Chemische Bearbeitung erklärt: Prozess, Anwendungen und Vorteile

Was ist Chemische Bearbeitung?

Chemische Bearbeitung ist die saubere Entfernung von Metall aus vordefinierten Bereichen ohne Beeinträchtigung der Integrität oder Eigenschaften des Metalls mittels eines fotochemischen Prozesses. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung kleiner, dünner Metallteile mit komplexem Design ohne Verbrennungen oder Spannungen an den Teilen eingesetzt.

Der Prozess beginnt mit der Reinigung des Metalls von Schmutz und Ölen. Ein Fotolack wird aufgetragen und gebacken, um eine gleichmäßige Anwendung zu gewährleisten. Das Artwork wird dann auf das vorbereitete Metallblech gelegt und UV-Licht ausgesetzt, was die gewünschte Auflösung und Ätzspezifikationen ergibt.

Das Artwork wird entfernt und der Lack ist bereit zur Entwicklung oder Entfernung. An diesem Punkt ist das Metall bereit zum Ätzen, indem das Blech in eine chemische Lösung getaucht wird, die alles Material auflöst, das nicht integraler Bestandteil des Teils ist. Nach Abschluss des Ätzens wird der Lack entfernt und die Metallteile gereinigt, inspiziert und verpackt.

Chemischer Bearbeitungsprozess

Verschiedene Prozesse der chemischen Bearbeitung sind unten dargestellt:

1. Reinigung

Im Reinigungsprozess werden die Werkstücke gereinigt, um Öl, Fett, Staub oder andere Substanzen zu entfernen, damit die weitere Bearbeitung ordnungsgemäß erfolgen kann.

Reinigung ist notwendig, um die ordnungsgemäße Haftung des Maskiermaterials am Werkstück zu gewährleisten. Bei fehlerhafter Maskierung tritt Streuätzen auf.

Verschiedene Reinigungsverfahren wie Dampfabbau, alkalisches Ätzen etc., wie Maskiermittel, werden je nach Werkstoff und erforderlicher Bearbeitungstiefe durchgeführt. Die Reinigung poröser Werkstoffe ist schwierig.

Es gibt hauptsächlich zwei Reinigungsmethoden: mechanische & chemische Methoden. Die chemische Methode wird weit verbreitet eingesetzt, da sie viel weniger Schäden verursacht als die mechanische.

Wenn die Maske dicker und dünner und chemisch gereinigt wird, werden die dünneren oder gereinigten Teile der Maske verfeinert. Erhitzen des Reinigungsprozesses ist hilfreich.

2. Maskieren

Maskieren erfolgt mit Maskiermitteln. Diese sind inert und reagieren nicht mit den in der Bearbeitung verwendeten Chemikalien. Die zu verwendende Maske sollte ein leicht abziehbares Maskiermittel sein.

In diesem Maskierprozess werden die Teile des Werkstücks, die nicht bearbeitet werden sollen, mit einer Maske abgedeckt, sodass der zu bearbeitende Teil der Chemikalie ausgesetzt ist. Beim Maskierprozess wird jedoch das gesamte Werkstück maskiert.

Masken werden nach einer der drei folgenden Methoden aufgebracht:

• Schneide-und-Schäl-Methode.
• Siebdruckmethode.
• Fotolackmethode.

3. Ritzen (Scribing)

Nach dem Maskierprozess wird die Maske vom Bereich des Werkstücks entfernt, der bearbeitet werden soll, damit eine chemische Reaktion an diesem Teil stattfinden kann. Nach dem Ritzprozess sind nur die zu bearbeitenden Bereiche dem chemischen Bearbeitungsprozess ausgesetzt.

4. Ätzen

Nach dem Filtern des Werkstücks wird es in einen Behälter mit einer Chemikalie getaucht, die eine chemische Reaktion mit dem Werkstück eingeht.

Wenn das Werkstück in die Chemikalie eingetaucht wird, durchläuft der maskierte Bereich keine chemische Reaktion, während der unmaskierte Bereich mit der Chemikalie reagiert und das Material des unmaskierten Bereichs beginnt, sich zu entfernen.

Der Ätzprozess wird meist bei erhöhter Temperatur durchgeführt. Gasblasen sollten während des Prozesses nicht eingeschlossen werden, um ungleichmäßige Bearbeitung zu vermeiden.

5. Entmaskieren

Nach dem Ätzprozess werden die Masken vom nicht bearbeiteten Bereich des Werkstücks entfernt, und die Oxidschicht wird auch vom bearbeiteten Bereich entfernt.

6. Waschen

Nach dem Entmaskieren wird das Werkstück gründlich unter fließendem Wasser gespült, um alle Substanzen von der Werkstückoberfläche vollständig zu entfernen.

Abgesehen von all diesen Schritten wird ein optionaler Schritt verwendet: das Erhitzen und Kühlen des Ätzmittels – je nach Temperatur wird die Temperatur des Wassers im Behälter mit einem Heiz- oder Kühlstab gehalten.

Arten der chemischen Bearbeitung

Der Prozess kann auf eine Vielzahl von Operationen angewendet werden wie Fräsen, Ausstanzen und Gravieren. Die verschiedenen chemischen Bearbeitungsprozesse können wie folgt klassifiziert werden:

• Chemisches Fräsen
• Chemisches Ausstanzen (Blanking)
• Chemisches Gravieren

Chemische Bearbeitung für spezielle Zwecke kann auch durch reaktive Gase erreicht werden, z. B. Chlorstrahlen im Bearbeitungsbereich. Dies wird als gasförmige chemische Bearbeitung oder Heißchlorbearbeitung bezeichnet und kann zum Entgraten von Metallteilen verwendet werden.

1. Chemisches Fräsen

Chemisches Fräsen oder industrielles Ätzen ist der subtraktive Fertigungsprozess, bei dem temperaturgeregelte Ätzchemikalien verwendet werden, um Material zu entfernen und ein Objekt mit der gewünschten Form zu erstellen.

Andere Namen für chemisches Ätzen sind Fotoätzen, chemisches Ätzen, fotochemisches Ätzen und fotochemische Bearbeitung. Es wird meist auf Metalle angewendet, though andere Materialien werden zunehmend wichtig. Es wurde aus Rüstungsdekorations- und Druckätzprozessen entwickelt, die während der Renaissance als Alternativen zum Gravieren auf Metall entstanden.

Der Prozess beinhaltet im Wesentlichen das Baden der Schneidebereiche in einer ätzenden Chemikalie (Ätzmittel), die mit dem Material im zu schneidenden Bereich reagiert und das feste Material auflöst; inerte Substanzen, bekannt als Maskiermittel, schützen spezifische Bereiche des Materials als Resists.

Anwendungen

Ätzen findet Anwendung in der Leiterplatten- und Halbleiterfertigungsindustrie. Es wird auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, um flache Materialschichten von großen Flugzeugkomponenten, Raketenhautpaneelen und extrudierten Teilen für Flugzeugzellen zu entfernen.

Ätzen wird weit verbreitet zur Herstellung integrierter Schaltkreise und Mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) verwendet. Neben den standardmäßigen flüssigkeitsbasierten Techniken verwendet die Halbleiterindustrie häufig Plasmasätzen.

2. Chemisches Ausstanzen (Blanking)

Chemische Decken, chemisches Ausstanzen, Fotoproduktion, Fotovibration oder Fotoätzen sind Variationen des chemischen Fräsens. Bei diesem Prozess werden Materialien vollständig aus vielen Bereichen durch chemische Wirkung entfernt.

Dieser Prozess wird hauptsächlich auf Blechen und Folien angewendet. Fast alle Metalle können damit bearbeitet werden; jedoch wird es für das Ausdünnen von Materialien über 2 mm nicht empfohlen.

Das Werkstück wird gereinigt, reduziert und mit Säure oder Lauge ausgewählt. Das gereinigte Metall wird getrocknet, und das Fotolackmaterial wird durch Tauchen, Wirbelbeschichten oder Sprühen aufgebracht. Es wird dann getrocknet und gehärtet. Fotomaterialien wurden verwendet, um degradationsbeständige Bilder in Fotolackmaterialien zu erzeugen.

Diese Art von Maske ist empfindlich gegenüber Licht einer bestimmten Frequenz, im Allgemeinen UV-Licht, und nicht gegenüber Raumlicht. Diese Oberfläche wird nun durch ein Negativ, nämlich eine fotografische Platte des erforderlichen Designs, wie bei der Entwicklung von Zeichnungen, belichtet. Nach der Belichtung wird das Bild entwickelt. Unerwartete Teile brechen während des Entwicklungsprozesses auseinander und zeigen blankes Metall.

Das verwendete Metall wird in eine Maschine gegeben, die mit chemischen Substanzen besprüht wird oder der Schlamm zugefügt wird. Die Ätzlösung kann Fluorwasserstoffsäure (für Titan) oder eine von vielen anderen Chemikalien sein. Nach 1 bis 15 Minuten wurde das unerwünschte Metall entfernt, und der fertige Teil ist bereit, die Asche sofort zu entfernen.

3. Chemisches Gravieren

Leiterplatten, andere Gravuroperationen und Schnitte komplexer Designs können mit Fotolack-Maskiermitteln chemisch ausgeformt werden.

• Sehr dünne Metalle (0,005 mm) können gut bearbeitet werden.
• Hohe Genauigkeit im Bereich von ±0,015 mm kann gehalten werden.
• Hohe Produktionsraten können mit automatisierten fotografischen Techniken erreicht werden.

Anwendung der chemischen Bearbeitung

• CHM wurde in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, wo die Tiefe der Metallentfernung auf wenige Mikrometer entscheidend ist und enge Toleranzen herrschen.
• Die im Prozess erzielte Oberflächenbeschaffenheit liegt im Bereich von 0,5 bis 2 Mikrometern.
• Zudem entfernt es Metall von einem Teil der gesamten Oberfläche von geformten oder unregelmäßig geformten Teilen wie Schmiedeteilen, Gussteilen, Extrusionen oder umgeformtem Walzmaterial.
• Eine der Hauptanwendungen der chemischen Bearbeitung ist die Herstellung von gratfreien, komplexen Stanzteilen.

Vor- und Nachteile der chemischen Bearbeitung

• Vorteile: Der Prozess verformt das Werkstück nicht, erzeugt keine Grate und kann leicht an den schwierigsten zu bearbeitenden Materialien angewendet werden.
• Nachteile: Der Prozess ist langsam und wird daher normalerweise nicht für große Stückzahlen oder zur Bearbeitung von Materialien über 2 mm Dicke verwendet.
• Einige kleine Teile werden 10 bis 100 Stück gleichzeitig auf einer Platte gefertigt, was die Produktion beschleunigt.