يلعب اختيار مادة الأساس دورًا حاسمًا في بناء وحدات الحركة فائقة الدقة. قواعد الجرانيت الدقيقة وقواعد الصب المعدني، كخيارين رئيسيين، تتميز كل منهما بخصائص مميزة تختلف اختلافًا كبيرًا من حيث الثبات، والحفاظ على الدقة، والمتانة، والتكلفة.
الاستقرار: التكثيف الطبيعي مقابل المركبات الاصطناعية
بعد ملايين السنين من التحولات الجيولوجية، يُشكّل الجرانيت بنيةً كثيفةً ومتجانسةً للغاية من خلال الترابط الطبيعي بين الكوارتز والفلسبار ومعادن أخرى. في البيئات الصناعية حيث تُولّد المعدات الكبيرة اهتزازاتٍ قوية، يُخفّف التركيب البلوري المُعقّد للجرانيت هذه الاضطرابات بفعالية، مُخفّضًا سعة الاهتزازات المُنتقلة إلى وحدات الحركة فائقة الدقة العائمة في الهواء بأكثر من 80%. هذا يضمن سلاسة التشغيل أثناء مهام المعالجة أو الفحص عالية الدقة، مثل التنميط الدقيق للرقائق الإلكترونية في عمليات الطباعة الضوئية.
تُصنع قواعد الصب المعدنية من جزيئات معدنية ممزوجة بمواد رابطة متخصصة، مما ينتج عنه بنية داخلية متجانسة ذات خصائص امتصاص اهتزازات جيدة. ورغم أنها توفر امتصاصًا فعالًا للاهتزازات العامة، وتُهيئ بيئة عمل مستقرة لوحدات الحركة فائقة الدقة العائمة في الهواء، إلا أن أداءها في ظل الاهتزازات المستمرة عالية الشدة يكون أدنى قليلاً من أداء قواعد الجرانيت. وقد يُسبب هذا القيد بعض الأخطاء الطفيفة في التطبيقات عالية الدقة.
الاحتفاظ بالدقة: التمدد المنخفض الطبيعي مقابل الانكماش المتحكم فيه
يشتهر الجرانيت بمعامل تمدده الحراري المنخفض للغاية (عادةً ما يتراوح بين 5 و7 × 10⁻⁶/°م). حتى في البيئات ذات التقلبات الحرارية الكبيرة، تُظهر قواعد الجرانيت الدقيقة تغيرات طفيفة في الأبعاد. على سبيل المثال، في التطبيقات الفلكية، تضمن وحدات الحركة فائقة الدقة العائمة في الهواء، المصنوعة من الجرانيت، دقةً في تحديد موضع العدسات دون مستوى الميكرون للتلسكوبات، مما يُمكّن علماء الفلك من التقاط تفاصيل دقيقة للأجرام السماوية البعيدة.
يمكن صياغة مواد الصب المعدنية لتحسين خصائص التمدد الحراري والتحكم فيها، محققةً معاملات تمدد مماثلة لمعاملات الجرانيت أو حتى أقل منها. هذا يجعلها مناسبة لأجهزة القياس عالية الدقة والحساسة للحرارة. مع ذلك، يبقى استقرار دقتها على المدى الطويل رهن التحقق بسبب عوامل مثل شيخوخة المادة الرابطة، والتي قد تؤدي إلى انخفاض الأداء مع الاستخدام لفترات طويلة.
المتانة: صلابة عالية للحجر الطبيعي مقارنة بالمركبات المقاومة للتعب
تتميز صلابة الجرانيت العالية (على مقياس موس: 6-7) بمقاومة ممتازة للتآكل. في مختبرات علوم المواد، تقاوم قواعد الجرانيت المستخدمة بكثرة في وحدات الحركة فائقة الدقة العائمة في الهواء الاحتكاك المطول الناتج عن الانزلاقات، مما يطيل دورات الصيانة بأكثر من 50% مقارنةً بالقواعد التقليدية. على الرغم من هذه الميزة، فإن هشاشة الجرانيت تُشكل خطر الكسر عند الاصطدام العرضي.
تتميز قواعد الصب المعدنية بخصائص فائقة في مقاومة التعب، مما يحافظ على سلامة هيكلها أثناء الحركات الترددية عالية التردد المطولة لوحدات التعويم الهوائية فائقة الدقة. كما تتميز بمقاومتها للتآكل الكيميائي الخفيف، مما يعزز متانتها في البيئات قليلة التآكل. ومع ذلك، في الظروف القاسية كالرطوبة العالية، قد يتحلل الرابط داخل قواعد الصب المعدنية، مما يؤثر سلبًا على متانتها الإجمالية.
تكلفة التصنيع وصعوبة المعالجة**: تحديات استخراج الحجر الطبيعي مقابل عمليات الصب الاصطناعي
يتطلب استخراج الجرانيت ونقله لوجستيات معقدة، بينما تتطلب معالجته معدات وتقنيات متطورة. ونظرًا لصلابته العالية وهشاشته، غالبًا ما تؤدي عمليات مثل القطع والطحن والتلميع إلى ارتفاع معدلات الخردة، مما يرفع تكاليف التصنيع.
في المقابل، يتطلب إنتاج قواعد الصب المعدنية قوالب وعمليات محددة. ورغم أن تطوير القالب في البداية يتطلب تكاليف باهظة، إلا أن الإنتاج الضخم اللاحق يصبح مربحًا اقتصاديًا بمجرد تثبيت القالب.
وقت النشر: ٨ أبريل ٢٠٢٥