Os projetos de estágios lineares podem variar de pórticos de longo curso e alta carga até estágios de microposicionamento e nanoposicionamento com cargas úteis leves. Embora todos os estágios lineares sejam projetados e construídos para fornecer alta precisão e repetibilidade de posicionamento e para minimizar erros angulares e planares, os estágios para aplicações de microposicionamento e nanoposicionamento requerem considerações adicionais na seleção e projeto de componentes para obter esses movimentos muito pequenos e precisos.

Microposicionamento refere-se a aplicações onde os movimentos são tão pequenos quanto um mícron ou micrômetro. (Um mícron equivale a um milionésimo de metro, ou 1,0 x 10-6 m.)
Nanoposicionamento refere-se a aplicações onde os movimentos são tão pequenos quanto um nanômetro. (Um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro, ou 1 x 10-9 m.)

Para alcançar o posicionamento na faixa de mícrons ou nanômetros, um dos principais princípios de design é eliminar o máximo de atrito possível. É por isso que os estágios de nanoposicionamento utilizam exclusivamente tecnologias de acionamento e orientação sem contato. Por exemplo, a força motriz para um nanoposicionador é normalmente fornecida por um motor linear, atuador piezoelétrico ou motor de bobina de voz. Por outro lado, o microposicionamento muitas vezes pode ser alcançado com transmissões mecânicas mais tradicionais, como fusos de esfera e de avanço, embora motores lineares também sejam algumas vezes usados ​​para aplicações de microposicionamento.

As tecnologias de guia sem atrito usadas para nanoposicionamento incluem rolamentos pneumáticos, guias magnéticos e flexões. Como essas tecnologias não envolvem contato rolante ou deslizante, elas também evitam a folga e a complacência que degradam a precisão do posicionamento nas transmissões mecânicas tradicionais. Para estágios de microposicionamento, as guias lineares não recirculantes são normalmente a melhor escolha, uma vez que não sofrem pulsações e níveis variados de atrito das esferas que entram e saem da zona de carga. No entanto, algumas guias lineares recirculantes de alta precisão foram otimizadas para reduzir essas pulsações e variações de atrito, tornando-as adequadas para aplicações de microposicionamento — particularmente aquelas com comprimentos totais de curso mais longos.

Além do atrito e da folga, outros efeitos, como histerese e fluência, podem interferir na capacidade do sistema de se posicionar no nível de mícron ou nanômetro. Para lidar com esses efeitos, os estágios de microposicionamento e nanoposicionamento são normalmente operados em um sistema de circuito fechado usando um dispositivo de feedback de posição que possui uma resolução muito maior do que a precisão de posicionamento necessária. Isso geralmente significa resolução de um mícron (ou melhor) para aplicações de microposicionamento e resolução de nanômetro único para requisitos de nanoposicionamento.

As tecnologias que podem fornecer essas resoluções extremamente altas incluem codificadores ópticos em escala de vidro, sensores capacitivos e codificadores baseados em interferômetro. No entanto, como os estágios de nanoposicionamento são normalmente dispositivos muito pequenos, os codificadores capacitivos – que podem ser construídos em um espaço muito pequeno – são normalmente a melhor opção. Para estágios de microposicionamento, às vezes também são usados ​​codificadores magnéticos de alta resolução – especialmente quando o ambiente envolve temperaturas flutuantes ou alta umidade.

Apesar de seu design e construção especiais, os estágios de microposicionamento e nanoposicionamento são relativamente fáceis de personalizar – especialmente em termos de materiais, acabamentos e preparações especiais – e aplicar em aplicações exclusivas. Caso em questão: Os estágios construídos com componentes livres de atrito são normalmente adequados para aplicações em salas limpas e vácuo, uma vez que não criam partículas devido ao atrito de rolamento ou deslizamento e não requerem lubrificação. E se for necessária uma versão não magnética, os componentes de aço padrão podem ser facilmente substituídos por alternativas não magnéticas, sem preocupações quanto à capacidade de carga reduzida. Em muitas aplicações onde são usados ​​estágios de microposicionamento e nanoposicionamento, o projeto da máquina inclui recursos como mecanismos de amortecimento que podem neutralizar até mesmo as menores vibrações e algoritmos de controle avançados para compensar distúrbios.