Что вы делаете, если нужно просверлить отверстие? Ну конечно же, берете сверло и работаете. А что, если отверстие нужно сделать меньшего диаметра? Логика сильно не меняется - берете сверло меньшего размера и опять работаете.
Но что делать, когда вы взяли уже самое маленькое сверло, а отверстие нужно ещё меньшее? Например, нужно выполнить какое-то действие на микроуровне в сфере электроники. Опять-таки, логично, что нужно сделать тонкое сверло. Вот только где будет та граница, меньше которой сверло сделать уже не получится?
Есть одна инженерная история, которая давно превратилась в легенду. Она рассказывает про самое маленькое сверло в мире и про то, как оно стало настоящим объектом восхищения.
Легенда про сверло, которое просверлили
Легенда гласит, что некоторая американская компания создала необычайно маленькое сверло. Диаметр его получился меньше человеческого волоса. На разработку ушли годы, а компания гордилась своим достижением. Но история тут только начиналась.
Другая швейцарская компания с необозначенным названием, узнав о новом инструменте американцев, попросила прислать образец для тестирования. Американцы, гордые своим продуктом, без промедления отправили образец сверла для экспериментов. Но посылка несколько раз возвращалась обратно.
Однажды внимательные инженеры американской компании заметили, что в боковой части их микросверла было просверлено новое отверстие. Оказывается, посылка не возвращалась, а была получена в Швейцарии, сверло было просверлено ещё меньшим сверлом и отправлено американцам обратно.
Речь в легенде шла про сверло, толщиной всего лишь с человеческий волос, которое ещё раз просверлили. И похоже, что именно этот случай - всё-таки сказка. А что было в реальности? Какое самое маленькое сверло удавалось сделать инженерам?
Что можно реально купить?
Если говорить именно о традиционных и физически существующих микросверлах, то сегодня коммерчески производимые инструменты могут иметь диаметр всего около 0,02 мм (или 20 микрон) - грубо половина толщина человеческого волоса или даже меньше. Дальше соотношение нарушается.
Сегодня производители промышленно изготавливают микросверла из карбида вольфрама (с точность до ±2 μm), и размерный ряд начинается примерно от 0,020 мм и идут вплоть до 0,100 мм и больше.
Заготовку сначала точат и формируют с помощью микроскопических абразивных дисков на высокоточных станках, контролируя диаметр с точностью до нескольких микрон, затем режущие кромки полируют, а иногда наносят покрытия для увеличения износостойкости и уменьшения трения.
Результат - крайне тонкий, концентричный инструмент, способный выдерживать высокие обороты при сверлении печатных плат, ювелирных деталей или микромеханических изделий. Стоит ли говорить, что такое сверло очень дорогостоящее.
Сделать такое сверло изначально было невероятно сложно. Успеха достичь удалось только благодаря удачно подобранному сплаву, точная марка которого, само собой, не обозначается.
Для чего такие маленькие свёрла?
С помощью столь тонких инструментов делают, например, микроскопические отверстия под соединительные контакты компонентов, где каждая сотая доля миллиметра критична для работы схемы. Без этих сверл невозможно было бы создавать современные миниатюрные платы для смартфонов, ноутбуков и медицинских приборов, где требуется высокая точность и чистота отверстий.
Это означает, что такие инструменты вполне доступны и применяются для решения практических задач, но они всё ещё... толстые в масштабе лабораторных экспериментов. Есть и ещё кое-что. Преимущественно ими сверлят что-то мягкое типа меди или пластика, а вот твёрдое уже оно не осилит.
Сверлить без обычного сверла
Потому если опустить классический взгляд на сверление, то можно рассмотреть ещё один пример. Диаметры отверстий тут будут сопоставимы, зато вот материал можно сверлить куда более твёрдый. Более того, есть потенциал для уменьшения диаметра отверстия.
В 2005 году специалисты Cardiff University (Уэльс) с помощью электроэрозионной обработки смогли сделать отверстие диаметром всего 0,022 мм (22 микрона) в нержавеющей стали. Да, мы уже отметили, что были механические свёрла на 0,020 мм, но не было возможности сверлить нержавейку. Она чрезвычайно твёрдая.
Результат был достигнут не обычным сверлом, а с помощью электрических разрядов между электродом всего 6 микрон в диаметре его острия и станиной, что позволило получить вертикальные параллельные отверстия с огромной точностью. Вероятно, на таких масштабах обычный подход к сверлению действительно теряет всякий смысл.
Самая маленькая в мире дрель
Инженеры‑энтузиасты тоже вносят свой вклад. Например, Ланц Абернети из Новой Зеландии создал функционирующую миниатюрную дрель, напечатанную на 3D‑принтере, которая удерживает сверло диаметром 0,5 мм и при этом сама по себе меньше монеты.
Интересно, что человек именно из Новой Зеландии. Мне она запомнилась Бёртом Монро. Если вы смотрели "Самый быстрый Индиан", то помните, как этот человек победил в гонках на самодельном мотоцикле. Кстати, фильм прекрасный.
Абернети сначала разработал компьютерную 3D‑модель дрели в CAD‑среде, используя обычную дрель как прототип, а затем распечатал корпус и детали на своем Ultimaker 2 из пластика PLA.
После печати (процесс занял около 25–30 мин) он вставил миниатюрный мотор, микро‑плату, маленькую батарейку от слухового аппарата в корпус и собрал проводку из проводов наушников, чтобы устройство могло вращать настоящий сверло‑бит диаметром примерно 0,5 мм.
Готовая дрель получилась всего около 17 мм в высоту, 7,5 мм в ширину и 13 мм в длину, но при этом способна сверлить мягкие материалы (например, бумагу или верхний слой кожи).
И пусть он не сделал само сверло, зато показал, что с миниатюрными свёрлами можно работать, а заодно и отметил их реальное существование.
Так что в итоге?
Итак, мы пришли к выводу, что самое маленькое и реальное вращающееся сверло, которое можно взять в руки и использовать - это микросверло диаметром около 0,020–0,025 мм, изготовленное из карбида вольфрама на промышленных прецизионных станках. Эти значения обозначены как предельные.
Оно используется в электронике и ювелирном деле, но не способно сверлить очень прочные металлы вроде нержавейки.
А самое маленькое отверстие, которое когда-либо просверлили в твёрдом металле - 0,022 мм (22 микрона) в нержавеющей стали, сделанное в 2005 году инженерами Cardiff University с помощью электроэрозионной обработки (EDM). Это не сверло в привычном смысле, а технологический процесс удаления материала электрическими разрядами.
⚠️ Телеграм канал моего проекта. Заходи, подписывайся, читай интересное!