Photochemische Bearbeitung:Einführung, Geschichte, Arbeitsprinzip, Anwendungen, Vorteile

Hallo, hoffe es geht dir gut. In diesem Artikel werden wir diskutieren, was Photochemische Bearbeitung ist ? im Detail. Zuerst sehen wir die Einführung, ein bisschen Geschichte, Schritt für Schritt arbeiten, Vorteile, Nachteile und Anwendung im Detail.

Beginnen wir zuerst mit der Einführung,

Photochemische Bearbeitung Einführung:

Die photochemische Bearbeitung spielt im Bereich der Fertigung eine dominierende Rolle. Dieser Prozess ist die höhere Auflösung des chemischen Bearbeitungsprozesses.

Mit einfachen Worten, das Ersetzen eines beliebigen Maskierungsmittels durch Fotolackmaterial im chemischen Bearbeitungsprozess verwandelt den Prozess in eine fotochemische Bearbeitung.

Das Fotolackmaterial wird vor dem chemischen Ätzen zur UV-Belichtung verwendet, um komplexe Geometrien auf Blechbauteilen herzustellen.

Dieser Prozess wird auch als „Fotochemisches Fräsen“ oder „Fotoätzen“ bezeichnet. Die nach diesem Verfahren hergestellten Gebilde sind spannungsfrei und rissfrei.

Dieses Verfahren wird aufgrund seiner engen Maßtoleranzen häufig für das Prototyping verwendet.

Geschichte der photochemischen Bearbeitung:

Die Entwicklung der photochemischen Bearbeitung begann im Jahr 1782, als John Senebier bemerkte, dass nur wenige Harze ihre Löslichkeit für Terpentin verloren und unter Sonnenlicht aushärteten.

Die Experimente begannen von da an bis 1940. Schließlich wurde ein Bearbeitungsverfahren mit dem Namen Photochemical entwickelt, indem das chemische Verfahren und Photoresist (Härtungsphänomen von Metall unter UV-Licht) zusammengesetzt wurden.

Dasselbe ist seit den 1960er Jahren kommerziell geworden.

Definition:

Die fotochemische Bearbeitung ist ein Prozess zur Herstellung gewünschter Formen auf Blechkomponenten, indem das Werkstück unter Verwendung eines Fotoresistmaterials ultraviolettem Licht ausgesetzt und das Metall dann durch Ätzen entfernt wird.

Arbeitsprinzip der photochemischen Bearbeitung:

Das Arbeitsprinzip des photochemischen Bearbeitungsprozesses leitet sich vom chemischen Bearbeitungsprozess ab. Auf die saubere Oberfläche des Werkstücks wird ein Photoresistfilm aufgetragen.

Der verwendete Film ist empfindlich gegenüber ultraviolettem Licht und beständig gegen das Ätzmittel. Dann wird eine Reihe von Fotos des herzustellenden Designs auf einen Film gedruckt.

Der Druck hat zwei Farbtöne, transparent und schwarz. Der Fotofilm wird präzise und fehlerfrei auf dem Werkstück montiert. Der Fotolack übernimmt die Aufgabe, die Arbeitsflächen weich und hart zu unterscheiden, wenn sie ultraviolettem Licht ausgesetzt werden.

Generell wird dort, wo das Licht durch die transparenten Bereiche der Folie scheint, härter und das Schwarz bleibt weich. Dann wird das Werkstück mit beschichtetem Resist durch einen Entwickler geführt, um den weichen Resist zu entfernen.

Dieses Entfernen von weichem Resist unterscheidet die zu bearbeitenden und nicht zu bearbeitenden Bereiche. Der freigelegte Bereich des Metalls ist der zu ätzende Bereich.

Der verbleibende Hartresist wirkt als Maskierungsmittel. Das Blech wird dann durch eine Ätzmaschine geführt, wo das Ätzmittel auf beide Seiten des Werkstücks gesprüht wird.

Die Bereiche des Metalls, wo kein Resistmaterial vorhanden ist, werden durch die Reaktion eines chemischen Reagens aufgelöst.

Wenn das Blatt mit dem Ätzen fertig ist, wird der Resist entfernt, indem es unter einen Spray aus Resist-Stripper gebracht wird, der das Resist-Material auflöst.

Das Ergebnis ist das gleiche fertige Produkt wie das entworfene und auf dem Fotofilm gedruckte.

Photochemische Bearbeitung Schritt für Schritt:

1. Design &Druck:

Der Prozess beginnt auf einem Computerbildschirm, auf dem die Komponente in einer beliebigen CAD-Software entworfen wird. Das erzeugte Bildmaterial hat die Designstruktur je nach verwendetem Fotolack entweder schwarz oder klar.

Dasselbe wird auf einen Fotofilm in Standardgröße gedruckt. Entweder die klaren Bereiche oder die schwarzen Bereiche sind das Bild des herzustellenden Produkts. In der Regel wird das Artwork zweimal auf zwei Folien gedruckt.

2. Blechzuschnitt:

Nachdem ein Design erstellt und auf einen Fotofilm gedruckt wurde, wird das Metall gemäß den im Design angegebenen Details ausgewählt. Bleche werden dann von einer Blechrolle geschnitten.

Die Größe des zu schneidenden Bogens entspricht der Größe des gedruckten Fotofilms. Das im photochemischen Verfahren verwendete Blech sollte eine Dicke im Bereich von 0,013 bis 2,032 mm aufweisen, und die Metalle können Aluminium, Messing, Kupfer, Nickel, Silber, Stahl, Edelstahl, Kupfer, Messing, Zink und Titan sein>

3. Blechreinigung:

Das Blech wird dann gereinigt, um sicherzustellen, dass keine Oxide, Öl- oder Fettverunreinigungen auf der Blechoberfläche vorhanden sind.

Die Reinigung erfolgt in der Regel auf vollautomatischen Maschinen durch Anwendung von Hochdruckwasserstrahlen, alkoholischen Lösungen und verdünnter HCl.

Reinigungsbedarf:

• Unsachgemäße Reinigung kann zu schlechter Haftung des Widerstands und ungenauen Endabmessungen führen.
• Unsachgemäße Reinigung kann beim Ätzen zu Hinterschnitten führen.
• Verunreinigungen wie Öl, Fett können zu Oxidation führen.

Sobald das Laken fertig gewaschen ist, wird es unter Heißluftgebläsen getrocknet.

4. Resist auf Blech auftragen:

Sobald das Blatt vollständig getrocknet ist, wird es mit einem Resistmaterial beschichtet. Das als Resist verwendete Material ist empfindlich gegenüber UV-Licht und beständig gegenüber dem chemischen Reagens.

In der Praxis wird der Photoresist in zwei Typen eingeteilt; Positiver Fotolack und negativer Fotolack. Das Resistmaterial wird abhängig von dem auf den Fotofilm gedruckten Design ausgewählt, unabhängig davon, ob die gedruckten Daten klar oder schwarz sind.

Positiver Fotolack :Bei einem positiven Photoresist wird der Teil des Resists, der dem UV-Licht ausgesetzt ist, weicher, wenn die Folie durch das UV-Licht geführt wird. Dieser weiche Resist wird dann im Entwicklungsprozess aufgelöst. Der unbelichtete Fotolack bleibt hart.

Negativer Fotolack :Im Fall von negativem Photoresist wird der Teil, der UV-Licht ausgesetzt wird, hart und der verbleibende Teil des Resists bleibt für die Entwicklung weich.

5. Montage des Fotofilms über dem Fotolack:

Sobald das Blech fertig mit Resistmaterial beschichtet ist. Die bedruckten Fotofilme werden sorgfältig und präzise auf beiden Seiten des Bogens über das Resistmaterial montiert. Es wird immer darauf geachtet, dass die Ausrichtung beider Folien genau ist.

6. Führen des Blattes durch ultraviolettes Licht:

Das Blatt wird dann durch das UV-Licht geführt. Bei dieser Belichtung lassen die klaren Bereiche, die auf den Film gedruckt wurden, das UV-Licht auf die Widerstandsschicht treffen, während das Schwarz dies nicht zulässt.

Da der verwendete Resist ein lichtempfindliches Material ist, reagiert der Resist auf das UV-Licht, indem er seine Eigenschaft ändert, im Zustand des verwendeten Resisttyps hart zu werden. Dies führt zu einer Trennung des Resists in hart und weich.

7. Entwicklungsprozess:

Das Blatt wird weiter durch eine Entwicklungsmaschine geführt, in der ein flüssiger Entwickler auf beide Seiten des Blattes gesprüht wird. Der Entwickler löst den Weichlack auf und der Hartlack übersteht die Entwicklerbehandlung und verbleibt auf dem Blech.

Am Ende dieses Prozesses verbleibt der Resist auf der Oberfläche des Blechs, wo das Metall nach dem Ätzen verbleiben sollte, während der Rest des Blechs Metall freigelegt hat, wo das Metall entfernt werden soll.

8. Radierung:

Der nächste Schritt besteht darin, das Blatt durch eine Ätzmaschine zu führen. Hier wird das chemische Reagenz auf beide Seiten des Bogens gesprüht.

Die mit Resistmaterialien bedeckten Bereiche des Blechs lassen das Ätzmittel nicht mit dem Metall reagieren, während die freigelegten Bereiche des Blechs auf das Ätzmittel reagieren, wodurch das Metall aufgrund einer Änderung der chemischen Eigenschaften schmilzt.

Diese Metallentfernung stellt die entworfene Form auf dem Blech her. Der gesamte Prozess wird in einer vollautomatischen geschlossenen Maschine mit Rollenförderern durchgeführt, um Bleche von einem Ende der Maschine zum anderen zu transportieren.

Bei der Auswahl des Ätzmittels zu berücksichtigende Faktoren:

1. Qualität der Oberflächenbeschaffenheit erforderlich.
2. Art des verwendeten Basismaterials.
3. Art des verwendeten Resists.
4. Ätztiefe.
5. Kosten und Verfügbarkeit.

Die Art des Ätzmittels, das beim photochemischen Fräsen verwendet wird, unterscheidet sich im Zustand des verwendeten Basismaterials. Einige sind unten aufgeführt:

Blattmaterial	Ätzmittel
Eisenlegierungen (Kohlenstoffstähle, legierte Stähle, rostfreie Stähle usw.)	Eisenchlorid
Nichteisenlegierungen (Berylliumkupfer, Messing usw.)	Kupferchlorid
Titan, Zink und ihre Legierungen	Kupferbasiertes proprietäres Ätzmittel
Silber und seine Legierungen	Eisennitrat
Gold und seine Legierungen	Ätzmittel auf Jodbasis

9. Resistschicht entfernen:

Das Blatt wird weiter durch eine Resistabstreifmaschine geführt. Der Resist, der auf der Folie verblieben ist, um die Folie vor der Reaktion des Ätzmittels zu schützen, wird durch Aufsprühen der Resistabstreifflüssigkeit entfernt.

Der Resist-Stripper löst das gesamte Resistmaterial vom Werkstück. Dies ist ein ähnlicher Prozess wie das Entwickeln, wobei die Konzentration des hier verwendeten Entwicklers höher ist als die, die beim Entwicklungsprozess zum Auflösen von Softresist verwendet wurde.

10. Waschen und Trocknen:

Sobald der Resist von der Platte entfernt ist, wird die Platte unter unter Druck stehendem kaltem Wasser gewaschen und durch Heißgebläse getrocknet.

Da dieses Verfahren weit verbreitet für die Herstellung mehrerer gleichartiger Bauteile auf einem einzigen Blech ist, wird jede Kante durch einen leichten Handstoß auf Metall getrennt. Das Ergebnis ist das fertige Produkt.

Gelbes Zimmer:

In einem gelben Raum wird eine Abfolge von Arbeitsgängen von der „Resistbeschichtung“ bis zum Ende des „Entwicklungsprozesses“ durchgeführt.

Alle diese Arbeiten werden unter Verwendung von gelben Leuchtstoffröhren (YFT) durchgeführt, um zu verhindern, dass Photoresists ungewollt Licht einer kürzeren Wellenlänge ausgesetzt werden.

In PCM eingesetzte Einheiten und Ausrüstung:

Die für die fotochemische Bearbeitung erforderlichen Grundsysteme sind Zeicheneinheiten, Blechschneidemaschinen, Zeichnungslayout und Zubehör, CAD-Plattform und Entwicklungssysteme, Fotodruckmaschine und Zubehör, Auftragsreinigungssysteme, numerisch gesteuerte UV-Lichtmaschine und Ätzmaschine, automatisches Waschen Einheiten, Maskenentfernungseinheiten oder Resist-Stripper-Maschinen und schließlich Trocknungseinheiten.

Anwendungen der fotochemischen Bearbeitung:

Hier ist die folgende Anwendung der photochemischen Bearbeitung:

• Herstellung von chirurgischen Werkzeugen, mikroskopischen Komponenten.
• Herstellung von metallischen Dichtungen und Siegeln.
• Herstellung von feinen Sieben, feinen Maschen, elektrischen Kontakten und EMI- und RFI-Abschirmdosen.
• Gravieren dünner Bauteile.
• Herstellung von Brennstoffzellenkomponenten, Druckmembranen und Kühlkörpern und flexiblen Heizelementen.

Vorteile der fotochemischen Bearbeitung:

Im Folgenden sind die Vorteile der photochemischen Bearbeitung aufgeführt:

• Komponenten, die mit mechanischen Systemen nicht hergestellt werden können, können einfach hergestellt werden.
• Echtzeit-Materialentfernung von allen Oberflächen.
• Die Fertigung von Bauteilen durch PCM führt zu einer gratfreien Oberfläche.
• So hergestellte Bauteile sind spannungsfrei und rissfrei.
• Miniaturbauteile aus beliebigen Materialien können problemlos bearbeitet werden.
• Extrem dünne Metalle können bearbeitet werden.
• Schnell und preiswert.
• Extrem komplexe Konturen können detailgetreu hergestellt werden.

Nachteile der photochemischen Bearbeitung:

Im Folgenden sind die Nachteile der photochemischen Bearbeitung aufgeführt:

• Hohe Einrichtungskosten.
• Nicht geeignet für die Kleinserienproduktion.
• Die mit dem Prozess verbundene Rauchentwicklung kann Gesundheitsprobleme für den Bediener verursachen.
• Höhere Schnitttiefen können wegen Unterschnitt nicht erreicht werden.
• Die Blechstärke ist auf 2.032 mm begrenzt.