Dalle fabbriche di semiconduttori alle macchine di misura a coordinate (CMM): perché le basi in granito stanno diventando indispensabili nella produzione ad alta tecnologia.

Se qualche decennio fa aveste aperto una macchina di misura a coordinate, uno strumento per la saldatura di fili o un sistema di ispezione di wafer, avreste probabilmente trovato una base in ghisa o acciaio saldato. Oggi, aprendo apparecchiature della stessa categoria, è molto probabile che la base strutturale sia in granito. Questo cambiamento non è stato puramente estetico, ma è la diretta conseguenza delle reali esigenze delle moderne apparecchiature di precisione in termini di struttura di base.

Il problema con cui le basi metalliche hanno difficoltà

La ghisa e l'acciaio sono materiali resistenti, ma non sono insensibili alle variazioni di temperatura. Le basi metalliche si espandono e si contraggono in modo significativo con il calore, trattengono tensioni interne residue derivanti dalla fusione o dalla saldatura che possono rilasciarsi lentamente nel corso degli anni (causando una graduale deformazione) e trasmettono le vibrazioni in modo relativamente efficiente: nessuna di queste caratteristiche è ideale quando l'apparecchiatura posizionata sopra la base deve mantenere una precisione di posizionamento a livello di micron o nanometri.

Il granito, al contrario, è dimensionalmente stabile una volta estratto, ha un basso coefficiente di dilatazione termica, non presenta tensioni interne di fusione da dissipare nel tempo e possiede naturali proprietà di smorzamento delle vibrazioni grazie alla sua struttura cristallina. Per le apparecchiature in cui la deriva di posizione si traduce direttamente in errore di misurazione o in un output difettoso, queste proprietà contano più della semplice resistenza.

Dove le basi in granito sono ormai comuni

L'elenco delle categorie di attrezzature che utilizzanobasi in granitoè cresciuta notevolmente:

• Apparecchiature per la lavorazione e l'ispezione di semiconduttori, dove il posizionamento del campione a livello nanometrico è la norma.
• Macchine di misura a coordinate (CMM) e sistemi di misura ottici/video, dove la planarità della base limita direttamente la precisione di misura raggiungibile.
• Macchine per la foratura e la formatura di fori per PCB, che richiedono un posizionamento costante per migliaia di cicli ripetuti
• Sistemi laser a femtosecondi e picosecondi, in cui la stabilità del percorso del fascio dipende dal fatto che la base non si sposti sotto carico termico.
• Stadi a motore lineare e tavole XY utilizzati nelle linee automatizzate di assemblaggio e ispezione
• Sistemi di ispezione industriale a tomografia computerizzata e raggi X, in cui la risoluzione dell'immagine dipende dalla stabilità meccanica durante i cicli di scansione.
• Apparecchiature per l'ispezione di batterie e componenti per le nuove energie, un'applicazione in rapida crescita con l'aumento della produzione di veicoli elettrici e batterie.

Strumenti di misurazione del granito come categoria a sé stante

Oltre alle basi strutturali, il granito è il materiale predominante anche per gli strumenti di misura di precisione – piani di riscontro, righelli, squadre, blocchi a V e paralleli – utilizzati per calibrare e verificare altre apparecchiature. Un piano di riscontro in granito utilizzato come riferimento metrologico richiede in genere una tolleranza di planarità più ristretta rispetto a una base in granito utilizzata a scopo strutturale, poiché il piano stesso diventa lo standard di precisione rispetto al quale vengono controllati gli altri componenti.

Cosa significa questo per gli acquirenti di attrezzature

Per le aziende che specificano nuove apparecchiature di precisione o che sostituiscono sistemi obsoleti basati su metallo, la conseguenza pratica è che una base in granito non rappresenta più un optional di lusso: in molte categorie di applicazioni, è diventata quasi uno standard. Il fattore che distingue i fornitori non è tanto la scelta del materiale, quanto piuttosto la scala di produzione (il fornitore è in grado di lavorare componenti monoblocco di grandi dimensioni senza giunzioni indesiderate?) e il controllo qualità (le dichiarazioni di planarità e stabilità possono essere supportate da dati di calibrazione tracciabili?). I produttori che utilizzano linee di lavorazione del granito ad alto tonnellaggio e apparecchiature di rettifica di grande formato, in grado di gestire componenti singoli dell'ordine di decine di tonnellate e diversi metri di lunghezza, sono generalmente in una posizione migliore per fornire il tipo di basi in granito di grandi dimensioni e prive di giunzioni che le apparecchiature per semiconduttori e di ispezione ad alta produttività richiedono sempre più spesso.