Herz Ätztechnik Ätzen statt stanzen

Autor M.A. Frauke Finus

Früher am Reißbrett heute am Computer bringt der Konstrukteur seine Ideen zu Papier. Dafür muss er wissen, was er wie realisieren kann. Eine oft unbekannte Fertigungstechnik für kleinste und filigranste Bauteile ist das Ätzen.

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Das sogenannte Reel-to-Reel, also Ätzen vom Band, ist besonders für mittleren und großen Stückzahlen und eine anschließende automatische Weiterverarbeitung geeignet.
Das sogenannte Reel-to-Reel, also Ätzen vom Band, ist besonders für mittleren und großen Stückzahlen und eine anschließende automatische Weiterverarbeitung geeignet.
(Bild: Herz)

Fast alle industriell produzierten Gegenstände werden von Konstrukteuren erdacht oder zumindest aus vagen Ideen anderer der Realisierung zugeführt. Die Ideen führen zuerst zu einem Entwurf, der dann immer weiter ausgearbeitet wird. Endergebnis sind technische Zeichnungen, einschließlich Zusammenbauzeichnungen und Stücklisten, die alle für die Fertigung des Produkts notwendigen Material-, Bearbeitungs-, Maß- und Toleranzangaben enthalten. Außerdem bedenkt der Konstrukteur natürlich die ihm zur Verfügung stehenden Fertigungstechniken, die eine Realisierung überhaupt erst ermöglichen. Basierend auf der Überlegung, wie ein Bauteil gefertigt werden könnte, wird dieses erst konstruiert. In der Branche der Blech- und Rohrbearbeitung sind alle Fertigungstechniken hinlängliche bekannt, es kommen nur selten Neuerungen dazu.

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Eine neue Fertigungsmöglichkeit, dies sich seit einigen Jahren abzeichnet, ist der 3D-Druck. Mit dem selektiven Lasersintern (SLS), dem selektiven Laserschmelzen (SLM) oder dem Laser-Auftragsschweißen seien hier drei der möglichen Metall-3D-Druckverfahren genannt. Eine wirtschaftliche Serienfertigung steckt noch in den Kinderschuhen, doch die Forschung und Entwicklung der Maschinen- und Anlagenbauer ist in vollem Gange. So hat Trumpf in diesem Jahr seinen 3D-Metalldrucker Tru Print 1000 auf der Messe Additive Manufacturing Europe vorgestellt. Der Tru Print 1000 ist ein Laser Metal Fusion (LFM) 3D-Drucker, der Objekte schichtweise (additiv) aufbaut, indem Metallpulver mit einem Laser geschmolzen wird. Es lassen sich komplexe Objekte drucken, die zum Beispiel Hohlräume und Kanäle besitzen. Der 3D-Druck der Metallobjekte erfolgt als ganzes Stück. Mit 3D-Druck sind bereits im Konstruktionsansatz völlig neue Geometrien und damit auch Bauteile realisierbar.

Oft sind nicht alle Fertigungstechniken bekannt

Aber sind wirklich alle Fertigungstechniken immer bekannt? Wissen allen Konstrukteure wirklich über jede Möglichkeit zur Bauteilrealisierung Bescheid, sodass sie diese auch berücksichtigen können? Ein alternatives Verfahren zum Stanzen ist oft unbekannt: das Ätzen.

So genannte Formätzteile sind meist kleinste Metallteile aus dünnem Material, zum Beispiel filigrane Flachfedern. Neben Bauteilumrissen können auch Oberflächen definiert strukturiert werden. Es können beispielsweise neben der kompletten Durchätzung gleichzeitig auch feinste Kanäle in das Metall geätzt werden. Großflächige Anätzungen können auch integriert werden. Die Tiefe dieser Anätzungen lässt sich dabei mit einer Genauigkeit im hundertstel Millimeter-Bereich kontrollieren. Die Präzision solcher Teile ist außergewöhnlich hoch. Der effiziente Fertigungsprozess ist für Materialstärken von 0,01 bis 0,8 mm geeignet. Den Ursprung hat das Ätzen in der Halbleitertechnik. Hier wird das Ätzen von Materialien bei der Herstellung von mikroelektronischen Schaltungen oder Bauelementen der Mikrosystemtechnik genutzt. Heute ist ein Einsatz dieser Fertigungstechnik praktisch in allen Branchen Realität: Elektronik (Abschirmgehäuse, Kontaktfedern, Steckverbinder), Medizin (chirurgische Sägeblätter, Röntgengitter), Modellbau, Luft- und Raumfahrt (Lüftungsgitter, Bauteile für Radaranlagen und Kommunikationseinheiten) oder auch Automotive (Zylinderkopfdichtungen, Federn, Lautsprechergitter).

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Ein Spezialist auf diesem Gebiet ist die Herz Ätztechnik aus Epfendorf am Neckar. Markus Götze, Vertriebsleiter bei Herz, sagt: „Mit unserem Know-how in der Ätztechnik möchten wir als Lohnfertiger neue Möglichkeiten eröffnen und immer wieder Impulse geben. Durch Ätzen sind beispielsweise filigranste Stege möglich, die mit der Stanztechnik nicht mehr realisierbar sind. Dadurch werden bereits in der Konstruktion andere Designs oder Geometrien machbar.“

Die Herz-Gruppe besteht aus der Ätztechnik- und der Lasertechnik-Sparte, was eine Kombination beider Techniken ermöglicht. Mit insgesamt 120 Mitarbeitern lebt Herz das Ätzen und wächst stetig. Das zweite Werk, 100 m vom ersten Werk entfernt, befindet sich aktuell im Bau, außerdem wurde erst im Spätsommer ein weiteres Gebäude hinzugekauft, auf dem ein neues Logistikzentrum entsteht.

Der Ätzprozess: kosteneffizient, flexibel und schnell

„Prototyp oder Vorserie? Klein- oder Großserie? Mit Ätztechnik alles wirtschaftlich“, erklärt Götze. Eine Produktion ist sowohl im Zuschnitt oder Reel-to-Reel möglich. Der Zuschnitt ist für kleine Stückzahlen und anschließende manuelle Weiterverarbeitung prädestiniert. Dabei werden die Teile aus Metallplatten geätzt. Alternativ bietet Herz Reel-to-Reel, also Ätzen vom Band, das besonders für die automatische Weiterverarbeitung und für mittleren und großen Stückzahlen geeignet ist.

Der Ätzprozess ist in sechs Schritte aufgeteilt. Erstens: Die Vorbehandlung. Die Metallzuschnitte werden gereinigt und die Oberfläche wird gegebenenfalls mechanisch aufgeraut.

Zweitens: Das Laminieren. Die Metallzuschnitte werden beidseitig mit einer UV-lichtempfindlichen Folie beschichtet, damit der Metallzuschnitt später gleichzeitig von oben und von unten an den gewollten Stellen vor der Säure geschützt werden kann.

Drittens: Das Belichten. Die lichtempfindliche Folie auf den Metallzuschnitte wird mit UV-Licht belichtet. Ein Filmwerkzeug bildet dabei die Kontur des Formätzteils ab. Das Filmwerkzeug wird mithilfe von CAD-Daten erstellt und funktioniert wie eine Schablone: Die Folienbereiche, die von UV-Licht erreicht werden, härten zu einer säureresistenten Oberfläche aus. Sie bilden später das Formätzteil.

Viertens: Das Entwickeln. Die nicht belichteten Bereiche auf der Folie werden angelöst und entfernt. Das spätere Ätzteil bleibt weiterhin durch die Folie geschützt. Wird beidseitig entfernt, wird das Material durchgeätzt, wird nur einseitig entfernt, wird das Material nur angeätzt, beispielsweise für eine Beschriftung, oder als Vertiefung, die in der Weiterverarbeitung als Biegekante genutzt werden kann.

Fünftens: Das Ätzen. Die Metallzuschnitte werden mit einem Ätzmedium beidseitig besprüht, um das freiliegende Metall aufzulösen. Nur die Bereiche, die durch die Folie geschützt sind, bleiben erhalten. So nimmt das Teil die gewünschten Konturen an. Hierbei ist das Verfahren sehr materialschonend und es kann eine Gratfreiheit zu 100 % garantiert werden.

Sechstens: Das Finishing. Beim sogenannten Strippen wird die schützende Folie von den gefertigten Teilen entfernt. Abschließend werden die Formätzteile aus dem Ätznutzen gelöst, vereinzelt und nach eingehender Qualitätskontrolle verpackt.

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„Die Vorteile des Ätzens liegen klar auf der Hand. Geringe Werkzeugkosten – es kommen optische statt mechanische Werkzeuge zum Einsatz, sodass es einen Wekrzeugprototyp schon ab 115 Euro gibt –, schnelle Teilerealisierung – mit Herz-Speedline ist eine Prototypenfertigung in nur 24 Stunden möglich –, gratfreie Bearbeitung, feinste Strukturen in hoher Präzision, Geometrieflexibilität, absolut sauber, da kein Öl oder Fett an den Bauteilen haftet, die Bauteile werden keiner großen Hitze sowie keiner mechanischen Belastung ausgesetzt und die Werkstoffeigenschaften werden nicht verändert “, erklärt Götze.

Sauberkeit nach VDA 19 ist gewährleistet

Besonders in der Automobilindustrie wachsen die Anforderungen stetig. So werden die Teile immer komplexer, müssen teilweise absolute Gratfreiheit aufweisen und unterliegen sehr strengen Sauberkeitsnormen. Beim Ätzen von Metall entstehen keine metallischen Partikel. Formätzteile von Herz erfüllen die hohen Sauberkeitsanforderungen der VDA 19 und das ganz ohne zusätzlichen Reinigungsprozess. „Grade im Automotivebereich erfreut sich deshalb die Ätztechnik immer stärkerer Beliebtheit. Die Kundenanforderungen kontrollieren wir ständig mit regelmäßigen internen Sauberkeitsanalysen“, so Götze.

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