Types de machines à scies multi-fils : un guide de classification

Types de machines à scies multi-fils : comment chaque conception sert différentes industries

Qu'est-ce qu'une machine à scies multi-fils ?

La scie multifilaire est un équipement de coupe permettant de trancher une pièce en d'innombrables morceaux en une seule étape, en utilisant plusieurs fils parallèles à intervalles spécifiques, générant des tranches ou des dalles plates et uniformes.

Contrairement à un outil de scie à fil unique qui prend une coupe à la fois, la scie à fil multiple réalise plusieurs centaines, voire milliers de coupes simultanément Le rouleau de guidage du fil avec rainures usinées établit le pas du fil qui régit l'épaisseur des pièces sont introduites dans la bande de fil à un débit contrôlé.

Entre cela, il existe deux sortes distinctes de fils pour les deux principales familles de scies multifils : Abrasif libre, à base de bouillie : fil d'acier nu La coupe se fait à travers la bouillie de grains de carbure de silicium en suspension dans du PEG (Polyéthylène glycol) ; etFi×ed abrasif, fil de diamant : le granit est dans le grain fi×ed (bien qu'il soit en fait minuscule, particules de diamant synthétique) lié directement au fil, qui est responsable de la coupe.

Les deux types de lame ont leurs propres avantages uniques, en fonction du matériau à couper, du niveau de précision nécessaire et du volume de production D'autres types de lame peuvent être trouvés en dehors de ces deux catégories principales, comme les options spécialisées pour la coupe de blocs de pierre, et les machines à boucles sans fin pour les matériaux nécessitant des techniques de coupe plus extrêmes Ci-dessous nous décomposons chacun des types de lame disponibles par leur mécanisme de fonction, les spécifications et l'industrie qui les utilise (aidant les concepteurs et les acheteurs à visualiser la machine qui convient à l'application).

Scies multi-fils à base de lisier

Les scies multi fils à base de lisier (également connues sous le nom de scies à fil abrasives libres) ont été les premières machines à cheval de bataille de l'industrie des plaquettes de silicium Ces machines emploient du fil d'acier nu (généralement de 100 à 160 m de diamètre) qui est enroulé autour de rouleaux de guidage pour créer une bande de fil elle-même n'effectue aucune découpe, mais elle permet plutôt un écoulement de lisier contenant des particules abrasives SiC dans de la polyéthercétone (PEG) sur la bande de fil.

Lorsque le fil se déplace à grande vitesse, il entraîne les particules abrasives sur la surface de la pièce. Les particules abrasives effectuent ensuite le travail réel du processus d'élimination du matériau en utilisant un processus d'abrasion à trois corps.

Historiquement, les systèmes à base de boue ont été le leader du marché pour la production de cellules solaires et de tranches de semi-conducteurs Les dénombrements de fils de machines de production se situent entre 1 000 et 2 000+ par machine et un seul lingot de silicium de 300 mm peut être découpé en centaines de tranches en une seule série Les soudures se produisent à une tension de fil relativement faible (environ 20-30 N par brin) et les tranches possèdent ce qui peut être décrit comme une apparence de“ ”matte.

Cependant, la largeur de la saignée des scies à base de lisier est généralement de l'ordre de 200 m 250 m (substitut sensiblement plus large qu'un fil diamon (diamon wafer) Ceci est important car chaque wafer produit pour cela une plus grande quantité de sciure à partir de la matière première originale Blanch et al. de l'International Journal of Advanced Manufacturing Technology ont constaté que lorsque les lingots de silicium sont sciés en wafer de 200+ m, 40-50 1TP3 T du lingot de silicium original deviennent de la sciure.

À l'heure actuelle, les scies multifilaires à base de lisier sont presque entièrement remplacées par des systèmes de fils diamantés dans la fabrication de silicium monocristallin. ils sont cependant encore utilisés dans certaines applications de silicium multicristallin et pour les matériaux de sciage où l'abrasion plus douce à trois corps avec un abrasif lâche dans la lisière provoque moins de dommages dans le sous-sol que l'impact direct du diamant. L'action de meulage/retournement de l'abrasif lâche peut générer des fissures plus faibles dans certains matériaux fragiles, ce qui peut être bénéfique pour l'amincissement et le polissage ultérieurs des tranches.

Scies multifils en fil de diamant

Bien que la découpe à fil unique soit encore utilisée dans certaines industries, le sciage multi-fil à fil de diamant est la norme actuelle de l'industrie dans l'industrie des semi-conducteurs et photovoltaïques. Contrairement à l'utilisation d'abrasif lâche dans le lisier, l'abrasif solide qui est fixé au fil est constitué de particules de diamant, soit par galvanoplastie (liée au nickel), soit par liaison de résine. Avec ce long impact à deux corps (abrasif pour pièce à travailler), l'efficacité de la coupe ainsi que le gaspillage de matériau sont grandement améliorés par rapport à la base de lisier. La figure illustre comment le fil abrasif solide est conçu pour impacter directement la pièce à travailler.

Les chiffres du marché sont assez clairs Selon Statista, plus de 981TP3 T de la part de marché de fabrication de plaquettes de silicium monocristallin est maintenant desservie par la technologie de sciage par fil La taille du marché mondial du sciage par fil de diamant est évaluée à $1,08 milliards en 2024 et devrait atteindre une valeur de $2,14 milliards d'ici 2033 avec un TCAC de 8,51TP3 T en raison de la hausse du marché des cellules photovoltaïques ainsi que de l'augmentation de la demande de substrats en carbure de silicium pour l'électronique de puissance dans les véhicules électriques.

Le diamètre du fil est un paramètre important Le diamètre maximal actuel du fil de coeur délimité est à 36 m, tandis que le diamètre effectif du coeur incluant la superposition de diamant est d'environ 50-60 m, une combinaison qui aboutit à environ 55-80 m de largeur de saignée, ce qui selon les données PCME récemment publiées, permet d'économiser environ 30 1TP3 T de la masse de matière première de coupe (Procedia Manufacturing).3.Les diamètres conventionnels des fils semi-conducteurs sont généralement plus grands avec 100-350 m, ce qui entraîne des largeurs de saignée de 150-350 m [PMC [PMC 1984 (30] Compolymer Ingénierie, 30] (Proportion de Composite 30).

Sous-types : galvanisés ou liés à la résine

Fil diamant galvanisé : les particules de diamant sont galvanisées sur un fil d'âme en acier nickelé Ce type de fil est plus agressif et plus rapide puisque les particules de diamant sont plus exposées Le fil galvanisé est largement utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs où l'on souhaite une coupe rapide avec un fil de diamant lié à la résine : les particules de diamant sont liées dans une matrice de résine Il peut contenir une ou plusieurs couches de revêtements de fil lié à la résine offrent une durée de vie du fil plus lente mais beaucoup plus longue Il a connu une utilisation plus large dans les industries de traitement de la pierre.

Les utilisations des scies multifilaires à fil diamant comprennent le tranchage de tranches de silicium, le tranchage de substrat SiC, la découpe de fenêtres en saphir, le traitement du quartz et le tranchage de tranches de semi-conducteurs composées. Davantage de progrès sont réalisés car il a été prouvé que la découpe et le sciage de fils diamant assistés par UV réduisent efficacement la rugosité de surface de 4,3 à 29,71TP3 T dans différentes granularités du Kaolin par rapport au DWS conventionnel, avec la publication conjointe fournie par le National Institute of Health (NIH) et le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) dans Micromachines (2023).

Scies multi-fils pour la découpe de blocs de pierre

Les scies multi fils à blocs de pierre sont des machines industrielles robustes capables de couper des blocs entiers de granit et de marbre en dalles ou tuiles finies en une seule opération En utilisant un système de câbles de perles de diamant (chacun comprend un fil d'acier équipé de perles imprégnées de diamant espacées à intervalles réguliers) par rapport au fil de diamant à fil fin démontré par le traitement des semi-conducteurs, avec des diamètres de 6,3 à 7,3 mm Souvent, une machine de production fait fonctionner 44 fils en parallèle, mais les configurations de la machine peuvent varier de 20 à 80 selon les tailles de blocs et les épaisseurs de dalles souhaitées.

Le principe de fonctionnement reste le même : les fils parallèles sont à des distances exactement définies déplacés ensemble à travers la pièce. Cependant, les dimensions sont juste à une échelle considérablement plus grande. UN machine de coupe multi-fils pour le granit peut traiter des blocs mesurant 3,0 1,8 1,8 mètres, produisant plus de 20 dalles d'épaisseur égale à chaque passage Le débit d'alimentation est d'environ 60 cm/h en moyenne, mais varie avec la dureté du matériau : le granit nécessite des débits d'alimentation plus lents que le marbre (40-50 cm/h contre 60-80 cm/h respectivement).

Les structures de cadre sont de deux types de base : les cadres à double colonne sont plus courants et moins chers, tandis que les cadres à quatre colonnes, utilisés pour des matériaux plus durs ou pour une tolérance d'épaisseur globale plus stricte pour les dalles sur l'ensemble du bloc, peuvent être spécifiés.

Ce domaine a été rapidement développé dans un nouveau domaine : le fil diamant ultra-mince Passant du câble de cordon au fil diamant de 0,35 mm, la ligne produit des dalles d'épaisseur aussi faible que 3 mm et une saignée de seulement 0,5 mm par rapport à la saignée de 6-8 mm des lignes de câbles de cordon conventionnelles Pourquoi est-ce important ? chaque bloc gagne plus de dalles finies qui augmente le rendement de production lors de l'utilisation de la pierre naturelle de grande valeur.

La consommation électrique d'une scie à pierre multi-fils est généralement de 110 kw contre environ 160 kw pour une scie à ruban traditionnelle du même diamètre Mise en place plus rapide, épaisseur croisée constante de dalle puis multi-fil est devenu la méthode la plus populaire de la carrière au produit fini pour les gros blocs de granit et de marbre.

Scies multi-fils à boucle sans fin pour matériaux de précision

Les scies multi fils à boucle sans fin sont basées sur un type très différent de configuration de fil ; plutôt que d'enrouler le fil d'une bobine à une autre, le fil diamant est une boucle sans fin continue Cela simplifie considérablement l'inversion du fil diamant et élimine l'imperfection de surface provoquée par l'inversion du fil. Cela n'aura bien sûr d'importance que pour les extrémités de qualité de surface la plus élevée où la construction de toute la longueur de coupe est maximisée.

Le diamètre du fil du système de boucle sans fin post-traité est compris entre 0,3 et 1,0 mm avec des particules de diamant galvanisées sur la surface. Le fil peut fonctionner à une vitesse de fil linéaire de 30 à 80 mètres par seconde, ce qui est une servotension contrôlée à environ 150 à 250 N. La largeur de la kerf est d'environ 0,35 mm avec une durée de vie normale du fil allant de 30 à 100 heures en fonction de la coupe du matériau et des conditions du liquide de refroidissement.

Ceux-ci sont utilisés pour les applications de découpe de précision les plus avancées : substrats SiC pour l'électronique de puissance, fenêtres en saphir pour les applications optiques et de défense, composants en verre optique, céramiques piézoélectriques, aimants en terres rares NdFeB et semi-conducteurs composés. En raison de leur mouvement continu et unidirectionnel du fil, la qualité de la surface est prévisible et élevée, ce qui minimise ou empêche le besoin de rodage ultérieur après coupe sur certains matériaux.

Le nombre de fils sur le système de boucle sans fin est inférieur à celui similaire aux machines à bobines : de l'ordre de 1 16 fils en raison de l'exigence de tension et de guidage de chaque boucle ; cela équilibre le débit de course par lot par course, avec le précision de TTV sur l'ordre de 0,01 0,05 mm, beaucoup plus serré que la plupart des configurations de bobine à bobine.

Les exigences de haute précision de ces applications sont exactement ce que Les machines de coupe de fil en boucle de DONGHE sont conçus pour, en visant le marché des semi-conducteurs, de l'optique et de la céramique à haute résistance, des entreprises qui nécessitent exactement la même qualité de surface à chaque essai.

Comparaison des scies multi-fils : spécifications, kerf et débit

Vous trouverez ci-dessous un tableau comparant les quatre principaux types de machines à scier sur fil selon les spécifications pertinentes pour choisir une machine : diamètre du fil, largeur de la saignée, précision réalisable, nombre de fils, vitesse de coupe et matériaux principaux.

Il y a peu de conclusions à tirer de cette comparaison Le fil de lisier et de diamant offre les plus grands nombres de fils (500 -2000+), et par conséquent sont la norme pour la fabrication de plaquettes à haut débit où la sortie par passage est le KPI principal Le fil de diamant correspond ou surpasse également le débit de lisier avec un TTV plus serré, une saignée plus étroite, et a pénétré plus de 981TP3 T du marché du mono-c-silicium…autre que le volume de production il est difficile à trouver.

Les scies multi fils pour blocs fonctionnent à une échelle complètement différente : moins de fil, une saignée beaucoup plus grande et une résolution pilotée par des centièmes de millimètre, pas quelques microns Systèmes de tension constante pour le saut de dalle de pierre des centaines de fil si nécessaire dans l'ordre de livraison de finition de surface cohérente ce 10’s de fils qui peut obtenir un TTV< 0,05 mm Au final ce sont les contraintes d'application qui déterminent quelle opération est la meilleure“ aucun modèle de machine à scie multi fil unique ne convient à tous les matériaux, niveaux de précision et tailles d'ordre.

Comment choisir la bonne scie multifil pour votre application

En prenant la décision d'acheter une machine à couper plusieurs fils, posez quatre questions Chacun aide à trouver rapidement la configuration de machine la plus appropriée pour votre processus.

Cadre de décision : 4 questions

Liste de contrôle de sélection

Pour les fabricants qui coupent plusieurs matériaux ou qui découvrent plusieurs fils, accédez directement à un constructeur de machines qui peut vous aider à comprendre comment une machine peut fonctionner sur plusieurs applications avec une expérience en ingénierie d'application.

Foire aux questions

Quels sont les différents types de machines de coupe de fil ?

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4 catégories de machines de coupe de fil sur le marché aujourd'hui : scies à fil unique (utilisées pour produire des coupes finales alternatives et des profilés complexes), scies à fil multiple (pour tranchage simultané à grand volume), scies à fil à boucle sans fin (pour surfaces de haute qualité sur matériaux exigeants), et machines de DE fil (pour les métaux à conduction électrique dans le travail EDM).Les scies à fil multiple sont divisées en trois types selon le mécanisme de coupe : à base de lisier (abrasif libre), abrasif fixe (fil de diamant), et laser, plasma ou jet d'eau.

Quelle est la différence entre les scies multifilaires à lisier et à fil diamant ?

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Les scies multi fils à lisier utilisent du fil d'acier nu avec l'abrasif en carbure de silicium lui-même suspendu dans un lubrifiant à base d'eau, du polyéthylène glycol, et une saignée de 200-250 m. Scie à fil diamants utilisent des particules de diamant plutôt que du carbure de silicium collé au fil avec une saignée de seulement 55-80 m. Le fil de diamant se déplace plus rapidement et produit moins de déchets ; l'efficacité de la coupe est plus proche de 701TP3 T de la saignée.

Un liquide de refroidissement à base d'eau plus court est utilisé à la place de la suspension chimique. Plus de 981TP3 T de toutes les tranches de silicium mono sont coupées avec le procédé au fil de diamant.

Combien de fils utilise une machine à scies multi-fils ?

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Le nombre de fils dépend du type de machine. Les scies à plaquettes semi-conductrices ont 500 fils ou plus avec plus de 2 000 sont courantes, les coupeurs à blocs de pierre sont généralement utilisés sur 20 à 80 fils à la fois et les systèmes à boucles sans fin de précision peuvent avoir 1 à 16 fils.

Quels matériaux une scie multi-fils peut-elle couper ?

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Les scies multi fils effectuent des coupes sur les lingots de silicium, le carbure de silicium, le saphir, l'arséniure de gallium, le quartz, les verres optiques, les céramiques piézoélectriques, le Nd Fe B, les aimants, le granite, le marbre, le travertin et le graphite Quant au type de fil et aux dispositions de la machine, les matériaux qui seront plus faciles à manipuler pour chaque système seront différents.

Quelle épaisseur peut couper une scie multi-fils ?

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Semiconductor Les scies multi fils ont la capacité de produire des plaquettes de 100 180 m. Les scies multi fils semi-conductrices sont capables de couper des dalles de pierre d'une épaisseur de 3 mm modèles ultra minces, alors que les modèles standards ne sont capables de produire que 30+ mm.

Une scie multi-fils est-elle meilleure qu'une scie à fil unique

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Les scies à fil multiples offrent un taux de tranche plus rapide, permettant de trancher simultanément des centaines de plaquettes ou des dizaines de dalles de pierre, alors que les scies à fil unique ne produisent qu'une seule tranche à la fois Une fois de plus, l'avantage des scies à fil unique est de permettre des profils profilés complexes profilés en 3 D, des profils irréguliers et un prototypage en petits lots si nécessaire ; alors que les scies à fil multiple sont l'option habituelle pour le rythme de production, le tranchage parallèle.