Lektion 6.8TrennenKapitel 6 · Trennen und nichtkonventionelle Bearbeitung

Chemisches Abtragen und Fotoätzen

Eine mit Licht gedruckte Maske lässt das Ätzmittel nur blankes Metall auflösen

Beim chemischen Abtragen wird Metall aufgelöst, während eine Maske die Bereiche schützt, die bleiben sollen. Die häufigste Form, das Fotoätzen, druckt diese Maske mit Licht, ähnlich dem Entwickeln eines Fotos. Scherfolien von Elektrorasierern, Lautsprechergitter von Handys und winzige elektronische Kontakte entstehen so.

Foto: Adam Greig, CC BY-SA 2.0, via Wikimedia Commons

Fotoätzen · vier Phasen im QuerschnittDie vier Bilder von links nach rechts lesen, obere Reihe zuerst; die eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten.

So funktioniert es

Reinigen. Das Metallblech wird entfettet und entoxidiert, damit die Maske perfekt haftet.
Beschichten. Beide Seiten werden mit Fotolack (einer lichtempfindlichen Kunststofffolie) laminiert.
Belichten. Das Blech liegt zwischen zwei Fotovorlagen (Filme mit der aufgedruckten Form des Teils) und wird mit UV-Licht belichtet. Das Licht härtet den Lack überall dort, wo der Film durchsichtig ist.
Entwickeln. Eine Spülung wäscht den Lack weg, den das Licht nie erreicht hat, und hinterlässt Fenster aus blankem Metall dort, wo geschnitten wird.
Ätzen. Das Blech fährt unter Sprühstrahlen aus warmem Ätzmittel (einer ätzenden Lösung, oft Eisenchlorid) auf beiden Seiten hindurch. Das Metall löst sich von oben und unten auf, bis sich beide treffen und durchbrechen.
Strippen. Der restliche Lack wird entfernt und das Blech gespült. Dutzende fertige Teile werden dann an winzigen Haltestegen aus dem Blech gebrochen.

Das chemische Fräsen ist der große Verwandte: Eine große Luftfahrtplatte wird mit einem Abdecklack (einer schützenden gummiartigen Schicht) beschichtet, die Maske wird von Hand geschnitten, und die ganze Platte wird in ein Becken getaucht, um ausgewählte Bereiche auszudünnen.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Fast jedes Metall: Edelstahl, Kupfer, Messing, Nickel, Aluminium, Titan, Nickellegierungen, unabhängig von der Härte
Typische Teile: Flache, dünne Teile mit feinen Details: Gitter, Filter, Passscheiben, Flachfedern, Leadframes, Schablonen; chemisches Abtragen: ausgedünnte Taschen in Flugzeughäuten
Bauteilgröße: Blech meist etwa 0,01–2 mm dick; Teile von wenigen Millimetern bis Blechgröße; chemisch abgetragene Platten mehrere Meter lang
Präzision: Oft etwa ±10 % der Blechdicke; die kleinsten Löcher sind etwa so breit wie das Blech dick ist
Oberfläche: Das Blech behält seine ursprüngliche Oberfläche; Schnittkanten sind glatt und gratfrei, mit einer leichten Kante auf halber Dicke
Geeignete Losgröße: Von Prototypen in wenigen Tagen bis zu Millionen Teilen; die Kosten hängen von der Zahl der Bleche ab, nicht von der Komplexität des Teils
Werkzeug- und Maschinenkosten: Sehr geringer Werkzeugaufwand: Eine Fotovorlage kostet einige hundert Dollar; die Ätzlinie und der Umgang mit Chemikalien sind die eigentliche Investition
Geschwindigkeit: Das Ätzen trägt meist einige hundertstel Millimeter pro Minute von jeder Seite ab; ein dünnes Blech ist in Minuten durch

Stärken und Grenzen

Stärken

Keine Grate, keine Hitze, keine Spannungen im Metall
Die Härte spielt keine Rolle
Günstige Werkzeuge, die sich in Stunden ändern lassen
Komplexität kostet nichts: 10 Löcher oder 10.000 kosten dasselbe

Grenzen

Nur dünnes Blech, meist unter etwa 2 mm
Löcher können nicht viel kleiner sein als die Blechdicke
Die Kanten sind nicht perfekt rechtwinklig: leichte Hinterschneidung und Kante
Ätzende Chemikalien erfordern sorgfältigen Umgang und Abfallbehandlung

Wo es eingesetzt wird

ElektronikLeadframes, Abschirmgehäuse, Kontakte, Lotpasten-Schablonen
Luft- und RaumfahrtChemisch abgetragene Rumpf- und Flügelhäute, Passscheiben, Filter
Automobil und EnergieBrennstoffzellenplatten, Batteriegitter, Sensoren, Wärmetauscherplatten
MedizinChirurgische Klingen, implantierbare Netze, Filter
KonsumgüterScherfolien, Lautsprechergitter, Uhrenteile, Zierplatten
Hobby und SchmuckDetails für Modellbausätze, geätzter Schmuck, Typenschilder

So erkennen Sie es

Ein sehr dünnes Metallteil mit unglaublich feinen Löchern oder Mustern.
Glatte, gratfreie Schnittkanten; unter der Lupe verläuft eine leichte Kante in der Mitte der Dicke.
Winzige Stegspuren rund um die Kontur, wo das Teil im Blech gehalten wurde.
Schriftzüge oder Logos, auf halbe Blechtiefe abgesenkt (Halbätzen), auf Typenschildern und Modellteilen.

Im Vergleich mit

Laserschneiden6.2braucht ebenfalls kein hartes Werkzeug, erhitzt aber die Kante und schneidet ein Detail nach dem anderen; Ätzen schneidet alle Details gleichzeitig.Stanzen6.1bei riesigen Stückzahlen pro Teil günstiger, braucht aber ein gehärtetes Werkzeug und hinterlässt Grate.Fotolithografie13.2dieselbe Idee aus Licht und Maske, verkleinert auf die Strukturen von Mikrochips.

Ansehen

Precision Micro · Jeder Schritt des Verfahrens, klar erklärt

United Western Enterprises Inc. · Ein Rundgang durch eine echte Fotoätzerei

NW Etch · Produktionsaufnahmen vom Beschichten, Belichten und Ätzen

Advanced Chemical Etching Ltd · Eine komplette Ätz-Produktionslinie in einer Fabrik

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Fotochemisches Abtragen — Schritte, Werkstoffe und Anwendungen
Wikipedia: Chemisches Fräsen — Abdecklack, Ritzen, Tauchbad und Luftfahrtanwendungen
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Eine mit Licht gedruckte Maske bestimmt, wo das Ätzmittel das Metall auflöst.
Es eignet sich für dünnes Blech mit feinen, komplexen Mustern und hinterlässt weder Grate noch Hitzeschäden.
Achten Sie auf sehr feine Löcher, gratfreie Kanten und eine leichte Kante in der Mitte der Dicke.