 수 있는 경취성 재료의 미세 가공 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention is to solve the problems of the prior art described above is to provide a micro-processing apparatus and method of a hard brittle material that can be applied to the processing of micro equipment, such as MEMS or biochips at low cost to ensure the efficiency of processing and high quality The purpose is to provide.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 미세 가공 장치는, 유리와 세라믹과 같은 경취성 재료의 표면을 가공하는 장비로서, 가공 대상 재료가 위치하는 작업대; 상기 가공 대상 재료의 표면에 패턴을 형성하는 제1가공장치; 및 상기 가공 대상 재료의 표면을 연마하는 제2가공장치를 포함하며, 상기 제1가공장치는 공기압으로 연마입자를 분출하여 재료의 표면을 절삭하는 파우더 블라스팅 가공장치이고, 상기 제2가공장치는 연마입자가 섞인 물을 분출하여 재료의 표면을 연마하는 워터 제트 가공장치인 것을 특징으로 한다.Micro-machining apparatus according to the present invention for achieving the above object, the equipment for processing the surface of the hard brittle material, such as glass and ceramic, the workbench is located; A first processing device for forming a pattern on the surface of the material to be processed; And a second temporary factory for polishing the surface of the material to be processed, wherein the first temporary factory is a powder blasting apparatus for ejecting abrasive particles at pneumatic pressure to cut the surface of the material. It is characterized in that the water jet processing apparatus for jetting the water mixed with the particles to polish the surface of the material.
본 발명의 발명자는 경취성 재료의 표면을 가공하는 방법으로 가장 저렴하고 적용 범위가 넓은 파우더 블라스팅 방법에 주목하였다. 이러한 파우더 블라스팅 방법은 미세한 연마입자에 의해 유리가 취성파괴 되기 때문에 가공된 표면이 매우 거칠어 MEMS와 같은 미세한 제품에 적용하기 어려운 문제가 있다.The inventors of the present invention have noted a powder blasting method which is the cheapest and broadest application range as a method of processing the surface of a brittle material. The powder blasting method has a problem in that the processed surface is very rough and difficult to apply to a fine product such as MEMS because glass is brittle and broken by fine abrasive particles.
본 발명의 발명자들은 파우더 블라스팅에 의한 제1가공장치와 표면 연마를 위한 워터 제트 장치를 제2가공장치를 추가로 구비한 미세 가공 장치를 통하여, 빠르고 저렴한 파우더 블라스팅에 의한 표면 절삭 가공과 워터 제트에 의한 표면 연마를 하나의 장비에서 수행함으로써 비용을 추가하지 않고도 가공 표면의 품위를 크게 향상시킬 수 있는 경취성 재료의 미세 가공 장치를 개발하였다. The inventors of the present invention provide a surface cutting and water jet by fast and inexpensive powder blasting through a fine processing device further comprising a first processing device by powder blasting and a water jet device for surface polishing by a second processing plant. By performing the surface polishing by one equipment, a fine processing apparatus of a hard brittle material has been developed that can greatly improve the quality of the processed surface without adding cost.
이때, 제1가공장치가 물과 연마입자가 혼합된 연마 슬러리를 분무화(atomization)하여 분출하는 습식 블라스팅 가공장치이고, 공기압으로 연마 슬러리를 분출하는 제1노즐과 연마 슬러리를 저장하는 제1 저장 탱크 및 제1노즐을 통해 배출되는 공기압을 조절하는 레귤레이터를 포함하며, 제1노즐이 연마 슬러리를 분무화하여 분출하는 것이 바람직하다.At this time, the first processing apparatus is a wet blasting apparatus that atomizes and sprays an abrasive slurry mixed with water and abrasive particles, and a first storage for storing the abrasive nozzle and the first nozzle for ejecting the abrasive slurry at pneumatic pressure. It includes a regulator for adjusting the air pressure discharged through the tank and the first nozzle, it is preferred that the first nozzle sprays the abrasive slurry by spraying.
습식 파우더 블라스팅을 이용하면 대기 중에 연마입자가 분산되지 않기 때문에 연마입자에 의한 대기의 오염을 줄일 수 있다.The use of wet powder blasting reduces the contamination of the air by the abrasive particles because the abrasive particles are not dispersed in the atmosphere.
또한, 워터 제트 가공장치는 연마입자가 분산된 연마 슬러리를 분출하는 제2노즐과 연마 슬러리를 저장하는 제2 저장 탱크 및 제2노즐에서 분출되는 연마 슬러리의 압력을 조절하는 액체 펌프를 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the water jet processing apparatus includes a second nozzle for ejecting the abrasive slurry in which the abrasive particles are dispersed, a second storage tank for storing the abrasive slurry, and a liquid pump for regulating the pressure of the abrasive slurry ejected from the second nozzle. desirable.
그리고 미세 가공 장치는 제1노즐과 제2노즐을 이송시키는 이송수단 및/또는 작업대를 이송시키는 이송수단을 더 포함하여, 제1, 제2노즐과 작업대 사이에 상대적인 X축, Y축, Z축 방향 운동 및 회전 운동을 구현하는 것이 바람직하다.And the micromachining apparatus further includes a conveying means for conveying the first nozzle and the second nozzle and / or a conveying means for conveying the worktable, the X-axis, Y-axis, Z-axis relative to the first, second nozzle and the worktable It is desirable to implement directional motion and rotational motion.
본 발명의 미세 가공 장치는 제1노즐과 제2노즐 각각에 이송수단을 설치하지 않기 때문에, 장비의 제조비용을 절감할 수 있다.Since the microfabrication apparatus of the present invention does not provide a transfer means to each of the first nozzle and the second nozzle, the manufacturing cost of the equipment can be reduced.
나아가 미세 가공 장치는 연마입자를 회수하는 회수 수단을 더 포함하고, 이 회수 수단이 연마입자를 크기별로 분급하는 분급수단을 포함하여, 연마입자를 재활용할 수 있는 것이 좋다. 제1가공장치와 제2가공장치가 모두 연마 슬러리를 이용하기 때문에 수조 형태의 회수 수단을 구비하여 연마입자의 회수가 가능하다.Furthermore, the fine processing apparatus further includes a recovery means for recovering the abrasive particles, and the recovery means includes a classification means for classifying the abrasive particles by size, so that the abrasive particles can be recycled. Since both the first processing device and the second processing device use the polishing slurry, recovery means in the form of a water tank can be provided to recover the abrasive particles.
본 발명의 다른 태양인 표면 가공 방법은, 상기한 미세 가공 장치를 이용하여 경취성 재료의 표면을 가공하는 방법으로서, 가공 대상 재료를 준비하는 단계; 상기 대상 재료의 표면에 개구부가 형성된 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크가 형성된 대상 재료에 대하여 공기압으로 연마입자를 분출하여 패턴을 형성하는 파우더 블라스팅 단계; 상기 마스크가 형성된 대상 재료에 대하여 연마입자와 섞인 물을 분출하여 재료의 표면을 연마하는 워터 제트 단계; 및 상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하며, 상기 파우더 블라스팅 단계와 상기 워터 제트 단계가 동일한 가공 장비에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for processing a surface, the method for processing a surface of a hard brittle material using the above-described fine processing device, comprising: preparing a material to be processed; Forming a mask having an opening formed on a surface of the target material; A powder blasting step of ejecting the abrasive particles by air pressure with respect to the target material on which the mask is formed to form a pattern; A water jet step of jetting water mixed with abrasive particles to the target material on which the mask is formed to polish the surface of the material; And removing the mask, wherein the powder blasting step and the water jet step are performed in the same processing equipment.
저렴하고 빠른 파우더 블라스팅과 가공면의 품위를 높일 수 있는 워터 제트 연마를 하나의 장비에서 실시함으로써, 낮은 비용으로 뛰어난 가공 속도와 가공 품위로 경취성 재료의 표면을 가공할 수 있다.By inexpensive and fast powder blasting and water jet polishing to enhance the quality of the machined surface in one machine, the surface of the hard brittle material can be processed at low cost with excellent processing speed and quality.
이때, 파우더 블라스팅 단계가 물과 연마입자가 혼합된 연마 슬러리를 분무화(atomization)하여 분출하는 습식 파우더 블라스팅이고, 연마입자는 평균지름이 11㎛ 이상이며, 사용되는 연마 슬러리가 연마입자가 5~10wt% 비율범위에서 물과 혼합된 것이 바람직하다. 또한, 습식 파우더 블라스팅의 토출압이 1~4bar 범위이며, 입자의 충격속도가 80~200m/s 범위인 것이 바람직하다.At this time, the powder blasting step is a wet powder blasting sprayed by atomizing the abrasive slurry mixed with water and abrasive particles, the abrasive particles have an average diameter of 11㎛ or more, the abrasive slurry used is 5 ~ It is preferable to mix with water in the ratio range of 10wt%. In addition, it is preferable that the discharge pressure of the wet powder blasting is in the range of 1 to 4 bar, and the impact velocity of the particles is in the range of 80 to 200 m / s.
본 발명의 파우더 블라스팅 단계는 가공면의 품위보다는 가공속도에 중점을 두고 가공 조건을 결정한다.The powder blasting step of the present invention determines the processing conditions focusing on the processing speed rather than the quality of the processing surface.
그리고 워터 제트에 사용되는 연마입자는 평균지름이 11㎛ 이하이며, 워터 제트의 토출압이 3~20bar 범위인 것이 바람직하다.The abrasive particles used in the water jet have an average diameter of 11 μm or less, and the discharge pressure of the water jet is preferably in the range of 3 to 20 bar.
본 발명의 워터 제트 단계는 가공면의 품위를 향상시키는 것에 중점을 두고 가공 조건을 결정한다.The water jet step of the present invention determines processing conditions with an emphasis on improving the quality of the processing surface.
또한, 본 발명에서 형성되는 마스크는 금속 플레이트인 것이 바람직하다. 파우더 블라스팅 단계와 워터 제트 단계를 모두 견딜 수 있도록 금속 플레이트를 마스크로 사용하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the mask formed in this invention is a metal plate. It is desirable to use a metal plate as a mask to withstand both the powder blasting step and the water jet step.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 파우더 블라스팅 장치와 워터 제트 장치를 하나의 가공 장비에 구비함으로써, 빠르고 저렴하게 표면 패턴 가공을 할 수 있을 뿐만 아니라 높은 표면품위를 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the present invention configured as described above, by providing the powder blasting apparatus and the water jet apparatus in one processing equipment, the surface pattern processing can be performed quickly and inexpensively, and the high surface quality can be obtained.
또한, 가공면의 표면품위가 높기 때문에, 미세 유체의 흐름 특성을 제어해야하는 바이오칩의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the surface quality of the processed surface is high, there is an effect that can greatly improve the performance of the biochip to control the flow characteristics of the microfluid.
나아가, 파우더 블라스팅을 위한 노즐과 워터 제트를 위한 노즐을 움직이는 하나의 이송수단을 구비함으로써, 장비의 제조비용이 크게 절감되는 효과가 있다.
Furthermore, by providing a transport means for moving the nozzle for the powder blasting and the nozzle for the water jet, there is an effect that the manufacturing cost of the equipment is greatly reduced.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 단계를 나타내는 공정표이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 단계를 나타내는 모식도이다.
도 4는 분무화에 따른 습식 파우더 블라스팅의 원리를 나타내는 그림이다.
도 5는 워터 제트에 의한 연마 가공의 원리를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 결과를 나타내는 현미경 사진이다.1 is a schematic diagram showing a processing method using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a process table showing a machining step using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a machining step using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the principle of wet powder blasting according to the atomization.
It is a figure which shows the principle of the grinding | polishing process by a water jet.
6 is a micrograph showing a processing result using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 방법을 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a processing method using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 실시예의 미세 가공 장치는 습식 파우더 블라스팅 장치로 구성되는 제1가공장치(10), 워터 제트 장치로 구성되는 제2가공장치(20) 및 가공 대상 재료(100)를 위치시키는 작업대(30)를 포함한다.The micromachining apparatus of this embodiment includes a
제1가공장치(10)는 연마입자를 물에 혼합한 연마 슬러리를 압축공기를 통해서 분출하는 제1노즐(12), 연마 슬러리를 저장하는 제1 저장 탱크(14) 및 제1노즐(12)에 주입되는 공기압을 조절하는 레귤레이터(16)를 포함한다.The
제2가공장치(20)는 연마입자가 섞인 연마 슬러리를 분출하는 제2노즐(22), 워터 제트 가공을 위한 연마슬러리를 저장하는 제2 저장 탱크(24) 및 제2노즐(22)에 주입되는 유체의 압력을 조절하는 유체펌프(26)를 포함한다.The
작업대(30)는 마스크(200)가 형성된 가공 대상 재료(100)가 위치하는 곳이며, 제1가공장치(10) 및 제2가공장치(20)의 작동결과 분출된 연마 슬러리를 수거하기 위한 수조 형태의 연마 슬러리 회수수단(도시하지 않음)의 내부에 위치한다. 본 실시예의 가공장비는 습식 파우더 블라스팅과 워터 제트 가공을 이용하기 때문에, 가공과정에서 모두 연마 슬러리를 이용하며, 이러한 연마 슬러리를 회수하여 재사용할 수 있다. 특히, 회수수단이 연마입자를 크기별로 분급할 수 있는 분급수단을 구비함으로써, 연마입자를 곧바로 재활용할 수 있으며, 연마입자의 재활용으로 공정비용을 절약할 수 있다.The
그리고 도시되지는 않았지만, 본 실시예의 미세 가공 장치는 제1, 제2노즐(22) 또는 작업대(30)를 이송하는 이송수단을 구비한다.And although not shown, the microfabrication apparatus of this embodiment is provided with the conveying means for conveying the 1st,
이송수단은 제1, 제2노즐(12,22)과 작업대(30)가 X축, Y축, Z축 방향으로 상대적 이동을 하거나 상대적인 회전을 하도록 한다. 이러한 이송수단은 제1, 제2노즐(12,22)과 작업대(30) 사이의 상대적 움직임을 구현하는 것이면 되고, 구성이 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1, 제2노즐(12,22)을 X축, Y축, Z축 방향 및 회전 운동시키는 이송수단만을 구비할 수도 있고, 작업대(30)를 X축, Y축, Z축 방향 및 회전 운동시키는 이송수단만을 구비할 수도 있으며, 제1, 제2노즐(12,22)을 이동시키는 이송수단과 작업대(30)를 이동시키는 이송수단을 모두 구비할 수도 있다.The conveying means allows the first and
본 실시예의 미세 가공 장치는 제1,제2노즐(12,22)을 움직이는 이송수단을 구비하는 경우에도, 제1노즐과 제2노즐 각각에 이송수단을 설치하지 않기 때문에, 장비의 제조비용을 절감할 수 있다.
Since the micromachining apparatus of the present embodiment does not provide a conveying means to each of the first nozzle and the second nozzle even when the microprocessing apparatus includes the conveying means for moving the first and
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 단계를 나타내는 공정표 및 모식도이다.2 and 3 is a process table and schematic diagram showing a machining step using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 3(a)와 같이 가공 대상 재료(100)를 준비한다. 가공 대상이 되는 물질은 경취성의 재료로서 특별히 한정되지 않으며, 유리나 세라믹 또는 비정질 플라스틱 등을 포함할 수 있다.First, the
다음으로, 도 3(b)에 도시된 것과 같이 가공 대상 재료(100)의 표면에 가공을 위한 개구부(220)가 형성된 마스크(200)를 형성한다. 개구부(220)는 가공 대상 재료의 표면에 형성하고자 하는 형태에 맞추어 패터닝된 부분이며, 개구부(220)의 형상에 따라서 가공 대상 재료의 표면이 가공된다.Next, as shown in FIG. 3B, a
이러한 마스크를 형성하는 방법으로 일반적인 것은 포토리소그래피를 이용하는 방법이다. 포토리소그래피는 포토레지스트를 패터닝하여 그 자체를 마스크로 사용하거나, 패터닝되지 않는 공간에 마스크 물질을 채워 넣는 방법으로 마스크를 형성한다. 이러한 포토리소그래피를 이용한 마스크는 감광성의 드라이 필름 자체나 탄성중합체(elastomer) 또는 금속 증착층(metal deposition)을 그 재질로 갖는다. 그러나 이러한 마스크의 재질 중에서 드라이 필름과 탄성중합체는 파우더 블라스팅 가공에 대해서는 적용이 가능하지만 워터 제트 가공 중에 마스크가 표면에서 분리될 염려가 있으므로, 금속 증착층을 재질로 형성하는 것이 좋다.A common method of forming such a mask is a method using photolithography. Photolithography forms masks by patterning the photoresist and using itself as a mask, or by filling a mask material in an unpatterned space. Such a photolithography mask has a photosensitive dry film itself, an elastomer, or a metal deposition layer. However, the dry film and the elastomer may be applied to powder blasting among the mask materials. However, since the mask may be separated from the surface during the water jet processing, the metal deposition layer may be formed of a material.
마스크를 형성하는 다른 방법으로는 금속 플레이트를 이용하는 방법이 있다. 이는 스테인리스 스틸이나 인바(invar) 재질의 금속 플레이트에 에칭 등의 방법으로 미세한 관통 패턴을 형성하고, 이 금속 플레이트를 가공 대상 재료의 표면에 부착하는 것이다. 이러한 금속 플레이트 재질의 마스크는 워터 제트 가공에도 잘 견딜 수 있기 때문에, 본 실시예의 표면 가공용 마스크로 적합하다.Another method of forming the mask is by using a metal plate. This is to form a fine through pattern on a metal plate made of stainless steel or invar by etching or the like, and attach the metal plate to the surface of the material to be processed. Since the metal plate mask can withstand water jet processing well, it is suitable as a mask for surface treatment of this embodiment.
이렇게 패터닝된 마스크가 형성된 가공 대상 재료를 본 실시예에 따른 미세 가공 장치의 작업대에 위치시킨다. 작업대는 가공 대상 재료를 고정할 수 있으며, 가공에 사용된 연마입자를 회수할 수 있는 회수 수단을 갖는다.The material to be processed in which the patterned mask is formed is placed on a work table of the microfabrication apparatus according to the present embodiment. The worktable can fix the material to be processed and has a recovery means capable of recovering the abrasive particles used in the processing.
그리고 도 3(c)에 도시된 것과 같이, 작업대에 위치된 가공 대상 재료에 대하여 1차 가공으로 파우더 블라스팅을 실시한다. 파우더 블라스팅은 공기압을 통해서 연마입자를 직접 분사하는 건식 파우더 블라스팅과 연마입자를 물에 분산시킨 연마 슬러리를 공기압으로 분무화(atomization)하여 토출하는 습식 파우더 블라스팅이 있다. 건식 파우더 블라스팅의 경우에 연마입자가 대기 중에 쉽게 분산되어, 연마 슬러리를 이용하는 습식 파우더 블라스팅에 비하여 환경을 오염시키는 문제가 있으므로, 본 실시예에서는 습식 파우더 블라스팅을 이용한다.And as shown in Fig. 3 (c), powder blasting is performed by the primary processing for the material to be processed located on the workbench. Powder blasting includes dry powder blasting for directly injecting abrasive particles through air pressure and wet powder blasting for atomizing (atomizing) and discharging the polishing slurry in which the abrasive particles are dispersed in water. In the case of dry powder blasting, since the abrasive particles are easily dispersed in the air and contaminate the environment as compared to the wet powder blasting using the abrasive slurry, wet powder blasting is used in this embodiment.
도 4는 분무화에 따른 습식 파우더 블라스팅의 원리를 나타내는 그림이다. 연마입자와 물이 혼합된 연마 슬러리를 압축공기로 분출하면, 노즐에서 토출되는 유체는 공기의 교란에 의해서 액체의 연속된 상을 유지하지 못하고 분무화된다. 4 is a view showing the principle of wet powder blasting according to the atomization. When the abrasive slurry mixed with abrasive particles and water is jetted into the compressed air, the fluid discharged from the nozzle is atomized without maintaining the continuous phase of the liquid by the disturbance of air.
도 3(c)에 도시된 것과 같이, 분무화되는 과정에서 액체의 점도와 표면 장력에 의하여 연마입자 주변에 뭉쳐서 미세한 방울(300)을 형성하게 되며, 미세한 방울(300)이 마스크(200)가 형성되지 않은 가공 대상 재료(100)의 표면에 충돌하면서 내부의 연마입자가 표면을 침식한다.As shown in Figure 3 (c), during the atomization process by the viscosity of the liquid and the surface tension is aggregated around the abrasive grains to form a
파우더 블라스팅 단계에서 연마입자는 Al2O3 또는 SiC를 사용하며, 입자의 평균 직경이 약 11㎛ 이상인 1000번 이하의 입자를 사용한다. 파우더 블라스팅에 사용되는 연마입자의 크기가 커지면, 가공속도가 증가하는 반면에 가공면의 품위는 떨어진다. 본 실시예의 가공방법은 2차적으로 표면 품위를 높이는 연마공정을 포함하므로, 1000번 이하의 크기가 큰 입자를 사용하여 가공 속도를 빠르게 하는 것이 바람직하다.In the powder blasting step, the abrasive particles use Al 2 O 3 or SiC, and the particles having an average diameter of about 11 μm or more and no more than 1000 particles are used. As the size of the abrasive grains used for powder blasting increases, the processing speed increases while the quality of the processing surface decreases. Since the processing method of the present embodiment includes a polishing process to secondly improve the surface quality, it is preferable to increase the processing speed by using particles having a size of 1000 or less.
습식 파우더 블라스팅을 위한 연마 슬러리는 연마입자를 5~10wt%의 비율로 물에 분산시킨다. 습식 파우더 블라스팅 과정에서 압축 공기에 의한 토출압은 1~4bar의 압력이 사용되나, 토출구의 직경과 노즐의 형상에 따라서 압력 범위에서 차이가 생길 수 있으며, 입자 충격속도를 기준으로 해서는 80~200m/s 범위에서 조절한다.Polishing slurry for wet powder blasting is to disperse the abrasive particles in water at a rate of 5 ~ 10wt%. In the wet powder blasting process, a pressure of 1 to 4 bar is used for the discharge pressure of the compressed air, but a difference in the pressure range may occur depending on the diameter of the discharge port and the shape of the nozzle, and 80 to 200 m / Adjust in the range of s.
이러한 습식 파우더 블라스팅 단계는 가공부위가 소정의 가공깊이에 이를 때까지 진행한다.This wet powder blasting step proceeds until the processing site reaches a predetermined processing depth.
도 3(d)에 도시된 것과 같이, 습식 파우더 블라스팅을 거친 가공 대상 재료에 대하여 2차 가공으로 워터 제트에 의한 연마를 실시한다. 이러한 워터 제트 연마는 연마입자가 포함된 유체(400)가 경취성의 대상 재료의 표면에 충돌한 뒤에 퍼져나가는 흐름에 의하여 재료를 취성파괴하지 않고 표면을 매끄럽게 연마한다.As shown in Fig. 3 (d), the material to be subjected to wet powder blasting is polished by water jet in a secondary process. This water jet polishing smoothly polishes the surface without brittle fracture of the material by a flow that spreads after the fluid 400 including the abrasive particles collides with the surface of the hard brittle material.
도 5는 워터 제트에 의한 연마 가공의 원리를 나타내는 도면이다. 연마입자가 함유된 워터 제트가 가공 대상 재료의 표면에 90도로 충돌할 때, 도 5(a)에 도시된 것과 같이 축대칭모양의, W자 형태의 매끈한 단면 프로파일을 보인다. 이는 도 5(b)에 도시된 것과 같이 워터 제트의 중심부에는 높은 압력이 발생하지만, 도 5(c)에 도시된 것과 같이 유체속도의 정체(stagnation)가 발생하며, 이 때문에 중심부는 입자의 충격에너지에 의해 재료내부에 크랙 등을 일으키지 못하기 때문이다. 반면에, 도 5(b)에 도시된 것과 같이 유체가 반경방향으로 퍼져나가는 흐름(축대칭)에 있어서 유체가 재료의 표면에서 가속되며, 이 때 유체내부의 연마입자는 피가공재료의 표면을 미세 연마하게 된다. 이러한 연마는 결국 워터 제트 중심부의 압력에 의한 것이 아니고 유체가 표면을 따라 흐르면서 발생하는 표면과의 상대 마찰에 의한 것이며, 크랙에 의한 취성파괴가 아닌 연성모드의 재료제거이다.It is a figure which shows the principle of the grinding | polishing process by a water jet. When the water jet containing abrasive particles collides with the surface of the material to be processed at 90 degrees, it exhibits an symmetric, W-shaped smooth cross-sectional profile as shown in Fig. 5 (a). This results in high pressure in the center of the water jet as shown in FIG. 5 (b), but stagnation of the fluid velocity as shown in FIG. 5 (c), which causes the center to impact particles. This is because the energy cannot cause cracks or the like inside the material. On the other hand, as shown in Fig. 5 (b), the fluid accelerates at the surface of the material in the radially spreading flow (axis symmetry), whereby the abrasive particles in the fluid form the surface of the workpiece. Fine grinding. This polishing, after all, is not caused by the pressure at the center of the water jet, but by the relative friction with the surface as the fluid flows along the surface, and not by brittle fracture by cracks, but by the removal of the material in ductile mode.
따라서 토출압이 3~20bar 범위인 저압의 워터 제트를 이용하면 그 재료제거속도는 블라스팅 공정에 비해 낮으나, 연성모드의 재료제거에 의하여 표면 거칠기가 매우 우수한 표면을 형성할 수 있음을 알 수 있다. 나아가, 마스크가 형성된 재료에 대하여 워터 제트 가공을 실시하면, 마스크의 개구부 내에서 파우더 블라스팅된 가공 표면을 따라서 연성모드의 재료제거가 발생하기 때문에, 가공된 부분의 표면을 가공할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, when using a low pressure water jet in the discharge pressure range of 3 ~ 20bar, the material removal rate is lower than that of the blasting process, but it can be seen that a surface having a very good surface roughness can be formed by removing the material in the ductile mode. Furthermore, it can be seen that when water jet processing is performed on the material on which the mask is formed, the surface of the processed portion can be processed because the material removal in the ductile mode occurs along the powder blasted processing surface in the opening of the mask. have.
워터 제트 단계에서 연마입자는 Al2O3 또는 CeO2 등을 사용하며, 입자의 평균 직경이 약 11㎛ 이하인 1000번 이상의 입자를 사용한다. 워터 제트 단계에서는 가공면의 경면화를 목적으로 하기 때문에 크기가 작은 입자를 사용하는 것이 바람직하다.In the water jet step, the abrasive grains are Al 2 O 3 or CeO 2 , and the like, and particles having an average diameter of about 11 μm or less are used for at least 1000 particles. In the water jet step, it is preferable to use particles having a small size, because of the purpose of mirroring the processed surface.
마지막으로, 도 3(d)에 도시된 것과 같이, 마스크를 제거하면 높은 품위의 가공면을 갖는 미세 패턴이 형성된 경취성 재료를 얻을 수 있다.Finally, as shown in Fig. 3 (d), when the mask is removed, a hard brittle material having a fine pattern having a high quality processing surface can be obtained.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 미세 가공 장치를 이용한 가공 결과를 나타내는 현미경 사진이다.6 is a micrograph showing a processing result using a micromachining apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6(a)는 600번, 즉 입경이 약 20㎛인 Al2O3 연마입자를 이용하여 습식 파우더 블라스팅 하여 표면을 가공한 결과를 나타낸다. 왼쪽 그림에서 마스크의 개구부가 형성된 부분이 가공되어 홈이 형성된 것을 확은 할 수 있으며, 오른쪽에 가공면을 확대한 사진에서 취성 파괴에 의하여 가공면이 매우 거친 것을 확인할 수 있다. 측정된 표면 거칠기는 평균값(Rms)이 0.27㎛이고, 최댓값(Rmax)은 1.6㎛에 이르렀다.Figure 6 (a) shows the result of processing the surface by wet powder blasting using 600 times, that is, Al 2 O 3 abrasive particles having a particle diameter of about 20㎛. In the figure on the left, the part where the opening of the mask is formed is processed, and the groove is formed. In the picture on the right, the processing surface is very rough due to brittle fracture. The measured surface roughness reached 0.27 micrometer in average value (Rms), and reached the maximum value (Rmax) in 1.6 micrometer.
도 6(b) 내지 도 6(d)는 2500번, 즉 입경이 약 5.5㎛인 Al2O3 연마입자를 이용하여 워터 제트 하여 표면을 가공한 결과를 나타낸다.6 (b) to 6 (d) show the results of surface treatment by water jet using 2500 times, that is, Al 2 O 3 abrasive particles having a particle diameter of about 5.5 μm.
도 6(b)는 분사 노즐이 선폭을 따라서 1mm/s의 속도로 2회 왕복한 경우를 나타낸다. 워터 제트에 의하여 가공면이 연마되었으나, 표면에 크랙이 잔류하고 있는 것을 확인할 수 있다. 측정된 표면 거칠기는 평균값(Rms)이 49nm이고, 최댓값(Rmax)은 0.36㎛를 나타냈다.Fig. 6 (b) shows a case where the injection nozzle reciprocates twice at a speed of 1 mm / s along the line width. Although the processed surface was polished by the water jet, it can be seen that cracks remain on the surface. The measured surface roughness showed an average value Rms of 49 nm and a maximum value Rmax of 0.36 μm.
도 6(c)는 분사 노즐이 선폭을 따라서 1mm/s의 속도로 4회 왕복한 경우를 나타낸다. 표면의 크랙이 모두 제거되어 평탄한 표면이 얻어진 것을 확인할 수 있다. 측정된 표면 거칠기는 평균값(Rms)이 18nm이고, 최댓값(Rmax)은 0.27㎛를 나타내었다.FIG. 6 (c) shows a case where the injection nozzle reciprocates four times at a speed of 1 mm / s along the line width. It can be seen that the cracks on the surface are all removed to obtain a flat surface. The measured surface roughness showed an average value Rms of 18 nm and a maximum value Rmax of 0.27 μm.
도 6(d)는 분사 노즐이 선폭을 따라서 1mm/s의 속도로 6회 왕복한 경우를 나타낸다. 표면이 더욱 매끄러워진 것을 확인할 수 있으며, 측정된 표면 거칠기는 평균값(Rms)이 14nm이고, 최댓값(Rmax)은 0.05㎛를 나타내어 표면품위가 더욱 향상되었다.
Fig. 6 (d) shows a case where the injection nozzle reciprocates six times at a speed of 1 mm / s along the line width. It was confirmed that the surface was smoother. The measured surface roughness was 14 nm in average value (Rms) and the maximum value (Rmax) was 0.05 μm, which further improved the surface quality.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been described through the preferred embodiments, the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes may be made without departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be construed not only in the specific embodiments but also in the scope of claims, and all technical ideas within the scope of the same shall be construed as being included in the scope of the present invention.
10: 제1가공장치 12: 제1노즐
14: 제1 저장 탱크 16: 레귤레이터
20: 제2가공장치 22: 제2노즐
24: 제2 저장 탱크 26: 액체 펌프
30: 작업대 100: 가공 대상 재료
200: 마스크 220: 개구부 10: first processing device 12: first nozzle
14: first storage tank 16: regulator
20: second processing apparatus 22: second nozzle
24: second storage tank 26: liquid pump
30: worktable 100: material to be processed
200: mask 220: opening
Claims (16)
가공 대상 재료가 위치하는 작업대;
상기 가공 대상 재료의 표면에 패턴을 형성하는 제1가공장치; 및
상기 가공 대상 재료의 표면을 연마하는 제2가공장치를 포함하며,
상기 제1가공장치는 물과 연마입자가 혼합된 연마 슬러리를 분무화(atomization)하여 분출하는 습식 블라스팅 가공장치이고, 상기 제2가공장치는 연마입자가 섞인 물을 분출하여 재료의 표면을 연마하는 워터 제트 가공장치인 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
Equipment for processing surfaces of hard brittle materials such as glass and ceramics,
A work bench on which the material to be processed is located;
A first processing device for forming a pattern on the surface of the material to be processed; And
A second temporary factory for polishing the surface of the material to be processed;
The first temporary plant is a wet blasting apparatus that atomizes and sprays a polishing slurry in which water and abrasive particles are mixed, and the second temporary plant sprays water mixed with abrasive particles to polish the surface of the material. Fine processing device, characterized in that the water jet processing device.
상기 습식 블라스팅 가공장치가,
공기압으로 연마 슬러리를 분출하는 제1노즐;
상기 연마 슬러리를 저장하는 제1 저장 탱크; 및
상기 제1노즐을 통해 배출되는 공기압을 조절하는 레귤레이터를 포함하며,
상기 제1노즐이 연마 슬러리를 분무화하여 분출하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method according to claim 1,
The wet blasting apparatus,
A first nozzle for ejecting the polishing slurry at pneumatic pressure;
A first storage tank for storing the polishing slurry; And
It includes a regulator for adjusting the air pressure discharged through the first nozzle,
And the first nozzle sprays the polishing slurry to eject the fine slurry.
상기 워터 제트 가공장치가,
연마입자가 분산된 연마 슬러리를 분출하는 제2노즐;
상기 연마 슬러리를 저장하는 제2 저장 탱크; 및
상기 제2노즐에서 분출되는 연마 슬러리의 압력을 조절하는 액체 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method according to claim 1,
The water jet processing apparatus,
A second nozzle for ejecting the polishing slurry in which the abrasive particles are dispersed;
A second storage tank for storing the polishing slurry; And
And a liquid pump for adjusting the pressure of the polishing slurry ejected from the second nozzle.
상기 미세 가공 장치가 상기 습식 블라스팅 가공장치의 노즐과 상기 워터 제트 가공장치의 노즐을 이송시키는 이송수단과 상기 작업대를 이송시키는 이송수단 중에 적어도 하나의 이송수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method according to claim 1,
The micro-machining apparatus further comprises at least one conveying means of the conveying means for conveying the nozzle of the wet blasting apparatus, the nozzle of the water jet processing apparatus and the conveying means for conveying the work table. .
상기 이송수단은 상기 제1, 제2노즐과 상기 작업대 사이에 상대적인 X축, Y축, Z축 방향 운동 및 회전 운동을 구현하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method according to claim 5,
The conveying means is a micro-machining device, characterized in that for implementing the X-axis, Y-axis, Z-axis movement and rotational movement between the first, the second nozzle and the work table.
상기 미세 가공 장치가 연마입자를 회수하는 회수 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method according to claim 1,
The fine processing apparatus further comprises a recovery means for recovering the abrasive particles.
상기 회수 수단이 연마입자를 크기별로 분급하는 분급수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 가공 장치.
The method of claim 7,
The fine processing device, characterized in that the recovery means comprises a classification means for classifying the abrasive particles by size.
가공 대상 재료를 준비하는 단계;
상기 대상 재료의 표면에 개구부가 형성된 마스크를 형성하는 단계;
상기 마스크가 형성된 대상 재료에 대하여 공기압으로 연마입자를 분출하여 패턴을 형성하는 파우더 블라스팅 단계;
상기 마스크가 형성된 대상 재료에 대하여 연마입자와 섞인 물을 분출하여 재료의 표면을 연마하는 워터 제트 단계; 및
상기 마스크를 제거하는 단계를 포함하며,
상기 파우더 블라스팅 단계와 상기 워터 제트 단계가 동일한 가공 장비에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
As a method of processing the surface of a hard brittle material using the microfabrication apparatus of any one of Claims 1, 3-8.
Preparing a material to be processed;
Forming a mask having an opening formed on a surface of the target material;
A powder blasting step of ejecting the abrasive particles by air pressure with respect to the target material on which the mask is formed to form a pattern;
A water jet step of jetting water mixed with abrasive particles to the target material on which the mask is formed to polish the surface of the material; And
Removing the mask;
And the powder blasting step and the water jet step are performed in the same processing equipment.
상기 파우더 블라스팅 단계가 물과 연마입자가 혼합된 연마 슬러리를 분무화(atomization)하여 분출하는 습식 파우더 블라스팅인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method according to claim 9,
Wherein said powder blasting step is wet powder blasting which atomizes and jets an abrasive slurry mixed with water and abrasive particles.
상기 습식 파우더 블라스팅에 사용되는 연마입자는 평균지름이 11㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method of claim 10,
Surface treatment method characterized in that the abrasive particles used in the wet powder blasting has an average diameter of 11㎛ or more.
상기 습식 파우더 블라스팅에 사용되는 연마 슬러리가 연마입자가 5~10wt% 비율범위에서 물과 혼합된 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method of claim 11,
The polishing slurry used in the wet powder blasting is a surface processing method characterized in that the abrasive particles are mixed with water in the ratio range of 5 ~ 10wt%.
상기 습식 파우더 블라스팅의 토출압이 1~4bar 범위이며, 입자의 충격속도가 80~200m/s 범위인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method of claim 12,
Discharge pressure of the wet powder blasting is in the range of 1 ~ 4bar, the impact speed of the particle range of 80 ~ 200m / s.
상기 워터 제트에 사용되는 연마입자는 평균지름이 11㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method according to claim 9,
Abrasive particles used in the water jet surface processing method, characterized in that the average diameter is 11㎛ or less.
상기 워터 제트의 토출압이 3~20bar 범위인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method of claim 10,
Surface discharge method characterized in that the discharge pressure of the water jet is in the range of 3 ~ 20bar.
상기 마스크가 금속 플레이트인 것을 특징으로 하는 표면 가공 방법.
The method according to claim 9,
And said mask is a metal plate.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120003119A KR101318970B1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Apparatus and method for fine processing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120003119A KR101318970B1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Apparatus and method for fine processing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130081980A KR20130081980A (en) | 2013-07-18 |
KR101318970B1 true KR101318970B1 (en) | 2013-10-17 |
Family
ID=48993466
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120003119A KR101318970B1 (en) | 2012-01-10 | 2012-01-10 | Apparatus and method for fine processing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101318970B1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101463040B1 (en) * | 2013-09-03 | 2014-11-18 | 한국산업기술대학교산학협력단 | Method for fine processing and fabrication method for microchannel |
KR102115307B1 (en) * | 2018-09-17 | 2020-05-26 | 크루셜텍(주) | Glass pattern forming device and method of forming glass pattern |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004212317A (en) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Toppan Printing Co Ltd | Method for forming micropore having smooth inside in glass substrate |
JP2008030148A (en) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | Microblasting method and device |
JP2008188695A (en) | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Disco Abrasive Syst Ltd | Water jet machining device |
KR100980750B1 (en) | 2009-06-30 | 2010-09-07 | 인천대학교 산학협력단 | Micro pattern machining of difficult to cut material using powder blasting process |
-
2012
- 2012-01-10 KR KR1020120003119A patent/KR101318970B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004212317A (en) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Toppan Printing Co Ltd | Method for forming micropore having smooth inside in glass substrate |
JP2008030148A (en) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | Microblasting method and device |
JP2008188695A (en) | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Disco Abrasive Syst Ltd | Water jet machining device |
KR100980750B1 (en) | 2009-06-30 | 2010-09-07 | 인천대학교 산학협력단 | Micro pattern machining of difficult to cut material using powder blasting process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130081980A (en) | 2013-07-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hwang et al. | Microchannel fabrication on glass materials for microfluidic devices | |
Melentiev et al. | Recent advances and challenges of abrasive jet machining | |
Chavoshi et al. | Hybrid micro-machining processes: A review | |
Aurich et al. | Abrasive processes for micro parts and structures | |
Lv et al. | A research on ultrasonic-assisted abrasive waterjet polishing of hard-brittle materials | |
Nguyen et al. | A review on the erosion mechanisms in abrasive waterjet micromachining of brittle materials | |
JP4919446B2 (en) | Fine groove machining method and apparatus | |
KR101318970B1 (en) | Apparatus and method for fine processing | |
Haldar et al. | Present status and some critical issues of abrasive jet materials processing: a review | |
CN103659612A (en) | Scribing method and blasting machine for scribing | |
WO2010068108A1 (en) | Droplet break up device | |
Yu et al. | Study of air-driving fluid jet polishing | |
Perveen et al. | Machining of glass materials: An overview | |
Kong et al. | Capability of advanced abrasive waterjet machining and its applications | |
Chastagner et al. | Abrasive jet machining for edge generation | |
CN211540871U (en) | Micro-channel abrasive water jet machining device based on 3D printing mold | |
Yang et al. | Introduction to Precision Machines | |
Yuan et al. | Waterjet cutting of cross‐linked glass | |
JP6497674B2 (en) | Plasma gas processing apparatus and method | |
KR101463040B1 (en) | Method for fine processing and fabrication method for microchannel | |
Fan et al. | Effect of nozzle type and abrasive on machinablity in micro abrasive air jet machining of glass | |
Bhowmik et al. | Electrorheological Fluid-Assisted Micro-USM | |
Lee et al. | Optical transmittance recovery of powder blasted micro fluidic channels on fused silica glass using MR polishing | |
Boparai et al. | Abrasive Jet Machining: Overview and Scope | |
Boparai et al. | Abrasive Jet Machining |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170928 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20180921 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20190927 Year of fee payment: 7 |