La micromeccanica, nota anche come MicroElectricalMechanical Systems (MEMS), è lo studio di strutture e sistemi ingegnerizzati a un livello più piccolo, solitamente misurato in millimetri in micron, un’unità che misura 1 1 milionesimo di metro. I principi della meccanica e dell’ingegneria cambiano man mano che gli oggetti diventano più piccoli, richiedendo che la scala venga presa in considerazione durante l’analisi e lo sviluppo di micro-dispositivi. La micromeccanica dei materiali è l’analisi dei materiali compositi a livello dei loro singoli costituenti per prevedere come reagiranno questi materiali in varie condizioni.
Il campo medico, l’industria dell’orologeria e l’industria automobilistica utilizzano comunemente applicazioni di micromeccanica. Praticamente tutti i campi che utilizzano prodotti e sistemi ingegnerizzati beneficiano della micromeccanica. Ad esempio, lo studio della micromeccanica può aiutare gli ingegneri a determinare quali materiali sono più sicuri per l’uso nelle automobili e sono più resistenti ai danni provocati dalle forze durante un incidente.
La base della micromeccanica è che man mano che gli oggetti diventano più piccoli, le forze legate al volume diventano meno significative. Il peso e l’inerzia diventano meno preoccupanti nel mondo microscopico, aprendo nuove opportunità ingegneristiche per piccoli oggetti e sistemi che sono difficili o non possibili nel mondo macroscopico. Allo stesso modo, le forze relative all’area superficiale, come l’attrito e la tensione superficiale, diventano altamente significative man mano che gli oggetti diventano più piccoli.
Le parti micromeccaniche consumano meno energia, sono generalmente meno costose e pesano meno delle loro controparti di dimensioni normali. Questi tipi di macchine possono essere fabbricati con un alto grado di precisione utilizzando tecniche speciali. Ad esempio, gli ingegneri possono utilizzare l’elettroerosione (EDM) per realizzare parti come le turbine da materiali elettricamente conduttivi.
Un’altra area di crescente interesse per la micromeccanica è l’uso del silicio per creare macchine estremamente piccole utilizzando un processo di tipo fotografico. Queste macchine vengono create già assemblate e perfettamente funzionanti. La microlavorazione della superficie del silicio utilizza un wafer di silicio come superficie del modello. Una volta che il motivo è stato inciso strato per strato sul wafer, il silicio in eccesso viene rimosso, lasciando un microcomponente funzionale. La microlavorazione in serie svolge un compito simile rimuovendo parti del wafer di silicio, lasciando una micromacchina funzionante che è già assemblata.
LIGA è un acronimo dalla parola tedesca per litografia. La tecnica LIGA utilizza la litografia a raggi X per applicare un’immagine al polimetilmetacrilato (PMMA). Il PMMA viene quindi immerso in un mezzo di incisione per rimuovere il materiale indesiderato, lasciando una micromacchina.
La micromeccanica dei materiali disomogenei prevede che i compositi, ovvero i materiali costituiti da due o più materiali differenziati, debbano essere trattati diversamente dai materiali omogenei. L’omogeneizzazione viene utilizzata per fare previsioni su come due materiali reagiranno a varie condizioni in forma composita in base alle loro qualità individuali. Ciò aiuta i microingegneri a prevedere come piccoli cambiamenti nei materiali compositi possono modificare la durata e altre proprietà dei materiali.