引起极度舒适的小方块爆红网络,它是怎么造出来的?

作者: 美图君

来源: 把科学带回家

发布日期: 2019-09-21

本文介绍了北京精雕集团制造的精密金属块如何通过电火花加工技术在网络上爆红,并详细解释了电火花加工的原理和过程,以及范德华力在精密测量工具中的应用。

这段时间,北京精雕集团制造的金属块在国内外爆红,在脸书上得到上千万次播放,在微博上也得到了近百万次播放。网友看后纷纷表示引起了极度舒适。

而制作这类精密金属部件的一个方法,就是电火花加工(EDM)。电火花加工技术能够在金属上切割出比头发丝还细的细节,而这是传统方法做不到的。电火花加工也有很多门类。其中的线切割电火花加工(Wire EDM)并不用刀子切割金属,而是用带电的极细导线来雕刻金属。

线切割电火花加工这根导线贯穿了金属,但和金属并不直接接触,两者相当于2个电极。金属和导线之间会产生8千-1.2万摄氏度的电火花,电火花可以熔化掉直径仅为几微米的金属颗粒,从而精细雕刻出无与伦比的细节。

当然,除了电火花加工,雕刻非凡的细节还可以用上多轴加工技术(可以在4个及以上的方向上移动的金属加工工具)等等。实际上,如果精雕技术登峰造极,就会出现一个神奇的现象。

@Young Solutions. Inc. 这是一种精密测量工具——块规的使用过程。块规是在1896年由瑞典科学家 Carl Edvard Johansson 发明的。利用一套块规,测量的精度可以达到0.001毫米。千分尺、正弦规一类的测量工具就需要用块规来校准。

这个块规有意思的地方在于它的使用过程。

实际上,在使用块规的时候,是用扭合(wiring)的方式让不同的块规紧密结合的(之前的那个动图就是扭合)。这个过程既没有用黏糊糊的胶水(但有时会用一点水),也没有用任何辅助工具。过去的几百年来,大家都想知道扭合的原理是什么,有人猜测是大气压。但实际上,让两片金属结合在一起的,就是中学的知识点——范德华力。而范德华力本身和量子力学有关。

范德华力指的是,在任何时候,由于电子存在涨落,因此总存在偶极,也就是说分子总是有一个地方带更多的正电荷,另一个地方带更多的负电荷,因此能够相互吸引。但是,只有非常光滑的表面才能利用范德华力贴合。因为范德华力很微弱,只在非常近的距离才发生作用,因此如果表面不平整,那么两个表面就无法靠得很近,范德华力就没有用了。

半导体行业所依赖的晶圆片键合(wafer bonding)就基于范德华力的原理。

当然,如果晶圆片不够平整,就不能进行这步操作了。北京精雕演示的产品就可以做到这一点。最后再来欣赏一组令人舒适的金属精雕作品吧。△ 这是武田金型製作所制造的 Magic Metal。上面的金属汉字和背景不是用同一块金属切割的,但是汉字和金属之间的距离只有3/1000毫米。Magic Metal 目前陈列在伦敦的日本文化之家(Japan House)里。△ 武田金型製作所制作的另一套汉字金属活动浮雕。

△ 武田金型製作所金属活动浮雕 @Dieter Stahlwerx。△ 这是日本的 Hakkai Inc 公司使用电火花加工技术制作的金属块。△ 这也是日本的 Hakkai Inc 公司制作的精雕金属块。如何科学地夸人皮肤光滑细腻:脸贴到玻璃上,然后被范德华力吸住了。

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