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機械設計論文微型機械技術及其應用研究班級：學號：姓名：前言微型機械是上世紀80年代末出現的一種微型電氣機械(裝置、系統(tǒng)或器件)，微型機械的出現，一方面是現代科技發(fā)展的需要，另一方面也反映了人類對事物極限本質的認識和追求。微型機械的尺寸以毫米、微米甚至是以納米計。微機械技術從技術角度來看，它是機、電、磁、光、化學、計算機、自動控制、傳感技術與信息處理等多種技術的融合，從產品角度來看，它是利用集成電路微細加工技術或某些特殊功能材料，將機構及其驅動器、控制器、計算機、傳感器、電源等集成在一個微小體積范圍內發(fā)揮機械功能的機電一體化產品，是一個微電子機械系統(tǒng)(MEMS)。到現在微型機械技術已成為在國際上一個十分重要而又非?；钴S的學科領域，它將帶動各種學科的深入發(fā)展和促進新學科的誕生。美國、日本和歐洲等發(fā)達國家為了爭奪21世紀的高技術市場，以較大的投入從事微型機械的研究與開發(fā)。據1999年2月中國機械工程第10期報道，美國平均每年用于微型機械研究與開發(fā)的費用約12億美元， 日本為11億美元，歐洲為115億美元。據最新消息， 目前全世界約有600家政府、大學和私人企業(yè)所屬的實驗室在進行微型機械技術的研究和開發(fā)。一、微型機械技術微型機械技術包括傳感器技術、微型發(fā)動機技術、MEMS技術、納米技術、微電子技術、微組裝技術等其中涉及的領域有新材料、機械制造、計算機、微電子、自動化、機器人、醫(yī)學和國防等領域所以微型機械技術的概念具有綜臺、整體的涵義。微型機械的發(fā)展有賴于微型機械加工技術水平的提高，微型機械加工技術是為微傳感器.微執(zhí)行器.微機構和微系統(tǒng)制作微機械部件和結構的加工技術。常用的微型機械加工技術有以下幾種：1、集成電路加工技術這種加工技術是一種平面加工技術，這種技術的刻蝕深度只有數百納米且只限于制作硅材料的零部件。2、光刻技術這種方法首先在基質材料上涂覆光致抗蝕劑，然后利用極限分辨率極高的能量束通過掩膜對光致蝕層進行曝光或稱光刻，顯影后，在抗蝕劑層上可獲得與掩膜圖形相同的極微細幾何圖形，最后，再利其他方法便可在工件材料上制造出微型結構。3、光刻電鑄和準LIGA技術利用A射線光刻與犧牲層技術可在任何種類和數量的材料上形成深層的微結構，準LIGA技術是對LIGA技術的改進,使其更加實用化。4、腐蝕成型技術這種加工技術先將光刻后的硅體用腐蝕劑白蝕，脫去犧牲層而留下加工層，再制作工件并經清洗后得到成品。5、鍵合技術硅硅直接鍵合的主要研究方向一是降低鍵合的溫度,二是改進通過硅=硅直接鍵合形成表面薄的SOI層的技術。二、微型機械的應用領域目前，微型機械已經從研究狀態(tài)進入了工業(yè)化的生產階段，微機械技術正處于蓬勃發(fā)展的時期，隨著人們對微型及微組件使用的要求越來越高，微型機械應用于越來越多的方面。特別是微電系統(tǒng)的一些初級產品，如硅壓力傳感器、硅微機械加速度傳感器已逐步進人產業(yè)化。微機械產品大約90%以上屬于非活動部件，主要應用各種微傳感器; 10%是活動部件，可作為執(zhí)行機構由于微機械主要基于集成電路制作方法，批量大，成本也就低，可以作為一次性使用，無需備件與維修，預測未來將廣泛應用于醫(yī)學、航天航空、農業(yè)、工業(yè)以及家庭服務各方面。1、醫(yī)療方面微型機械在醫(yī)療中的應用令人驚嘆。醫(yī)用內診鏡已經做到05毫米直徑主要由記憶金屬和檄電子器件做成，可以進行溫度和電子控制對病人進行內窺檢查和治療。一種在日本研究的保健和監(jiān)測器械，大小如手表帶在手腕上可以進行血壓、脈搏和其他生命信號的監(jiān)測，還可對病人進行緩釋的注射治療，必要時發(fā)布信息給社會保健或急救中心的網絡控制系統(tǒng)。一種微型傳感器可以通過口服或皮下注射法送入人體，對體內的五臟六腑進行直接有效的監(jiān)測。一種特制的微型機器人送人人體，可刮去導致心臟病的油脂沉積物，除去體內的膽固醇，可探測和清除人體內的癌細胞，進行視網膜開刀時，大夫可將遙控機人放人眼球內，在眼球運動條件下進行高難度手術。除此以外，在細胞操作、細胞融合，精細外科，血管、腸道內自動送藥等方面應用甚廣，所以微機械在現代醫(yī)療技術中的應用潛力巨大，為人類最終征服各種絕癥和延長壽命帶來了希望。2、在宇航方面可用全集成氣相色譜微系統(tǒng)散布在廣漠的太空中，進行星際物質和生命起源的探測。將特制微型機器人送到某星球上，在星球上飛行，所載攝像系統(tǒng)即能協(xié)助軌道器畫出星球的地形地貌圖。航天領域應用微機械的目標是研制微小衛(wèi)星和微小飛行器。3、軍事方面將微齒輪制的“強鏈”微機械用于核武器安全裝置，可避免核武器由雷擊引起的事故。美國正在研制一種尺寸比蚊子還小的微型飛機，在飛機雙翼的毫米面積上鍍上一層磁性鎳，當它處于一個交變的電磁場中時，就會舞動雙翼，真正地飛起來。據報這種微型飛機已經可以飛行一英寸的距離。有專家預言，一旦這種飛機研制成功，在未來的戰(zhàn)爭中將派上用場。未來戰(zhàn)爭的勝負在某種意義上也許將不是取決于作戰(zhàn)雙方航母飛機坦克大炮而是由形如蒼蠅黃蜂螞蟻等微型航空器來主宰，這些微型武器直接進入敵方指揮機關雷達站彈藥庫等要害部位摧毀彈藥庫、破壞指揮通訊系統(tǒng)，飛機坦克和大炮由于得不到指揮和彈藥能源的補給還未來得及運用戰(zhàn)爭就失敗了。最近麻省理工學院的阿蘭愛普斯在科技期刊美國宇航上撰文就微型機械的作戰(zhàn)設想作了展望，有了全球定位系統(tǒng)的制導微型機械可深入敵人腹地，在橋梁的關鍵點著落每架微航器就是一枚炸彈，一旦接到指令便立即響應爆炸，一些軍事戰(zhàn)略家預計安裝了微型照相機的偵察蠅可執(zhí)行偵察任務，竊聽戰(zhàn)術信息，反饋敵軍陣地的實時視頻信息，而鋁合金機器蠅由于體積太小雷達熒屏無法探測它們會聚。4、微機器人微機器人是微型機械發(fā)展的主要方向!但只有在微傳感器+微執(zhí)行器+微控制器和微機械元件等微型機械技術較為成熟后才能取得決定性的突破。微機器人是微機械技術最典型也是最廣泛的應用。例如在工業(yè)中可用大量一次性微機器人去清除銹蝕，檢查和維修高壓容器的焊縫。現在日本Seiko公司已經研制出的“Yamakoski Ichro”機器人，外形微小，只有8.6mmX .3mmX7 . 2m m，但卻可在狹小的空間內，細小的管道內行走、作業(yè)和維修，用途廣泛。科學家Hisayuki Aoyama還研制了一種機器人，可用于救援，當發(fā)生地震或者塌方等災難時，人們經常會被埋在瓦礫堆中，而由于瓦礫堆留的縫隙不足以我們進入進行生命的探尋與救援，所以一種體積微小的機器人是非常必要的，這種微型機器人可以代替我們人類進入瓦礫當中尋找生命的跡象，是被困者被救出并生存的幾率大大增加。美國研制出一種象百足蟲一樣的智能微型機器人，可以進人發(fā)電廠或化工廠的細小管道中，去尋找管道的裂縫。5、其他領域在超大規(guī)模集成電路制造中，可用微真空操作器、微定位器等來提高兆級VLSI的加工精度和水平; 在航母和汽車、坦克的前部裝上微機械遠紅外導航儀，就能早期發(fā)現目標和前方障礙。美國德州儀器公司1996年在一片i6厘米見方的芯片上蝕刻出50萬個16微米見方的鋁鏡子，每個鏡子可在集成電路控制下單獨處于開關狀態(tài)，反射彩色光在大型屏幕上。目前這一技術已在大型屏幕電視中應用，投放市場。近些年，微型機械有了很大的發(fā)展，微型機械應用于幾乎每個領域，但微型機械仍然存在很多問題。例如，當機械元件縮得愈來愈小時可以想象離心力等因素就愈發(fā)變得不那么重要，但這種尺寸效應使得另外一些因素變得越來越突出。因此對微型機械的研究必須沖破傳統(tǒng)思想束縛，注重研究方法的革新，應不斷綜合各種物理的化學的生物的現象和其他學科的研究成果，把它們綜合運用到微型機械的加工技術研究之中，不斷開發(fā)出新的加工技術。應特別重視將宏觀世界中的設計思想加工技術制作手段借鑒并移植到微型機械領域內，溝通宏觀與微觀之間的聯(lián)系，為微型機械加工技術的改善與提高提供幫助。由于我國微型機械技術起步晚，研究深度廣度和規(guī)模及技術水平等與先進國家相比尚存差距，所以我國要積極發(fā)展微型機械技術，在不斷借鑒國外先進技術的基礎上發(fā)展自己的技術，是我國的技術水平不斷進步，最終達到世界先進水平。參考文獻：題名:Micro Hopping Robots for Rescue Operation. Location of the Distributed Tiny Robots Under the Collapsed Building作者:Kato, Yoshiyuki;Aoyama, Hisayuki;機構:APPLED MICROSYSTEMS CORP TOKYO (JAPAN);注釋:Final report 31 Mar 2006-30 Mar 2008出版日期:2008 31 Jul題名:Biologically-Inspired Microrobots. Volume 3. Micro-Robot Based on Abstracted Biological Principles 作者:Horchler, Andrew;Morrey, Jeremy;Ritzmann, Roy EQuinn, Roger D; 機構:CASE WESTERN RESERVE UNIV CLEVELAND OH;題名:Development of a reversible machining method for fabrication of microstructures by using micro-EDM 作者: Zilong Peng，Zhenlong Wang，Yinghuai Dong and Hui Chen題名：Micro Engineering 作者：L. Alting, F. Kimura, H.N. Hansen and G. Bissacco 題名：Recent development in micro-handling systems for micro-manufacturing 作者：A.J. Sanchez-Salmeron, R. Lopez-Tarazon，R. Guzman-Diana，and C. Ricolfe-Viala題名：Development of a micro-punching machine and study on the influence of vibration machining in micro-EDM作者：Gwo-Li