Tipos de máquinas de serra de fio múltiplo: um guia de classificação

Tipos de máquinas de serra de fio múltiplo: como cada projeto atende diferentes indústrias

O que é uma máquina de serra multifio?

A serra multifio é um equipamento de corte para fatiar uma peça em inúmeras peças em uma única etapa, utilizando múltiplos fios paralelos em intervalos específicos, gerando bolachas ou lajes planas e uniformes.

Em contraste com uma única ferramenta de serra de fio que leva um corte de cada vez, multi máquina de serra de fio atinge várias centenas ou mesmo milhares de cortes simultaneamente Rolo guia de fio com ranhuras usinadas estabelece o passo de fio que governa a espessura da fatia As peças de trabalho são alimentadas na teia de fio a uma taxa controlada.

Entre isso, existem dois tipos separados de fio para as duas principais famílias de serras multi-fios: Abrasivo livre, à base de pasta: fio de aço nu. O corte ocorre através da pasta de grão de carboneto de silício suspensa em PEG (polietilenoglicol); abrasivo e fiado, fio diamantado: o granito está na areia fiada (embora na verdade seja minúscula, partículas sintéticas de diamante) ligadas diretamente ao fio, que é responsável pelo corte.

Ambos os tipos de lâmina têm seus próprios benefícios únicos, dependendo do material que está sendo cortado, nível de precisão necessário e o volume de produção Outros tipos de lâmina podem ser encontrados fora dessas duas categorias principais, como opções especializadas para corte de blocos de pedra, e máquinas de laço sem fim para materiais que exigem técnicas de corte mais extremas Abaixo, dividimos cada um dos tipos de lâmina disponíveis por seu mecanismo de função, especificações e a indústria que os usa ajudando designers e compradores igualmente a visualizar qual máquina é adequada para a aplicação.

Serras de múltiplos fios à base de pasta

Serras multi fio à base de polpa (também conhecidas como serras de fio abrasivo livre) foram as primeiras máquinas de burro de carga da indústria de wafer de silício Essas máquinas empregam fio de aço nu (geralmente 100-160 m de diâmetro) que é enrolado em torno de rolos guia para criar uma teia de fio em si não realiza nenhum corte, mas em vez disso permite um fluxo de pasta contendo partículas abrasivas de SiC em polietercetona (PEG) na teia de arame.

Como o fio viaja em alta velocidade, ele arrasta as partículas abrasivas através da superfície da peça de trabalho Partículas abrasivas fazem então o trabalho real do processo de remoção de material usando um processo de abrasão de três corpos.

Historicamente, os sistemas baseados em chorume têm sido líderes de mercado para a produção de células solares e wafer semicondutor As contagens de fios da máquina de produção estão entre 1.000 a 2.000+ por máquina e um único lingote de silício de 300 mm pode ser cortado em centenas de wafers em uma única corrida As soldas ocorrem a uma tensão de fio relativamente baixa (cerca de 20-30 N por fio) e as wafers possuem o que pode ser descrito como uma aparência de “matte”.

No entanto, o kerf de serras à base de pasta está geralmente na região de 20-250 m (largura do fio) substancialmente mais larga do que um substituto do fio diamon Isto é importante porque cada wafer para isso produz uma quantidade maior de serragem a partir da matéria-prima original Blanch et al. do International Journal of Advanced Manufacturing Technology descobriu que quando lingotes de silício são serrados em wafer de 200+ m, 40-50 1TP3 T do lingote de silício original torna-se serragem.

A partir de hoje, as serras multi fio à base de pasta são quase completamente substituídas por sistemas de fio diamantado na fabricação de silício monocristalino. elas são, no entanto, ainda usadas em algumas aplicações de silício multicristalino e para serrar materiais onde a abrasão mais macia de três corpos com abrasivo solto em pasta causa menos danos no subsolo do que o impacto direto do diamante. A ação de moagem/coloração do abrasivo solto pode gerar profundidades de fissuras mais baixas em alguns materiais frágeis e isso pode ser benéfico para subsequente desbaste e polimento do wafer.

Arame diamante Multi Wire Serras

Embora o corte de fio único ainda seja usado em algumas indústrias, a serragem de fio de diamante multi fio é o padrão atual da indústria na indústria de semicondutores e fotovoltaica Diferente do uso de abrasivo solto em pasta, o abrasivo sólido que é anexado ao fio são partículas de diamante, seja através de galvanoplastia (ligado a níquel) ou através de ligação de resina Com este longo impacto de dois corpos (abrasivo para a peça de trabalho), a eficiência de corte, bem como o desperdício de material é muito melhorada em comparação com a base de pasta A figura ilustra como o fio abrasivo sólido é feito Cada fio é projetado para impactar diretamente na peça de trabalho.

Os números de mercado são bastante claros De acordo com Statista, mais de 981TP3 T da quota de mercado de fabricação de wafer de silício monocristalino é agora servido pela tecnologia de serragem de fio O tamanho global do mercado de serragem de fio de diamante está avaliado em $1,08 bilhões em 2024 e espera-se que atinja um valor de $2,14 bilhões até 2033 com um CAGR de 8,51TP3 T devido ao crescente mercado de células fotovoltaicas, bem como ao aumento da demanda por substratos de carboneto de silício para eletrônica de potência em veículos elétricos.

O diâmetro do fio é um parâmetro importante O diâmetro máximo demarcado atual do fio do núcleo está em 36 m, quando o diâmetro efetivo do núcleo que inclui a sobreposição do diamante for em torno de 50-60 m, uma combinação que resulte em ao redor 55-80 m da largura do kerf, que de acordo com os dados recentemente publicados de PCME, salvar aproximadamente 30 1TP3 T da massa da matéria prima do corte (Fabricação dos Procedimentos).3. os diâmetros convencionais do fio do semicondutor forem geralmente maiores com 100-350 m, que resulta em larguras do kerf de 150-350 m [PMC 184 (198), 201]. As economias são proporcionalmente proporcionais. (Polymer Material & Composite Engineering (PMC), Volume 107, 2006)

Subtipos: galvanizados versus ligados por resina

Fio de diamante galvanizado: partículas de diamante são galvanizadas em um fio de núcleo de aço niquelado Este tipo de fio é mais agressivo e mais rápido, uma vez que as partículas de diamante estão mais expostas O fio galvanizado é amplamente utilizado na indústria de semicondutores, onde um corte rápido com kerf uniforme é desejado Fio de diamante ligado à resina: as partículas de diamante são ligadas em uma matriz de resina Pode conter uma ou mais camadas de revestimentos de diamante O fio ligado à resina proporciona uma vida útil do fio mais lenta, mas muito mais longa, Ele tem visto um uso mais amplo nas indústrias de processamento de pedra.

Os usos de serras de fio de diamante multi fio incluem fatiamento de wafer de silício, fatiamento de substrato de SiC, corte de janela de safira, processamento de quartzo e fatiamento de wafer semicondutor composto Mais progresso está sendo feito à medida que o corte e a serragem de fio de diamante assistido por UV comprovaram reduzir efetivamente a rugosidade da superfície em 4,3-29,71TP3 T em granularidades variadas de caulim em comparação com o DWS convencional, com a publicação conjunta fornecida pelo Instituto Nacional de Saúde (NIH) e pelo Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) em Micromáquinas (2023).

Serras Multi Fio para Corte de Blocos de Pedra

As serras de vários fios de blocos de pedra são máquinas industriais pesadas capazes de cortar blocos inteiros de granito e mármore em lajes ou telhas acabadas em uma única operação Usando um sistema de cabos de contas de diamante (cada um compreende um fio de aço equipado com contas impregnadas de diamante espaçadas em intervalos regulares) em comparação com o fio de diamante de fio fino demonstrado pelo processamento de semicondutores, com diâmetros de 6,3-7,3 mm Muitas vezes, uma máquina de produção executa 44 fios em paralelo, mas as configurações da máquina podem variar de 20 a 80, dependendo dos tamanhos dos blocos e das espessuras desejadas da laje.

O princípio de funcionamento permanece o mesmo: os fios paralelos estão em distâncias definidas exatamente movidas através da peça de trabalho junto Contudo, as dimensões são apenas em uma escala consideravelmente maior A máquina corte multi fio para o granito pode processar blocos medindo 3,0 1,8 1,8 metros, produzindo 20+ lajes de espessura igual em cada passagem A taxa de alimentação é de aproximadamente 60 cm/h em média, mas varia com a dureza do material: o granito requer taxas de alimentação mais lentas do que o mármore (40-50 cm/h versus 60-80 cm/h, respectivamente).

As estruturas de estrutura são de dois tipos básicos: as estruturas de coluna dupla são mais comuns e mais baratas, enquanto as estruturas de quatro colunas, usadas para materiais mais duros ou uma tolerância geral mais estreita à espessura para lajes em todo o bloco, podem ser especificadas.

Esta área foi rapidamente desenvolvida em um novo campo: o fio de diamante ultrafino Mudando de cabo de talão para fio de diamante de 0,35 mm, a linha produz lajes com tão baixa quanto 3 mm de espessura e um kerf de apenas 0,5 mm em comparação com o kerf de 6-8 mm de linhas de cabo de talão convencionais Por que isso importa? cada bloco ganha lajes mais acabadas o que aumenta o rendimento da produção ao usar a pedra natural de alto valor.

O consumo de energia de uma serra de pedra de arame múltiplo é tipicamente 110 kw em comparação com cerca de 160 k k para uma gangsaw tradicional do mesmo diâmetro Configuração mais rápida, espessura cruzada constante slab então um multi fio tornou-se o método mais popular de pedreira para produto acabado para grandes blocos de granito e mármore.

Serras de múltiplos fios de laço sem fim para materiais de precisão

Serras de fio multi laço sem fim são baseadas em um tipo muito diferente de configuração de fio; em vez de enrolar o fio de um carretel para outro, o fio de diamante é um laço sem fim contínuo Isso simplifica drasticamente a reversão do fio de diamante e elimina a imperfeição da superfície causada pela reversão do fio Isso naturalmente importará apenas para os finais de maior qualidade de superfície, onde a construção do comprimento total de corte é maximizada.

O diâmetro do fio do sistema de laço sem fim pós-processado está entre 0,3 a 1,0 mm com partículas de diamante galvanizadas na superfície O fio pode operar a 30-80 metros por segundo de velocidade linear do fio, que é o servotensionamento controlado a cerca de 150-250 N. A largura do Kerf é de cerca de 0,35 mm com vida útil normal do fio durando de 30 a 100 horas, dependendo do corte do material e das condições do refrigerante.

Estes são usados para as aplicações de corte de precisão mais avançadas: substratos de SiC para eletrônica de potência, janelas de safira para aplicações ópticas e de defesa, componentes ópticos de vidro, cerâmica piezoelétrica, ímãs de terras raras NdFeB e semicondutores compostos Devido ao seu movimento contínuo e unidirecional do fio, a qualidade da superfície é previsível e alta, o que minimiza ou impede a necessidade de posterior lapidação pós-corte em alguns materiais.

A contagem de fios no sistema de loop sem fim é menor do que o carretel semelhante ao carretel (a ordem de 1 1 fios devido ao requisito de tensão e guia cada loop para equilibrar a produção do lote por execução, com a precisão do TTV na ordem de 0,01 0,05 mm, muito mais do que a maioria das configurações de carretel para carretel.

Os requisitos de alta precisão dessas aplicações são exatamente o que Máquinas de corte de fios em laço da DONGHE são construídos para, visando o mercado de Semicondutores, Óptica e Cerâmica de Alta Resistência, empresas que exigem exatamente a mesma qualidade de superfície em todas as corridas.

Comparação de serra multifio: especificações, Kerf e rendimento

Abaixo está uma tabela comparando os quatro principais tipos de máquinas de serra de arame nas especificações relevantes para a escolha de uma máquina: diâmetro do arame, largura do corte, precisão alcançável, número de arames, velocidade de corte e os principais materiais.

Há poucas conclusões a serem derivadas desta comparação A pasta e o fio diamantado oferecem os maiores números de fio (500 -2000+) e, portanto, são a norma para a fabricação de wafer de alto rendimento, onde a produção por execução é o KPI principal O fio diamantado também corresponde ou supera a taxa de transferência de lama com um TTV mais apertado, kerf mais estreito e penetrou mais de 981TP3 T do mercado mono-c-silício…além do volume de produção que é difícil encontrar.

Serras de fio múltiplo para blocos de pedra operam em uma escala completamente diferente: menos fio, kerf muito maior e resolução acionada por centésimos de milímetro, não um par de mícrons Sistemas de tensão constante para laje de pedra pulam centenas de fios se necessário em ordem para fornecer acabamento superficial consistente (está em um nicho especializado para 10’s de fios que podem obter um TTV< 0,05 mm No final são as restrições de aplicação que determinam qual operação é “best” nenhum projeto de máquina de serra de fio multi único é adequado para todos os materiais, níveis de precisão e tamanhos de ordem.

Como escolher a serra multifio certa para sua aplicação

Ao tomar a decisão de comprar uma máquina de corte multi fio, faça quatro perguntas Cada um ajuda a encontrar rapidamente a configuração de máquina mais adequada para o seu processo.

Quadro de Decisão: 4 Perguntas

Seleção Checklist

Para fabricantes que cortam vários materiais ou são novos em vários fios, vá diretamente para um construtor de máquinas que pode ajudá-lo a entender como uma máquina pode funcionar em diversas aplicações com experiência em engenharia de aplicações.

Perguntas frequentes

Quais são os diferentes tipos de máquinas de corte de arame?

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4 categorias de máquinas de corte de fio no mercado hoje: serras de fio único (usadas para produzir cortes finais alternativos e perfis complexos), serras de fio múltiplo (para fatiamento simultâneo de alto volume), serras de fio de laço sem fim (para superfícies de alta qualidade em materiais exigentes) e máquinas de fio ED (para metais de condução elétrica em trabalhos de EDM).As serras de fio múltiplo são divididas em três tipos, dependendo do mecanismo de corte: à base de pasta (abrasivo livre), abrasivo fixo (fio de diamante) e laser, plasma ou jato de água.

Qual é a diferença entre as serras de fio múltiplo de polpa e fio diamantado?

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As serras de fio múltiplo de polpa usam fio de aço nu com o próprio abrasivo de carboneto de silício suspenso em um lubrificante à base de água, polietilenoglicol e um kerf de 200-250 m. Serra fio diamantes usam partículas de diamante em vez de carboneto de silício colado ao fio com um kerf de apenas 55-80 m. O fio de diamante se move mais rápido e produz menos desperdício; a eficiência do corte está mais próxima de 701TP3 T do kerf.

Um refrigerante à base de água mais curto é usado em vez de pasta química Deslizando sobre 981TP3 T de todas as bolachas de silício mono são cortadas com o processo de fio de diamante.

Quantos fios uma máquina de serra de fio múltiplo usa?

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A contagem de fios depende do tipo de máquina. As serras wafer semicondutoras têm 500 ou mais fios com mais de 2.000 é comum, os cortadores de blocos de pedra geralmente usados em 20 a 80 fios por vez e os sistemas de loop sem fim de precisão podem ter de 1 a 16 fios.

Que materiais uma serra de fio múltiplo pode cortar?

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As serras de fio múltiplo executam cortes em lingotes de silício, carboneto de silício, safira, arsenieto de gálio, quartzo, vidros ópticos, cerâmica piezoelétrica, Nd Fe B, ímãs, granito, mármore, travertino e grafite Quanto ao tipo de fio e arranjos de máquina os materiais que serão mais fáceis de manusear para cada sistema serão diferentes.

Quão espessa pode ser cortada uma serra de fio múltiplo?

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As serras de fio Multi semicondutoras têm a capacidade de produzir wafers de 100 180 m. As serras de fio multi semicondutoras são capazes de cortar lajes de pedra a partir de uma espessura de modelos ultra finos de 3 mm, enquanto os modelos padrão são capazes apenas de produzir 30 + mm.

Uma serra de fio múltiplo é melhor do que uma única serra de fio?

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As serras múltiplas do fio fornecem uma taxa de corte mais rápida, permitindo que centenas de bolachas ou dezenas de lajes de pedra sejam fatiadas simultaneamente, visto que as serras simples do fio produzem apenas uma única fatia de cada vez Mais uma vez a vantagem de serras simples do fio está em permitir perfis contornados complexos 3 D, perfis irregulares e prototipagem do lote pequeno se necessário; visto que as serras do fio do multi são a opção usual para o ritmo de produção, fatiamento paralelo.