Abstract The continuously growing demand for micro-electro-mechanical systems (MEMS) with decreasing feature sizes necessitates adjusted manufacturing solutions. Micro-milling fulfills the high requirements for precision and reliability placed on the final product. The employed tools have diameters in the range of 50 to 300 µm and are commonly manufactured by grinding. However, a reduction in tool diameter leads to a decrease in stiffness in the fourth power and the introduced load in grinding causes a high scrap rate. Furthermore, the flexibility in tool design is limited to the attributes of the grinding wheel. These restrictions in micro-tool manufacturing can be avoided by using ultra-short pulse (USP) laser ablation. This process allows a force-free 2-D and 3-D machining across a broad range of materials without wear formation. By using a USP laser, a wide range of customer-oriented applications in the micrometer scale can be addressed. Also, it leads to precise ablation with minimal thermal and mechanical damage. This paper provides knowledge on the manufacturing of micro-tools made of tungsten carbide with small diameters and high aspect ratio. For the desired tool geometries, necessary process parameters are evaluated and their physical limits are shown and discussed. An innovative CAM-system has been programmed to allow the manufacturing of advanced geometries using a 4-axis laser machine test bench developed by ETH Zurich. A 515 nm wavelength laser beam is capable of providing flawless tools with diameters as low as 50 µm and aspect ratios up to 6. Due to precise calibration, the tool run-out is decreased to

中文翻译：

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使用超短脉冲激光烧蚀的创新微型工具制造

摘要 随着对特征尺寸不断减小的微机电系统 (MEMS) 的需求不断增长，需要调整制造解决方案。微铣削满足对最终产品的精度和可靠性的高要求。所用工具的直径范围为 50 至 300 µm，通常通过磨削制造。然而，刀具直径的减小会导致四次方刚度的降低，并且在磨削过程中引入的载荷会导致高废品率。此外，工具设计的灵活性仅限于砂轮的属性。使用超短脉冲 (USP) 激光烧蚀可以避免微型工具制造中的这些限制。该工艺允许对多种材料进行无力 2-D 和 3-D 加工，而不会形成磨损。通过使用 USP 激光器，可以解决微米级范围内以客户为导向的广泛应用。此外，它可以在热和机械损伤最小的情况下实现精确消融。本文提供了有关由小直径和高纵横比的碳化钨制成的微型工具的制造知识。对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 可以解决微米级范围内以客户为导向的广泛应用。此外，它可以在热和机械损伤最小的情况下实现精确消融。本文提供了有关由小直径和高纵横比的碳化钨制成的微型工具的制造知识。对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 可以解决微米级范围内以客户为导向的广泛应用。此外，它可以在热和机械损伤最小的情况下实现精确消融。本文提供了有关由小直径和高纵横比的碳化钨制成的微型工具的制造知识。对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 它以最小的热和机械损伤导致精确消融。本文提供了有关由小直径和高纵横比的碳化钨制成的微型工具的制造知识。对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 它以最小的热和机械损伤导致精确消融。本文提供了有关由小直径和高纵横比的碳化钨制成的微型工具的制造知识。对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理极限。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到 对于所需的刀具几何形状，需要评估必要的工艺参数，并显示和讨论它们的物理限制。一个创新的 CAM 系统已经被编程，允许使用由苏黎世联邦理工学院开发的 4 轴激光机测试台制造先进的几何形状。515 nm 波长的激光束能够提供直径低至 50 µm、纵横比高达 6 的完美工具。 由于精确校准，工具跳动减少到