Farklı İmalat Yöntemleri İle Elde Edilen Mikrokanalların Metrolojik Karakterizasyonu
Metrological Characterization of Microchannels Obtained by Different Fabrication Methods
Yazar: Ateş, İbrahim; Manay, Eyüphan; Şahin, Bayram
Dergi: Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 11 No. 2, 2020
Anahtar kelimeler: Mechanical Engineering ; Makine Mühendisliği ; Microfabrication methods,microchannel,surface characterization ; Mikro imalat yöntemleri,mikrokanal,yüzey karakterizasyonu

Mikro imalat teknolojilerindeki gelişmeler yüksek hassasiyetli, düşük maliyetli ve yüksek performansa sahip mikro sistemlerin imalatın olanaklı hale getirmiştir. Mikrokanallar, mikro sistemlerin temel bileşenlerinden biri olarak mikroelektromekanik, kimyasal ve biyolojik cihazlar gibi mikro ve nano akışkan uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikrokanalların malzemesine, boyutsal imalat hassasiyetine, yüzey yapısına, istenen mekanik ve termal özelliklerine bağlı olarak çeşitli mikro imalat yöntemleri geliştirilmiştir. Genel olarak, bu imalat yöntemlerinin hassas mekanik imalat, silikon temelli imalat ve polimer işleme teknolojilerine dayandığı söylenebilir. Ancak, mikro ölçekli imalatlarda istenen hassasiyet ve kaliteye ulaşabilmek için bu imalat tekniklerinde birtakım değişiklikler yapmak gerekir. Çoğu imalat yönteminde aynı prosesi kullanarak hem makro hem de mikro ölçekte istenen özelliklerde ürün elde etmek mümkün değildir. Bu çalışmada, farklı ısı transferi ve akış prosesinde kullanılmak üzere farklı imalat metotları ile elde edilen mikrokanallı ısı alıcıların boyut ve yüzey karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Mikrokanallı ısı alıcılar, litografi, hassas mekanik işleme, lazer tabanlı imalat yöntemleri, elektroerozyonla işleme yöntemleri kullanılarak üretilmişlerdir. Elde edilen mikrokanalların metrolojik işlemleri optik mikroskop ve optik profilometre ile yapılmıştır. İmalat yöntemleri, her bir mikrokanal için aynı imalat toleransının yakalanabilmesi, mikrokanalların dikdörtgen kesitli profile sahip olması, mikrokanal tabanında radyüs oluşumu, yüzey pürüzlülük değerinin kontrol edilebilmesi ve yüzeyin homojen bir pürüzlülük dağılımına sahip olması açısından değerlendirilmiştir. Bu kriterleri en iyi sağlayan yöntemin dalma elektroerozyonla üretilen mikrokanallı ısı alıcılar olduğu görülmüştür.

Advances in microfabrication technologies have enabled the production of high precision, low cost and high performance micro systems. Microchannels are widely used in microfluidic and nanofluidic applications, such as microelectromechanical, chemical and biological devices, as one of the basic components of micro systems. Various microfabrication methods have been developed depending on the material of microchannels, dimensional accuracy, surface structure, desired mechanical and thermal properties. In general, it can be said that these production methods are based on precision mechanical manufacturing, silicon-based fabrication and polymer processing technologies. However, in order to achieve the desired precision and quality in micro-scale productions, it is necessary to make some changes in these manufacturing techniques. It is not possible to obtain products with the desired properties in both macro and micro scale by using the same process in most fabrication methods. In this study, the size and surface characteristics of microchannel heat sinks obtained with different manufacturing techniques for use in heat transfer and flow process were compared. Microchannel heat sinks are manufactured using lithography, precision mechanical processing, laser-based production methods, electro-erosion processing methods. Metrological characterization of the microchannels obtained were made with an optical microscope and an optical profilometer. The microfabrication methods used have been evaluated in terms of achieving the same production tolerance for each microchannel, having micro-channels rectangular profile, radius formation at the microchannel base, controlling the surface roughness value and having a homogeneous roughness distribution of the surface. It has been observed that the method that best meets these criteria is microchannel heat sinks manufactured by sinking electro-erosion technique.