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Ätzen statt Stanzen

Fünf Gründe für fotochemisches Ätzen

| Autor: Stéphane Itasse

Viele Konstrukteure von Biegefedern entscheiden sich für das fotochemische Ätzen, da Präzisionsteile grat- und spannungsfrei realisiert werden können.
Viele Konstrukteure von Biegefedern entscheiden sich für das fotochemische Ätzen, da Präzisionsteile grat- und spannungsfrei realisiert werden können. (Bild: Daniel Buxton Photography)

Konstrukteure wählen fotochemisches Ätzen, wenn immer kleinere und komplexere Präzisionsmetallteile gefordert sind. Allerdings müssen sie die Eigenschaften des Verfahrens bei der Konstruktion berücksichtigen.

Fotochemisches Ätzen kann Innovationen fördern und bietet neue Möglichkeiten, anspruchsvolle Produktmerkmale und komplexe Teile zu produzieren, wie der Anbieter Precision Micro mitteilt. Fünf Aspekte sollten Konstrukteure jedoch schon im Vorfeld berücksichtigen.

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Erster Grund: Vielseitige Anwendbarkeit

Fotochemisches Ätzen kann mit einer breiten Palette verschiedener Metalle in vielen Materialdicken und -güten, Härtegraden und Blechgrößen verwendet werden. Neben über 2000 Materialsorten, die gute Hersteller heute in der Regel auf Lager haben, können auf Anfrage auch Spezialmaterialien beschafft oder vom Anwender bereitgestelltes Material verarbeitet werden.

Das Verfahren wird in der Regel für Bleche unter 1,5 mm Stärke mit einer maximalen Abmessung von 600 mm × 1500 mm verwendet. Bearbeitbar sind Stahl und Edelstahl, Nickel und Nickellegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und schwer zu bearbeitende Metalle einschließlich Titan und Titanlegierungen.

Zweiter Grund: Geringe Toleranzen, Präzision und Flexibilität

Toleranzen sind eine wichtige Überlegung für alle Konstruktionen. Beim fotochemischen Ätzen liegt die erreichbare Mindesttoleranz bei ± 0,025 mm für Materialdicken zwischen 0,025 mm und 0,250 mm, für Materialdicken zwischen 0,250 mm und 1,5 mm sind es ± 10 % der Materialdicke.

In einigen Fällen können herkömmliche Metallbearbeitungsverfahren engere Toleranzen erreichen. Aber auch hier gibt es Einschränkungen. Laserschneiden kann beispielsweise eine Genauigkeit von 5 % der Metallstärke erreichen, ist jedoch auf eine Mindestmerkmalsgröße von 0,2 mm begrenzt. Mit fotochemischem Ätzen sind minimale Merkmalsgrößen von 0,1 mm und Öffnungen kleiner als 0,050 mm möglich; die Genauigkeit liegt dabei bei ± 8 % der Metalldicke. Darüber hinaus ist das Laserschneiden eine „Einzelpunkt“-Bearbeitung . Das heißt: Für komplexe Teile wie Gewebe ist es in der Regel teurer, bietet aber nicht die für fluidtechnische Anwendungen erforderliche Tiefe sowie die gravierten Merkmale, die mit Tiefenätzen möglich sind.

Verantwortlich für einzigartige Merkmale fotochemisch geätzter Teile ist die inhärente Biegelinie. Eine moderne Ätztechnikproduktion kann Biegelinien kontrollieren und ermöglicht so Profile zur Produktion scharfer Schnittkanten, beispielsweise für medizinische Klingen, oder konische Öffnungen, zum Beispiel zur Ausrichtung von Strömungen in Filtergewebe.

Dritter Grund: Grat- und spannungsfreie Bearbeitung

Wenn es um Präzision und minimale Größe geht, kommt das Stanzen dem fotochemischen Ätzen wahrscheinlich am nächsten. Nachteile sind jedoch die Belastung des Metalls bei der Bearbeitung sowie die verbleibenden Grate – Stanzteile müssen nachbearbeitet werden. Für die Produktion werden außerdem teure Werkzeuge benötigt. Darüber bringt der Werkzeugverschleiß oft zeitraubende Instandsetzungen mit sich. Beim fotochemischen Ätzen dagegen können Teile grat- und spannungsfrei produziert werden. Verfahrensbedingt kann zudem der Werkzeugverschleiß vernachlässigt werden.

Vierter Grund: Kostengünstige Werkzeugherstellung und Designiterationen

Fotochemisches Ätzen bietet Konstrukteuren Flexibilität, da Anpassungen von Designs bis direkt vor der Herstellung möglich sind und auch schwierige Geometrien umgesetzt werden können.

Ein wesentlicher Faktor hierfür sind digitale Werkzeuge, die günstig zu produzieren sind und ohne großen Aufwand verändert werden können. Dabei steigen die Kosten für die Werkzeugherstellung nicht mit der Komplexität der Teile. Die Kosten erhöhen sich bei anderen Verfahren auch, wenn nicht-standardmäßige Materialien, Materialdicken und Materialgüten verwendet werden. Dies hat beim fotochemischen Ätzen keinerlei Auswirkungen auf die Kosten.

Da beim fotochemischen Ätzen keine Bearbeitung mit mechanischen Werkzeugen erfolgt, kommt es nicht zu Verzerrungen und Spannungen. Zudem sind die produzierten Teile flach, gratfrei und weisen eine saubere Oberfläche auf, da das Metall gleichmäßig entfernt wird.

Fünfter Grund: Wirtschaftliches Prototyping

Fotochemisches Ätzen wird pro Blech berechnet, nicht pro Teil. Das bedeutet, dass auch Teile mit unterschiedlichen Geometrien auf einem Blech positioniert und mit einem Werkzeug bearbeitet werden können. Diese Fähigkeit ist der Schlüssel zu Kosteneinsparungen.

Das fotochemische Ätzen eignet auch für weiche, harte oder spröde Metalle. Aluminium beispielsweise ist schwierig zu stanzen, da es sehr weich ist, während das Laserschneiden von Aluminium aufgrund seiner Reflektivität problematisch ist. Auch die Härte von Titan kann sich als schwierig erweisen. Das Ätzverfahren ist für derartige Metalle eine alternative Bearbeitungstechnik.

Viele Metallbearbeitungsverfahren benötigen zur Herstellung der Werkzeuge Wochen. Fotochemisches Ätzen bietet dagegen einen schnellen Produktionsprozess. Die Werkzeugherstellung dauert in der Regel nicht länger als einen Tag.

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