الدرس 6.8القطعالفصل 6 · القطع والتشغيل غير التقليدي

التشغيل الكيميائي والحفر الكيميائي الضوئي

قناع مطبوع بالضوء يتيح للمادة الحافرة إذابة المعدن العاري فقط

يزيل التشغيل الكيميائي المعدن بإذابته، بينما يحمي القناع المناطق التي تريد إبقاءها. وأشيع أشكاله، الحفر الكيميائي الضوئي، يطبع ذلك القناع بالضوء، كما في تحميض الصور. تُصنع بهذه الطريقة رقائق ماكينات الحلاقة الكهربائية وشبكات سماعات الهاتف وملامسات إلكترونية صغيرة.

الصورة: Adam Greig, CC BY-SA 2.0, عبر Wikimedia Commons

الحفر الكيميائي الضوئي · أربع مراحل بمقطع عرضياقرأ اللوحات الأربع من اليسار إلى اليمين، بدءًا بالصف العلوي؛ والأرقام المدوّرة تطابق الخطوات أدناه.

كيف تعمل

التنظيف. يُزال الشحم والأكسيد عن الصفيحة المعدنية ليلتصق القناع تمامًا.
الطلاء. يُغطى الوجهان بمقاوم ضوئي (غشاء بلاستيكي حساس للضوء).
التعريض. توضع الصفيحة بين أداتين ضوئيتين (أفلام مطبوع عليها شكل القطعة) وتُعرَّض لوميض فوق بنفسجي. يصلّب الضوء المقاوم أينما كان الفيلم شفافًا.
التظهير. يغسل الشطف المقاوم الذي لم يصله الضوء، تاركًا نوافذ من المعدن العاري حيث ستكون القطوع.
الحفر. تمر الصفيحة تحت رشاشات من مادة حفر دافئة (محلول أكّال، غالبًا كلوريد الحديديك) على الوجهين. يذوب المعدن من الأعلى والأسفل حتى يلتقيا وينفذا.
النزع. يُزال المقاوم المتبقي وتُشطف الصفيحة. ثم تُفصل عشرات القطع النهائية عن الصفيحة من لسينات تثبيت صغيرة.

التفريز الكيميائي هو الشقيق الأكبر: يُغطى لوح طيران كبير بمادة حاجبة (طلاء مطاطي واقٍ)، ويُقطع القناع يدويًا، ثم يُغمس اللوح كله في حوض لترقيق مناطق مختارة.

حقائق أساسية

المواد: أي معدن تقريبًا: الفولاذ المقاوم للصدأ، النحاس، النحاس الأصفر، النيكل، الألومنيوم، التيتانيوم، سبائك النيكل، مهما كانت صلادته
القطع النموذجية: قطع مسطحة رقيقة بتفاصيل دقيقة: شبكات، مرشحات، شرائح ضبط، نوابض مسطحة، إطارات أطراف، شابلونات؛ والتشغيل الكيميائي: جيوب مرقّقة في أغلفة الطائرات
حجم القطعة: الصفيحة عادةً بسماكة 0.01–2 mm تقريبًا؛ والقطع من بضعة مليمترات عرضًا إلى حجم الصفيحة؛ والألواح المشغّلة كيميائيًا بطول عدة أمتار
الدقة: غالبًا نحو ±10% من سماكة الصفيحة؛ وأصغر الثقوب بعرض سماكة الصفيحة تقريبًا
تشطيب السطح: تحتفظ الصفيحة بسطحها الأصلي؛ والحواف المقطوعة ناعمة وخالية من النتوءات، مع حرف طفيف في منتصف السماكة
حجم الدفعة المناسب: من النماذج الأولية خلال أيام قليلة إلى ملايين القطع؛ والكلفة تعتمد على عدد الصفائح لا على تعقيد القطعة
كلفة العدّة والآلة: عدّة منخفضة جدًا: الأداة الضوئية تكلّف بضع مئات من الدولارات؛ والاستثمار الحقيقي في خط الحفر ومناولة المواد الكيميائية
السرعة: يزيل الحفر عادةً بضعة أجزاء من مئة من المليمتر في الدقيقة من كل وجه؛ وتمرّ الصفيحة الرقيقة في دقائق

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

لا نتوءات، ولا حرارة، ولا إجهاد في المعدن
الصلادة لا تهم
عدّة رخيصة تتغير خلال ساعات
التعقيد مجاني: 10 ثقوب أو 10,000 ثقب بالكلفة نفسها

الحدود

الصفائح الرقيقة فقط، عادةً أقل من نحو 2 mm
لا يمكن أن تكون الثقوب أصغر كثيرًا من سماكة الصفيحة
الحواف ليست قائمة تمامًا: قطع سفلي طفيف وحرف
المواد الكيميائية الأكّالة تحتاج إلى تعامل حذر ومعالجة نفايات

أين تُستخدم

الإلكترونياتإطارات الأطراف، علب الحجب، الملامسات، شابلونات معجون اللحام
الطيرانأغلفة بدن الطائرات وأجنحتها المشغّلة كيميائيًا، شرائح الضبط، المرشحات
السيارات والطاقةألواح خلايا الوقود، شبكات البطاريات، الحسّاسات، ألواح المبادلات الحرارية
الطبشفرات جراحية، شبكات قابلة للزرع، مرشحات
السلع الاستهلاكيةرقائق ماكينات الحلاقة، شبكات السماعات، قطع الساعات، ألواح زخرفية
الهوايات والمجوهراتتفاصيل مجسمات النماذج، مجوهرات محفورة، لوحات الأسماء

كيف تتعرف عليها

قطعة معدنية رقيقة جدًا بثقوب أو أنماط دقيقة للغاية.
حواف قطع ناعمة وخالية من النتوءات؛ وتحت العدسة المكبّرة حرف طفيف يمتد في منتصف السماكة.
علامات لسينات صغيرة حول المحيط، حيث كانت القطعة ممسوكة في الصفيحة.
كتابة أو شعارات محفورة حتى نصف عمق الصفيحة (حفر نصفي) على لوحات الأسماء وقطع النماذج.

قارنها بـ

القطع بالليزر6.2لا يحتاج أيضًا إلى عدّة صلبة، لكنه يسخّن الحافة ويقطع ميزة واحدة في كل مرة؛ أما الحفر فيقطع كل الميزات دفعة واحدة.الثقب بالمكبس6.1أرخص للقطعة عند الكميات الضخمة، لكنه يحتاج إلى قالب مصلّد ويترك نتوءات.الطباعة الضوئية الحجرية13.2فكرة الضوء والقناع نفسها، مصغّرة إلى الأنماط على الرقائق الدقيقة.

شاهدها

Precision Micro · كل خطوة من العملية، موضّحة بوضوح

United Western Enterprises Inc. · جولة في ورشة حفر ضوئي حقيقية

NW Etch · لقطات إنتاج للطلاء والتعريض والحفر

Advanced Chemical Etching Ltd · خط إنتاج حفر كامل في مصنع

شاهد صورًا حقيقية

ويكيبيديا: التشغيل الكيميائي الضوئي — الخطوات والمواد والتطبيقات
ويكيبيديا: التفريز الكيميائي — المادة الحاجبة والتخطيط والغمر في الحوض واستخدامات الطيران
البحث عن الصور في ويكيميديا كومنز

تذكّر

قناع مطبوع بالضوء يحدد أين تذيب المادة الحافرة المعدن.
يناسب الصفائح الرقيقة ذات الأنماط الدقيقة المعقدة، ولا يترك نتوءات ولا ضررًا حراريًا.
ابحث عن ثقوب دقيقة جدًا وحواف خالية من النتوءات وحرف طفيف في منتصف السماكة.