說(shuō)起來(lái)你可能不信,現(xiàn)在最讓我著迷的,是那些小到肉眼幾乎看不見(jiàn)的孔洞。去年參觀某研究所時(shí),透過(guò)電子顯微鏡看到金屬表面排列整齊的微孔陣列,每個(gè)直徑還不到頭發(fā)絲的十分之一,那一刻突然理解了什么叫"方寸之間別有洞天"。
微孔加工這玩意兒,本質(zhì)上就是在材料上"繡花"。只不過(guò)繡花針換成了激光束或離子束,布料變成了鈦合金或陶瓷。記得剛接觸這個(gè)領(lǐng)域時(shí),師傅說(shuō)過(guò)句特別形象的話:"普通加工是拿斧頭劈柴,微孔加工是用繡花針在米粒上雕字。"
最典型的應(yīng)用要數(shù)手機(jī)揚(yáng)聲器?,F(xiàn)在的手機(jī)越來(lái)越薄,但音質(zhì)反而更好,秘密就在于揚(yáng)聲器振膜上那數(shù)以千計(jì)的微米級(jí)孔洞。這些直徑0.1毫米左右的小孔,既要保證聲音通透,又要防止灰塵進(jìn)入。去年拆解某款旗艦機(jī)時(shí),用放大鏡數(shù)了半天也沒(méi)數(shù)清那些排列成螺旋狀的小孔,真是佩服工程師們的巧思。
干這行最頭疼的就是精度控制。有次跟著老師傅做實(shí)驗(yàn),在0.5毫米厚的不銹鋼片上打直徑30微米的通孔。激光功率調(diào)大了直接燒穿,調(diào)小了又打不透,活像在走鋼絲。師傅叼著煙說(shuō):"這就跟炒菜似的,火候差一秒都不行。"結(jié)果那天我們廢了二十多塊試片,最后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題出在冷卻氣體的流速上——你看,連空氣流動(dòng)都要計(jì)較。
現(xiàn)在主流的加工方式大概分三種: 1. 激光加工:快準(zhǔn)狠,但熱影響區(qū)是個(gè)麻煩 2. 電火花加工:適合硬材料,速度慢得像老牛拉車(chē) 3. 超聲波加工:對(duì)脆性材料特別友好,就是成本高
個(gè)人最喜歡激光加工那種"指哪打哪"的爽快感,不過(guò)要說(shuō)精度,還得數(shù)聚焦離子束。見(jiàn)過(guò)最絕的案例是在人造鉆石上加工微孔,孔徑誤差控制在±0.5微米以?xún)?nèi),相當(dāng)于在足球場(chǎng)上畫(huà)線,偏差不能超過(guò)一根睫毛的粗細(xì)。
有意思的是,這技術(shù)現(xiàn)在都滲透到日常生活里了。去年買(mǎi)的那個(gè)號(hào)稱(chēng)"透氣不透水"的運(yùn)動(dòng)鞋,鞋面布滿(mǎn)肉眼難辨的微孔;朋友植牙用的種植體,表面微孔結(jié)構(gòu)能讓骨頭細(xì)胞更好地附著;就連小區(qū)凈水機(jī)的濾芯,都是靠層層疊疊的微孔膜在發(fā)揮作用。
醫(yī)療領(lǐng)域尤其讓人驚嘆。某次在展會(huì)上看到用于靶向給藥的微針貼片,上千根空心微針排列得比蜂巢還整齊。研發(fā)人員說(shuō)這些針頭刺入皮膚時(shí),人幾乎感覺(jué)不到疼痛——這可比小時(shí)候打疫苗的鋼針溫柔多了。
說(shuō)實(shí)話,干這行挺折磨人的。要耐得住寂寞,經(jīng)得起失敗。有回為了調(diào)試新設(shè)備,連續(xù)三周每天工作14小時(shí),最后發(fā)現(xiàn)是光學(xué)鏡片上有?;覊m在作怪。但當(dāng)你看到加工出的樣品在電子顯微鏡下呈現(xiàn)出完美的蜂窩結(jié)構(gòu)時(shí),那種成就感又讓人欲罷不能。
最近在嘗試用飛秒激光加工高分子材料,就像用光刀在果凍上雕刻,稍不留神就會(huì)留下燒灼痕跡。同事開(kāi)玩笑說(shuō)我們這是在"用大炮打蚊子",但恰恰是這種極致的追求,推動(dòng)著制造技術(shù)不斷突破物理極限。
站在微觀世界的入口處,常常想起那位老工程師的話:"真正的精密不是把東西做小,而是在微觀尺度上依然保持對(duì)完美的執(zhí)著。"或許這就是微孔加工最迷人的地方——它讓我們?cè)谌庋鄄豢梢?jiàn)的維度,依然堅(jiān)持著工匠精神的最后倔強(qiáng)。
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