Leçon 6.8CouperChapitre 6 · Découpe et usinage non conventionnel

Usinage chimique et gravure photochimique

Un masque imprimé par la lumière ne laisse l'agent de gravure dissoudre que le métal nu

L'usinage chimique enlève du métal en le dissolvant, tandis qu'un masque protège les zones à conserver. Sa forme la plus courante, la gravure photochimique, imprime ce masque avec de la lumière, un peu comme on développe une photo. Les grilles de rasoirs électriques, les grilles de haut-parleurs de téléphones et de minuscules contacts électroniques sont faits ainsi.

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

Gravure photochimique · quatre étapes en coupeLisez les quatre vignettes de gauche à droite, rangée du haut d'abord ; les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Nettoyer. La tôle est dégraissée et désoxydée pour que le masque adhère parfaitement.
Enduire. Les deux faces sont laminées avec de la résine photosensible (un film plastique sensible à la lumière).
Exposer. La tôle est placée entre deux photo-outils (des films imprimés avec la forme de la pièce) et reçoit un flash de lumière UV. La lumière durcit la résine partout où le film est transparent.
Développer. Un rinçage élimine la résine que la lumière n'a pas atteinte, laissant des fenêtres de métal nu là où seront les découpes.
Graver. La tôle passe sous des jets d'agent de gravure tiède (une solution corrosive, souvent du chlorure ferrique) des deux côtés. Le métal se dissout par le haut et par le bas jusqu'à ce que les deux se rejoignent et percent.
Décaper la résine. La résine restante est retirée et la tôle est rincée. Des dizaines de pièces finies sont ensuite détachées de la tôle en cassant de minuscules attaches.

Le fraisage chimique est le grand cousin : un grand panneau aéronautique est enduit d'une réserve de masquage (un revêtement protecteur caoutchouteux), le masque est découpé à la main, et tout le panneau est plongé dans une cuve pour amincir certaines zones.

Chiffres clés

Matériaux: Presque tous les métaux : acier inoxydable, cuivre, laiton, nickel, aluminium, titane, alliages de nickel, quelle que soit leur dureté
Pièces typiques: Pièces plates et minces à détails fins : treillis, filtres, cales, ressorts plats, grilles de connexion, pochoirs ; usinage chimique : poches amincies dans des revêtements d'avions
Taille de pièce: Tôle typiquement d'environ 0,01–2 mm d'épaisseur ; pièces de quelques millimètres à la taille de la tôle ; panneaux usinés chimiquement de plusieurs mètres de long
Précision: Souvent environ ±10 % de l'épaisseur de la tôle ; les plus petits trous sont à peu près aussi larges que la tôle est épaisse
État de surface: La tôle garde sa surface d'origine ; les bords coupés sont lisses et sans bavures, avec une légère arête à mi-épaisseur
Taille de série adaptée: Du prototype en quelques jours à des millions de pièces ; le coût dépend du nombre de tôles, pas de la complexité de la pièce
Coût d'outillage et de machine: Outillage très peu coûteux : un photo-outil coûte quelques centaines de dollars ; la ligne de gravure et la manipulation des produits chimiques sont le vrai investissement
Vitesse: La gravure enlève typiquement quelques centièmes de millimètre par minute sur chaque face ; une tôle mince passe en quelques minutes

Atouts et limites

Atouts

Pas de bavures, pas de chaleur, pas de contraintes dans le métal
La dureté n'a pas d'importance
Outillage peu coûteux qui se change en quelques heures
La complexité est gratuite : 10 trous ou 10 000 coûtent pareil

Limites

Uniquement de la tôle mince, typiquement de moins d'environ 2 mm
Les trous ne peuvent pas être beaucoup plus petits que l'épaisseur de la tôle
Les bords ne sont pas parfaitement d'équerre : léger dépouille en creux et arête
Les produits chimiques corrosifs demandent une manipulation soigneuse et un traitement des déchets

Où on l'utilise

ÉlectroniqueGrilles de connexion, capots de blindage, contacts, pochoirs de pâte à braser
AéronautiqueRevêtements de fuselage et d'ailes usinés chimiquement, cales, filtres
Automobile et énergiePlaques de piles à combustible, grilles de batteries, capteurs, plaques d'échangeurs de chaleur
MédicalLames chirurgicales, treillis implantables, filtres
Biens de consommationGrilles de rasoirs, grilles de haut-parleurs, pièces d'horlogerie, plaques décoratives
Loisirs et bijouterieDétails de maquettes, bijoux gravés, plaques d'identification

Comment le reconnaître

Une pièce métallique très mince avec des trous ou des motifs incroyablement fins.
Bords coupés lisses et sans bavures ; à la loupe, une légère arête court le long du milieu de l'épaisseur.
De minuscules marques d'attaches autour du contour, là où la pièce était tenue dans la tôle.
Des lettres ou des logos creusés à la moitié de l'épaisseur de la tôle (demi-gravure) sur les plaques d'identification et les pièces de maquettes.

À comparer avec

Découpe laser6.2n'a pas non plus besoin d'outillage dur, mais chauffe le bord et découpe un détail à la fois ; la gravure découpe tous les détails à la fois.Poinçonnage6.1moins cher par pièce à très gros volume, mais demande une matrice trempée et laisse des bavures.Photolithographie13.2la même idée de lumière et de masque, réduite à l'échelle des motifs des micropuces.

À regarder

Precision Micro · Chaque étape du procédé, clairement expliquée

United Western Enterprises Inc. · Une visite d'un vrai atelier de photogravure

NW Etch · Images de production de l'enduction, de l'exposition et de la gravure

Advanced Chemical Etching Ltd · Une ligne de production complète de gravure dans une usine

Voir de vraies photos

Wikipédia : Usinage photochimique — étapes, matériaux et applications
Wikipédia : Fraisage chimique — réserve de masquage, traçage, immersion en cuve et usages aéronautiques
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Un masque imprimé par la lumière décide où l'agent de gravure dissout le métal.
Elle convient aux tôles minces avec des motifs fins et complexes, et ne laisse ni bavures ni dégâts thermiques.
Cherchez de très fins trous, des bords sans bavures et une légère arête à mi-épaisseur.