Урок 6.8РезатьГлава 6 · Резка и нетрадиционная механическая обработка

Химическое фрезерование и фотохимическое травление

Маска, напечатанная светом, позволяет травителю растворять только открытый металл

Химическое фрезерование удаляет металл, растворяя его, а маска защищает участки, которые нужно оставить. Самая распространённая форма, фотохимическое травление, печатает эту маску светом, почти как проявка фотографии. Так делают сетки электробритв, решётки динамиков телефонов и крошечные электронные контакты.

Фото: Adam Greig, CC BY-SA 2.0, через Wikimedia Commons

Фотохимическое травление · четыре стадии в разрезеЧитайте четыре панели слева направо, начиная с верхнего ряда; цифры в кружках соответствуют шагам ниже.

Как это работает

Очистить. Металлический лист обезжиривают и раскисляют, чтобы маска держалась идеально.
Нанести покрытие. С обеих сторон ламинируют фоторезист (светочувствительную пластиковую плёнку).
Экспонировать. Лист помещают между двумя фотошаблонами (плёнками с напечатанной формой детали) и засвечивают УФ-светом. Свет задубливает резист там, где плёнка прозрачна.
Проявить. Промывка смывает резист, до которого свет не дошёл, оставляя окна голого металла там, где будут вырезы.
Травить. Лист движется под струями тёплого травителя (едкого раствора, часто хлорного железа) с обеих сторон. Металл растворяется сверху и снизу, пока два фронта не встретятся и не прорвутся насквозь.
Удалить резист. Оставшийся резист снимают, лист промывают. Затем десятки готовых деталей выламывают из листа по крошечным удерживающим перемычкам.

Химическое фрезерование — старший родственник: большую авиационную панель покрывают защитной маской (резиноподобным защитным покрытием), маску вырезают вручную, а всю панель погружают в ванну, чтобы утонить выбранные участки.

Ключевые факты

Материалы: Почти любой металл: нержавеющая сталь, медь, латунь, никель, алюминий, титан, никелевые сплавы, независимо от твёрдости
Типичные детали: Плоские тонкие детали с мелкими деталями: сетки, фильтры, прокладки, плоские пружины, выводные рамки, трафареты; химическое фрезерование: утонённые карманы в обшивке самолётов
Размер детали: Лист обычно толщиной около 0,01–2 мм; детали от нескольких миллиметров в поперечнике до размера листа; панели химического фрезерования длиной в несколько метров
Точность: Часто около ±10 % от толщины листа; самые маленькие отверстия примерно такой же ширины, как толщина листа
Качество поверхности: Лист сохраняет исходную поверхность; края реза гладкие и без заусенцев, с небольшим гребнем посередине толщины
Подходящая партия: От прототипов за несколько дней до миллионов деталей; стоимость зависит от числа листов, а не от сложности детали
Стоимость оснастки и оборудования: Оснастка очень дешёвая: фотошаблон стоит несколько сотен долларов; настоящие вложения — линия травления и обращение с химикатами
Скорость: Травление обычно снимает несколько сотых миллиметра в минуту с каждой стороны; тонкий лист проходит за минуты

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Нет заусенцев, нет нагрева, нет напряжений в металле
Твёрдость не имеет значения
Дешёвая оснастка, которую можно изменить за часы
Сложность бесплатна: 10 отверстий или 10 000 стоят одинаково

Ограничения

Только тонкий лист, обычно толщиной менее примерно 2 мм
Отверстия не могут быть намного меньше толщины листа
Края не идеально прямоугольные: небольшой подтрав и гребень
Едкие химикаты требуют аккуратного обращения и очистки отходов

Где применяется

ЭлектроникаВыводные рамки, экранирующие кожухи, контакты, трафареты для паяльной пасты
АвиацияОбшивка фюзеляжа и крыла химическим фрезерованием, прокладки, фильтры
Автомобилестроение и энергетикаПластины топливных элементов, сетки аккумуляторов, датчики, пластины теплообменников
МедицинаХирургические лезвия, имплантируемые сетки, фильтры
Потребительские товарыСетки бритв, решётки динамиков, детали часов, декоративные пластины
Хобби и ювелирное делоДетали модельных наборов, ювелирные украшения с травлением, шильдики

Как узнать процесс

Очень тонкая металлическая деталь с невероятно мелкими отверстиями или узорами.
Гладкие края реза без заусенцев; под лупой вдоль середины толщины виден небольшой гребень.
Крошечные следы перемычек по контуру, где деталь удерживалась в листе.
Надписи или логотипы, углублённые на половину толщины листа (полутравление), на шильдиках и модельных деталях.

Сравните с

Лазерная резка6.2тоже не требует твёрдой оснастки, но нагревает кромку и режет по одному элементу; травление вырезает все элементы сразу.Штамповка пробивкой6.1дешевле на деталь при огромных объёмах, но нужна закалённая матрица, и остаются заусенцы.Фотолитография13.2та же идея света и маски, уменьшенная до рисунков на микросхемах.

Смотрите

Precision Micro · Каждый шаг процесса, понятно объяснённый

United Western Enterprises Inc. · Экскурсия по настоящему цеху фототравления

NW Etch · Производственные кадры нанесения покрытия, экспонирования и травления

Advanced Chemical Etching Ltd · Полная производственная линия травления на заводе

Смотреть реальные фото

Википедия: фотохимическая обработка — этапы, материалы и применение
Википедия: химическое фрезерование — защитное покрытие, нанесение рисунка, погружение в ванну и авиационное применение
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Маска, напечатанная светом, решает, где травитель растворяет металл.
Подходит для тонкого листа с мелкими сложными рисунками и не оставляет заусенцев и тепловых повреждений.
Ищите очень мелкие отверстия, края без заусенцев и небольшой гребень посередине толщины.