23rd December 2020
Wenn von Blechbearbeitung die Rede ist, fallen einem gleich ein paar übliche Verfahren ein. Zur Herstellung von Präzisionskomponenten für die unterschiedlichen Branchen kommen vor allem das Stanzen und das Laserschneiden zum Einsatz. Doch obwohl diese beiden Verfahren so verbreitet sind, sind sie nicht ganz unproblematisch. So tritt dabei häufig unerwünschte Gratbildung auf. Markus Rettig von Precision Micro erläutert, inwiefern das Fotochemische Ätzen dazu beitragen kann, die Qualität und die Leistungsfähigkeit der gefertigten Komponenten zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken.
In fast jeder Branche werden Präzisionskomponenten benötigt. In der Elektronikindustrie führt die ständig steigende Nachfrage zu einem enormen Preisdruck. Somit müssen die Produktionslinien immer effizienter werden. Im Automobil- und Luftfahrtsektor sorgt die fortschreitende Verschärfung der Sicherheitsvorgaben und Leistungsanforderungen dafür, dass der Bedarf an hochwertigen Komponenten steigt.
Alle Hersteller von Präzisionskomponenten müssen heute daher garantieren, dass jedes gefertigte Teil die kundenspezifischen Leistungsanforderungen erfüllt und den strengen, in der jeweiligen Branche geltenden Standards entspricht. Zwar lassen sich mit den herkömmlichen Verfahren der Metallbearbeitung durchaus hochpräzise Komponenten fertigen, doch treten bei der Fertigung regelmäßig Probleme auf, die sich nur mit erheblichem Zeit- und Kostenaufwand beheben lassen.
Ein häufiger, aber leider unvermeidlicher Nebeneffekt der herkömmlichen Bearbeitungsverfahren ist die Gratbildung. Diese wird entweder durch Hitzeentwicklung oder durch mechanische Kräfte verursacht und muss durch entsprechende Nachbearbeitungsschritte wie Schleifen oder Gleitschleifen behoben werden. Die Präzisionskomponenten können noch so genau programmiert und gefertigt sein – wenn es im Laufe der Produktion zu Gratbildung kommt, entsprechen die Endprodukte ohne diese Nachbearbeitung nicht den strengen Vorgaben. Somit beeinträchtigt die Gratbildung die Leistungsfähigkeit einer Komponente ganz erheblich. Da jedoch zwingend gewährleistet sein muss, dass sämtliche, für sicherheitskritische Anwendungen bestimmte Komponenten, alle Vorgaben zuverlässig erfüllen, muss die Fertigung entsprechend angepasst werden.
Gefordert ist also ein Verfahren, dass gratfreie Endprodukte garantiert. Und genau solch ein Verfahren ist das photochemische Ätzen. Somit stellt es eine echte Alternative zu den herkömmlichen Verfahren des Stanzens und Laserschneidens dar.
Vermeidung von Gratbildung durch photochemisches Ätzen
Um zu verstehen, warum sich die Gratbildung durch das photochemische Ätzen so effektiv unterbinden lässt, muss man sich noch einmal klar machen, wodurch dieses Problem bei den anderen Metallbearbeitungsverfahren verursacht wird. Beim Laserschneiden entsteht durch den hohen Energieeinsatz viel Hitze, was zur Gratbildung führt. Beim Stanzen, bei dem die Bauteile mit Hilfe von Stempeln aus den Blechen herausgeschnitten werden, ist die Gratbildung auf die dabei wirkenden hohen mechanischen Kräfte zurückzuführen.
Da das Verfahren des Fotoätzens weder Hitze noch Kraft erfordert, treten im Werkstück weder Spannungen noch Verformungen auf. Somit besteht die Gefahr einer Gratbildung hier nicht. Vielmehr ist durch den Einsatz von Chemikalien garantiert, dass die physikalischen Eigenschaften des Ausgangswerkstoffs im Laufe der Bearbeitung unverändert bleiben und das Endprodukt den jeweiligen Vorgaben genau entspricht.
Keine Kompromisse bei Qualität und Leistung
Angesichts der Tatsache, dass die herkömmlichen Bearbeitungsverfahren bereits seit Jahrzehnten eingesetzt werden, stellt sich die Frage, warum man nun auf alternative Fertigungsverfahren umstellen sollte. Doch die Antwort liegt auf der Hand: Die einzelnen Komponenten müssen zunehmend strengere Vorgaben erfüllen. Außerdem wird der weltweite Wettbewerb immer härter. Somit kommen die Hersteller nicht umhin, die Fertigung so zu organisieren, dass die produzierten Teile zuverlässig und ausnahmslos die geforderte Qualität aufweisen. Schließlich sind diese Präzisionskomponenten unter anderem für sicherheitskritische ABS-Systeme, korrosionsbeständige Mikrofilter und viele andere Anwendungen bestimmt.
Für das photochemische Ätzen spricht jedoch nicht nur die hohe Qualität der Endprodukte. Daneben weist dieses Verfahren auch noch einige andere Vorteile auf: Im Vergleich zu herkömmlichen Metallbearbeitungsverfahren sind die Werkzeugkosten und der Rüstaufwand beim Fotoätzen sehr gering. Infolgedessen können die Komponenten innerhalb kürzester Zeit produziert werden. Da jedes Teil mühelos immer wieder in exakt der gleichen Qualität hergestellt werden kann, lassen sich auch kurzfristige Aufträge in hoher Stückzahl produzieren. Außerdem ist es bei diesem Verfahren sehr einfach und kostengünstig, die Konstruktion oder das Design der Endprodukte bei Bedarf immer wieder an die Vorgaben anzupassen. Komponenten mit hochkomplexen Geometrien, wie sie heute vielfach gefordert werden, lassen sich mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren nicht herstellen, mit dem photochemischen Ätzen hingegen ist das ohne Weiteres möglich.
Zusammenfassend lässt sich festhalten: Das photochemische Ätzen erlaubt eine schnelle Herstellung komplexer Bauteile in gleichbleibend hoher Qualität. Gleichzeitig trägt es durch eine Verkürzung der Rüstzeiten und eine Verringerung der Werkzeugkosten zu einer Optimierung des Preis-Leistungs-Verhältnisses bei. Dies führt zu einer Reduzierung der Produktionszeiten und steigert die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens – zwei Aspekte, die heute von größter Bedeutung sind.
