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Metallbearbeitung

Spannungsfreie Metallstrukturen

| Redakteur: Dorothee Quitter

Das photochemische Ätzen eröffnet gegenüber den etablierten Verfahren wie Stanzen oder Lasern neue Möglichkeiten in der Präzisionsmetallbearbeitung.

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Durch Ätzen lassen sich hochpräzise Dichtungsfedern mit einem Durchmesser von 7 mm herstellen. Sie werden in der Formel 1 eingesetzt.
Durch Ätzen lassen sich hochpräzise Dichtungsfedern mit einem Durchmesser von 7 mm herstellen. Sie werden in der Formel 1 eingesetzt.
(Bild: Precision Micro/Edward Shaw)

Der technische Fortschritt macht auch vor der metallverarbeitenden Industrie nicht Halt: Metallteile müssen immer filigraner, kleiner und präziser sein und dabei noch möglichst effizient und kostengünstig hergestellt werden. Das erfordert alternative Verfahrenstechniken, die auf diese Anforderungen eingestellt sind. Die photochemische Ätztechnik verschiebt die Grenzen des Möglichen in der Präzisionsmetallbearbeitung. So können detailreiche Teile aus bestimmten Metallen hergestellt werden, die viele Kon-strukteure zuvor nicht für möglich gehalten hätten. Viele der heutigen Produkte sind extrem komplex und sehr fragil. Markus Rettig, Sales Manager bei Precision Micro in Deutschland, ergänzt: „In vielen Fällen führen die geometrische Komplexität und die geforderte hohe Präzision dazu, dass die Ätztechnik nicht nur eine Möglichkeit unter vielen ist, wie Stanzen, Laserstrahlschneiden oder Wasserstrahlschneiden, sondern vielmehr die einzige Technik, mit der diese Produkte hergestellt werden können.“ Das Unternehmen produziert seit mehr als 50 Jahren Hochpräzisionsmetallteile mittels Produktionsverfahren wie photochemisches Ätzen, Electro-Forming (Galvanisierung) und Drahterodieren.

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Konturgenauigkeit im Vergleich der Bearbeitungsverfahren

Eine konventionelle Methode zur Serienfertigung von kleinen, dünnen Metallteilen ist das Stanzen. Seine Vorteile zeigen sich bei der Fertigung besonders hoher Stückzahlen in einem automatisierten Hochgeschwindigkeitsverfahren. Dies gleicht auch die anfänglichen hohen Werkzeugkosten bei der Einrichtung der Stanzformen aus. Jedoch wird dieser Effekt zunichte gemacht, wenn sekundäre Arbeitsgänge nötig sind, um Planität, nötige Kantenpräzision und anspruchsvolle winzige Details zu erreichen. Die beim Stanzen auftretenden mechanischen Kräfte lösen Spannungen im Metall aus und die Konturen erhalten eine leichte Anschrägung sowie einen Grat.

Die Ätztechnik zeichnet sich dagegen durch eine hohe Konturgenauigkeit aus. Durch einen genau kontrollierten Prozess entstehen glatte und gratfreie Kanten. Dabei wird durch selektives Ätzen durch eine Fotolackmaske nicht erwünschtes Metall mit einer Standardtoleranz von ±10 % bezogen auf die Materialstärke entfernt. So entstehen spannungsfreie, plane Teile. Besonders gefragt ist diese Präzision bei Metallgitterstrukturen, Leiterrahmen für integrierte Schaltplatten, Brennstoffzell- und Wärmetauscherplatten, Präzisionsfedern, Unterlegscheiben und Dichtungen, medizinischen Instrumenten und Implantaten sowie dekorativen Teilen bei Autoinnenverkleidungen.

Bei der Laserstrahltechnik, als abtragendes, thermisches Verfahren, hängt die Konturgenauigkeit sehr von der Dicke des Materials ab. Bei dünnen Metallfolien ist die Schnitt-qualität sehr hoch und damit sind sehr enge Toleranzen möglich. Bei dickeren Materialien kann die zugeführte Wärme jedoch zu Gefügeveränderungen und Ungenauigkeiten in der Teilebeschaffenheit führen. Das Wasserstrahlschneiden, bei dem das Werkstück mit einem Hochdruckwasserstrahl von über 6000 bar bearbeitet wird, ist der Ätztechnik ebenfalls unterlegen, was die Genauigkeit betrifft. Die Einhaltung von Toleranzen im Mikrometerbereich ist kaum möglich, da die Kanten nicht zu 100 % gratfrei sind.

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