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Spezifische Aspekte des fotochemischen Ätzens

| Redakteur: Dorothee Quitter

Wenn sich Konstrukteure für fotochemisches Ätzen als Bearbeitungsverfahren entscheiden, ist es wichtig, dass sie die spezifischen Aspekte der Technologie beachten.
Wenn sich Konstrukteure für fotochemisches Ätzen als Bearbeitungsverfahren entscheiden, ist es wichtig, dass sie die spezifischen Aspekte der Technologie beachten. (Bild: Daniel Buxton)

Der Miniaturisierungstrend fordert immer kleinere, komplexe Metallteile. Als hochpräzises Blechbearbeitungsverfahren erreicht das fotochemische Ätzen enge Toleranzen und führt zu spannungsfreien Teilen wie z.B. Biegefedern.

Fotochemisches Ätzen kann mit einer breiten Palette verschiedener Metalle in einer Vielzahl von Materialdicken und -güten, Härtegraden und Blechgrößen verwendet werden. Neben über 2000 verschiedenen Materialsorten können auf Anfrage auch Spezialmaterialien beschafft oder vom Anwender zur Verfügung gestelltes Material verarbeitet werden.

Das Verfahren wird in der Regel für dünne Bleche (Dicke unter 1,5 mm) mit einer maximalen Blech-/Teilegröße von 600 mm × 1500 mm verwendet. Bearbeitbare Metalle sind Stahl und Edelstahl, Nickel und Nickellegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und schwer zu bearbeitende Metalle einschließlich korrosionsbeständiger Materialien wie Titan und Titanlegierungen.

Standardmäßige Ätztoleranzen

Toleranzen sind eine wichtige Überlegung für alle Konstruktionen. Beim fotochemischen Ätzen variieren diese abhängig von der Materialdicke.

Für Materialdicken zwischen 0,025 mm und 0,250 mm liegt die erreichbare Mindesttoleranz bei ± 0,025 mm, für Materialdicken zwischen 0,250 mm und 1,5 mm bei ± 10 % der Materialdicke. In einigen Fällen können herkömmliche Metallbearbeitungstechnologien engere Toleranzen erreichen. Aber auch hier gibt es Einschränkungen. Laserschneiden kann beispielsweise eine Genauigkeit von 5 % der Blechstärke erreichen, ist jedoch beim Mindestabstand zum nächsten Schnitt auf 0,2 mm begrenzt. Beim fotochemischen Ätzen sind Geometrien mit minimalen Abständen von 0,1 mm und Öffnungen kleiner als 0,050 mm möglich; die Genauigkeit liegt dabei bei ± 8 % der Blechdicke. Darüber hinaus ist zu bedenken, dass das Laserschneiden eine Einzelpunkt-Metallbearbeitungstechnologie ist. Das heißt, für komplexe Teile wie z. B. Gewebe ist das Laserschneiden in der Regel teurer und bietet auch nicht die für fluidtechnische Anwendungen erforderlichen feinen Geometrien, die mit Tiefenätzen problemlos möglich sind.

Grat- und spannungsfrei bearbeiten

Wenn es um höchste Präzision und minimale Merkmalsgröße geht, kommt das Stanzen dem fotochemischen Ätzen wahrscheinlich am nächsten. Nachteile sind jedoch die Belastung des Metalls bei der Bearbeitung sowie die verbleibenden Grate. Gestanzte Teile müssen kostenintensiv nachbearbeitet werden. Für die Produktion werden außerdem teure Stahlwerkzeuge benötigt. Bei kleinen Stückzahlen ist dies keine rentable Lösung. Darüber hinaus ist der Werkzeugverschleiß bei der Bearbeitung von Hartmetallen problematisch, weil oft teure und zeitraubende Instandsetzungen erforderlich sind. Beim fotochemischen Ätzen dagegen können Teile grat- und spannungsfrei produziert werden. Verfahrensbedingt kann zudem der Werkzeugverschleiß vernachlässigt werden: ein großer Kostenvorteil, der die Ätztechnik gerade im Vergleich zum Stanzen bei großen wie auch bei kleinen Produktionsstückzahlen zu einer hochprofitablen Alternative macht.

Kostengünstig Werkzeuge herstellen

Fotochemisches Ätzen ermöglicht die Herstellung detailreicher, komplexer und präziser Metallteile, wobei Anpassungen des Designs bis zum Beginn der Herstellung möglich sind. Grund ist die Verwendung digitaler Werkzeuge, die günstig zu produzieren sind und ohne großen Aufwand geändert werden können. Im Gegensatz zum Stanzen steigen die Kosten für die digitale Werkzeugherstellung nicht mit der Komplexität der Teile. Dies motiviert zu Innovationen, da sich die Konstrukteure ohne Sorgen um die Kosten auf optimierte Funktionalität konzentrieren können.

Wirtschaftlich fertigen

Fotochemisches Ätzen wird pro Blech berechnet, nicht pro Teil. Das bedeutet, dass auch Teile mit unterschiedlichen Geomet- rien auf ein und demselben Blech positioniert und gleichzeitig mit einem einzigen Werkzeug bearbeitet werden können. Diese Fähigkeit ist der Schlüssel zu den enormen Kosteneinsparungen, die mit dem Verfahren erzielt werden können. Dabei dauert die Werkzeugherstellung dauert in der Regel nicht länger als einen Tag. Das wirkt sich positiv auf die Lieferfristen sowie die gesamte Time-to-Market-Phase aus. (qui)

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