Ein Leitfaden zum chemischen Ätzen für Konstrukteure

Einführung

Chemisches Ätzen ist ein hochgradig wiederholbares Ätzverfahren, mit dem genaue Toleranzen erreicht werden können. In den meisten Fällen ist es die einzige Technologie, die kostengünstig Präzisionsmetallteile mit der Genauigkeit herstellen kann, die in anspruchsvollen und oft sicherheitskritischen Anwendungen erforderlich ist.

Von seiner Vielseitigkeit bis hin zu den spezifischen Aspekten der Technologie, die das Produktdesign verbessern können, bietet dieses Metallbearbeitungsverfahren eine breite Palette von Vorteilen.

Zu den Metallen, die chemisch gefräst werden können, zählen:

• Stahl und nichtrostende Stähle
• Aluminium
• Nickel und Nickellegierungen
• Kupfer und Kupferlegierungen
• Titan
• Andere Spezialmetalle, wie Molybdän

Detaillierte Liste der Metalle und Sorten anzeigen

Photochemisches Ätzen kann auf praktisch jedes Metall angewendet werden, das weich, hart oder spröde ist. Aluminium ist dafür bekannt, dass es aufgrund seiner weichen Beschaffenheit schwer zu prägen und aufgrund seiner Reflektivität schwer zu lasern ist. Auch die Härte von Titan kann eine Herausforderung darstellen.

Precision Micro hat eigene Verfahren für diese speziellen Werkstoffe entwickelt und ist eines der wenigen Ätzunternehmen der Welt, das über eine spezielle Produktionskapazität für das Ätzen von Titan verfügt.

Wie präzise ist das fotochemische Ätzen?

Toleranzen sind ein wichtiger Faktor bei jeder Konstruktion und können variieren. Sie sind auch von der Materialstärke abhängig.

• Für Metalle mit einer Dicke von 0,01 mm bis 0,25 mm beträgt die Standardtoleranz beim Ätzen mindestens ±0,025 mm.
• Bei höheren Dicken (bis maximal 1,5 mm) beträgt die minimale Standard-Ätztoleranz in der Regel ±10 % der Metalldicke.

Bei der herkömmlichen Metallbearbeitung können zwar engere Toleranzen erreicht werden, aber es gibt auch Grenzen.

Mit der Lasertechnologie kann beispielsweise eine Genauigkeit von 5 % der Metalldicke erreicht werden, allerdings ist diese oft auf eine minimale Strukturgröße von 0,2 mm begrenzt.

Da es sich beim Laserschneiden um eine „Einpunkt“-Bearbeitungsmethode handelt, ist es außerdem teurer, komplexe Teile mit vielen Öffnungen, wie z. B. kundenspezifische Perforationen, herzustellen.

Außerdem bietet es nicht die Tiefe oder die eingravierten Merkmale, die für strömungstechnische Geräte benötigt werden. Dazu gehören bipolare Brennstoffzellen- und Wärmetauscherplatten, die durch Tiefenätzung leicht zu erzielen sind.

Siehe Überblick über die technischen Richtlinien für das Ätzen

Minimale Strukturgrößen beim photochemischen Ätzen

Durch chemisches Ätzen kann eine minimale Standardstrukturgröße von 0,1 mm erreicht werden. Öffnungen unter 0,050 mm sind mit der Entwicklung möglich, ebenso wie eine Genauigkeit von ±8 % der Metalldicke.

Grat- und spannungsfreie Bearbeitung

Das Stanzen ist eine der nächstgelegenen Bearbeitungsmethoden, die die Genauigkeit und die Mindestgröße der Merkmale des chemischen Ätzens wiedergeben können. Allerdings können beim Stanzen Spannungen und Restgrate auf dem Metall entstehen.

In den meisten Fällen erfordern Stanzteile auch eine kostspielige Nachbearbeitung, was die Rentabilität von Kleinserien verringert. Darüber hinaus ist bei der Verarbeitung von Hartmetallen der Werkzeugverschleiß ein Problem, das bei höheren Stückzahlen zu zusätzlichen Kosten führt und oft eine zeitaufwändige Überholung erforderlich macht.

Da beim chemischen Ätzen keine harten Werkzeuge verwendet werden, sind Verformungen und Spannungen ausgeschlossen. Die hergestellten Bauteile sind flach, mit einer sauberen Oberfläche und ohne Grate, da das Metall gleichmäßig aufgelöst wird, bis die gewünschten Geometrien erreicht sind.

Aus diesen Gründen bevorzugen viele Federkonstrukteure beispielsweise das chemische Ätzen gegenüber dem Stanzen. Sie ziehen das chemische Ätzen vor, weil es grat- und spannungsfrei ist, keinen Werkzeugverschleiß aufweist und schnell geliefert werden kann.

Einzigartige Funktionen ohne zusätzliche Kosten

Wenn Ingenieure sich für das chemische Ätzen entscheiden, können sie ihr Produkt mit einzigartigen Merkmalen entwerfen, die auf den inhärenten „Kantenhöcker“ zurückzuführen sind. Dies liegt daran, dass das chemische Fräsverfahren die vollständige Kontrolle über jeden Ätzhöcker hat.

Dies bedeutet, dass eine Reihe von Profilen eingeführt werden kann, die die Herstellung von scharfen Schneidkanten ermöglichen. Dazu gehören auch Kanten, die in medizinischen Klingen verwendet werden, oder konische Öffnungen, wie z. B. solche, die den Flüssigkeitsstrom in Filtersieben leiten.

Kostengünstige Einrichtung und Designänderungen

Bei den meisten Blechbearbeitungen kann man mit Fug und Recht behaupten, dass eine zunehmende Komplexität der Teile mit höheren Kosten einhergeht, die zum großen Teil auf eine kostspielige und komplizierte Werkzeugausstattung zurückzuführen sind. Die Kosten eskalieren auch, wenn herkömmliche Ätztechnologien mit nicht standardisierten Materialien, Dicken und Qualitäten zurechtkommen müssen, was sich nicht auf die Kosten des chemischen Fräsens auswirkt.

Für Konstrukteure, die funktionsreiche, komplexe und präzise Metallteile und -komponenten suchen, ist das chemische Ätzen heute die Technologie der Wahl. Das Ätzen meistert nicht nur schwierige Geometrien, sondern ermöglicht auch eine enorme Flexibilität, die die Anpassung von Entwürfen bis hin zur Fertigung erleichtert.

Das digitale Tooling ist eine kostengünstige Möglichkeit, komplexe Entwürfe effizient herzustellen. Diese Methode ist superflexibel, da die Ingenieure das Design bis zu einigen Minuten vor Beginn der Fertigung ändern können.

Im Gegensatz zum Stanzen steigen die Kosten des digitalen Toolings nicht mit der Komplexität der Teile, was die Innovation fördert, da sich die Konstrukteure auf die optimierte Funktionalität der Teile konzentrieren und nicht auf die Kosten.

Kostengünstiges Prototyping

Im Gegensatz zu anderen Zerspanungsmethoden zahlen Sie beim chemischen Ätzen nach Blech. Das bedeutet, dass Bauteile mit unterschiedlichen Geometrien gleichzeitig mit einem einzigen Werkzeug bearbeitet werden können. Diese Fähigkeit, viele Teiletypen in einem Produktionslauf herzustellen, führt zu enormen Kosteneinsparungen im Verfahren.

Das chemische Ätzen ist von Natur aus schneller, da die Herstellung von Werkzeugen im Durchschnitt einen Tag statt 16 Wochen dauert. Die Gründe für die exponentielle Verbreitung dieser Technologie sind offensichtlich.