24th January 2022
Da Designingenieuren eine Vielzahl von Zerspanungsverfahren zur Blechbearbeitung zur Verfügung stehen, kann es schwierig sein herauszufinden, welches Verfahren sich für eine bestimmte Anwendung am besten eignet.
Teilegeometrie, Zeit, Schnittqualität und Genauigkeit fließen alle in die Entscheidung ein, ob Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Galvanisieren, Drahterodieren oder fotochemisches Ätzen ausgewählt werden sollte. Beim fotochemischen Ätzen handelt es sich um ein weniger bekanntes Verfahren, das sich jedoch häufig am besten zur Bearbeitung der komplexesten, sicherheitskritischsten und anspruchsvollsten Präzisionsteile eignet.
Lesen Sie unsere Gegenüberstellung von fotochemischem Ätzen und herkömmlichen Schneidverfahren, um zu erfahren, wie die einzelnen Methoden im Vergleich abschneiden.
Fotochemisches Ätzen
Zunächst ist es wichtig, den Prozess des fotochemischen Ätzens und seine Vorteile zu verstehen.
Fotochemisches Ätzen, auch bekannt als Fotoätzen, ist ein Blechbearbeitungsprozess, bei dem chemische Ätzmittel eingesetzt werden, um komplexe und hochgenaue Präzisionsbauteile aus so gut wie jedem Metall zu fertigen.
Bei diesem Prozess wird mithilfe von UV-Licht ein Bauteildesign auf ein mit Fotolack beschichtetes Blech „gedruckt“. Bereiche, in denen der Fotolack nicht bedruckt ist, werden entfernt, wodurch das Metall freiliegt. Dieses wird beim Ätzen vollständig abgetragen.
Stanzen
Das Stanzen ist ein Fertigungsprozess bei dem flache Bleche in einer Stanzpresse mit einem Stanzwerkzeug platziert werden. Ein Stempel bringt das Metall in die gewünschte Form.
Fotochemisches Ätzen und Stanzen im Vergleich
Da der Trend hin zur Miniaturisierung geht, ist Mikrostanzen ähnlich geläufig wie fotochemisches Ätzen. Jedoch ist eines der Verfahren im Hinblick auf Effizienz, Durchlaufzeiten, die Designkomplexität sowie die Qualität und Genauigkeit klar im Vorteil.
Kosteneffizienz
Beim Stanzen ist eine hohe Investition von Zeit und Geld in Werkzeuge und Einrichtung erforderlich. Ein Stempel kann tausende Euro kosten; hinzukommen Einrichtungs- und Wartungskosten. Beim fotochemischen Ätzen sind die Werkzeugkosten gering oder gleich null.
Durchlaufzeiten
Für das Stanzen sind 6 bis 8 Wochen allein für die Werkzeugvorbereitung erforderlich. Selbst wenn das Stanzwerkzeug fertig ist, ist zusätzliche Zeit zur Einrichtung des Werkzeugs in der Stanzpresse erforderlich. Die Durchlaufzeiten beim fotochemischen Ätzen belaufen sich auf einige Stunden, wodurch Sie geätzte Teile bereits in der Hand halten, bevor das Stanzwerkzeug überhaupt fertig ist.
Designkomplexität
Das fotochemische Ätzen bietet größere Flexibilität unabhängig von der Designkomplexität. Der Grund sind die entfallenden Werkzeugkosten und die sehr kurzen Durchlaufzeiten. Wenn ein Design im Stanzprozess angepasst werden soll, ist ein ganz neuer Stempel erforderlich, und die Investitionen in Werkzeugbau und -einrichtung müssen erneut getätigt werden. Fazit: Fotochemisches Ätzen eignet sich perfekt für geringe Stückzahlen von Prototypen bis hin zur Serienfertigung.
Schnittqualität
Die Präzision von Mikrofertigungstechnologie beim fotochemischen Ätzen bedeutet, dass ein höheres Maß an Genauigkeit erreicht werden kann. Bei geätzten Teilen gibt es auch keine Grate und Spannungen im Gegensatz zu Stanzteilen, bei denen für gewöhnlich Grate und Spannungen entlang der Schneidkante auftreten. Grate und Spannungen wirken sich meist negativ auf die Leistung Ihrer Bauteile.
Laserschneiden
Beim Laserschneiden wird ein gebündelter Lichtstrahl verwendet, um das gewünschte Muster oder die gewünschte Form auf einer Oberfläche aufzutragen. Der Laser wird von einem Steuergerät gelenkt, das die Richtung, Größe und Intensität des Laserstrahls beim Schneidvorgang regelt. Es gibt Gas-, Dioden- und Festkörperlaser.
Fotochemisches Ätzen und Laserschneiden im Vergleich
Beide Prozesse haben sich bewährt, doch gibt es einige Unterschiede zwischen fotochemischem Ätzen und Laserschneiden.
Kosteneffizienz
Das Laserschneiden ist eine gute Option für kleine Chargen und Prototypen. Bei der industriellen Massenfertigung ist fotochemisches Ätzen allerdings im Vorteil und ist kosteneffizienter.
Durchlaufzeiten
Beim fotochemischen Ätzen können mehrere Teile gleichzeitig gefertigt werden. Beim Laserschneiden kann jeweils nur ein Bauteil gleichzeitig bearbeitet werden. Beim fotochemischen Ätzen wird bei jedem Durchgang eine große Anzahl von Produkten gefertigt. Bei geringer Chargengröße hat Laserschneiden einen Geschwindigkeitsvorteil, doch bei der industriellen Fertigung sind die Durchlaufzeiten von fotochemischem Ätzen kürzer.
Designkomplexität
Sowohl fotochemisches Ätzen als auch Laserschneiden bieten Designflexibilität. Wenn das Design hochgradig komplex ist, dauert das Laserschneiden deutlich länger, da es nur ein Teil oder Merkmal auf einmal bearbeitet. Fotochemisches Ätzen kann gleichzeitig auf ein komplettes Design angewendet werden und bei einem einzigen Durchlauf eine Vielzahl von Produkten liefern.
Schnittqualität
Beim hochpräzisen fotochemischen Ätzen werden die Eigenschaften des Metalls wie Härte, Duktilität und Gefüge nicht verändert. Zudem können Sie ultrapräzise dünne Metallteile ohne Grat und Spannungen herstellen. Im Gegensatz dazu ist Laserschneiden ein thermisches Verfahren, was bedeutet, dass sich thermische Spannungen und Mikrograte nicht vermeiden lassen.
Fazit: Fotochemisches Ätzen ist eine bessere Wahl für mittelgroße und große Chargen an Präzisionsteilen aus Metall oder komplexen Designs, bei denen die Schnittqualität und die Genauigkeit ausschlaggebend sind.
Wasserstrahlschneiden
Wasserstrahlschneiden ist ein industrieller Fertigungsprozess, bei dem eine Düse einen Wasserstrahl unter Hochdruck bündelt, um Material zu zerspanen. Das Verfahren kann für Metalle, Glas, Granit, Holz oder Kautschuk eingesetzt werden.
Fotochemisches Ätzen und Wasserstrahlschneiden im Vergleich
Wasserstrahlschneiden wird häufig als Schneidmethode eingesetzt, da es gute Toleranzen bei Teilen mit einer Dicke von 12 mm bietet. Wenn Sie jedoch dünne Blechteile in großen Chargen fertigen möchten, ist das fotochemische Ätzen die bessere Option, besonders dann, wenn hohe Präzision erforderlich ist.
Kosteneffizienz
Während beim Wasserstrahlschneiden hohe Betriebskosten anfallen, gibt es beim fotochemischen Ätzen keine oder nur geringe Werkzeug- und Einrichtungskosten. Als kosteneffiziente Lösung für die Fertigung von wenigen Prototypen bis hin zur großen industriellen Massenproduktion ist fotochemisches Ätzen die erste Wahl.
Durchlaufzeiten
Ähnlich wie beim Laserschneiden muss beim Wasserstrahlschneiden jedes Merkmal einzeln bearbeitet werden. Dieser Vorgang ist deutlich langsamer als das Ätzen, das gleichzeitig bei vielen Teilen angewendet werden kann. Bei komplexeren Prototypen oder in der industriellen Fertigung bietet fotochemisches Ätzen geringere Durchlaufzeiten als das Wasserstrahlschneiden.
Vielseitigkeit
Eine Vielzahl von Metallen kann sowohl beim fotochemischen Ätzen als auch beim Wasserstrahlschneiden bearbeitet werden.
Wenn Sie Ihr Design überarbeiten möchten, lassen sich beide Prozesse schnell und ohne zusätzliche Kosten und Einrichtungsaufwand anpassen.
Schnittqualität
Während mit dem Wasserstrahlschneiden Designs schnell angepasst werden können, kann es dem fotochemischen Ätzen in Sachen Qualität und Produktionsgenauigkeit nicht das Wasser reichen. Zwar kommt es durch das Wasserstrahlschneiden nicht zu Verzug, doch in der Nähe der Schnittfläche können Trübungen auftreten. Beim Ätzen tritt keinerlei Verzug auf und es lassen sich außergewöhnlich scharfe Kanten ohne Grate und Spannungen erzeugen.
Galvanoformen
Galvanoformen ist ein Metallumformungsverfahren, das elektrolytische Abscheidung nutzt. Der Prozess wird in einem Bad aus einer elektrolytischen Lösung mit zwei Elektroden (einer Anode und einer Kathode) durchgeführt. Ein Kern wird im Bad positioniert und über die Elektroden wird ein Gleichstrom an die Lösung angelegt. Der Gleichstrom bildet aus Metallionen Atome, die kontinuierlich auf den leitfähigen Bereichen des Kerns abgeschieden werden, bis die gewünschte Materialdicke erreicht ist.
Fotochemisches Ätzen und Galvanoformen im Vergleich
Galvanoformen ist zwar ein additives Verfahren, doch hat es eine gewisse Ähnlichkeit mit dem fotochemischen Ätzen. Beide Verfahren sind schnell, genau und kosteneffizient bei der Herstellung von Präzisionsteilen aus Metall.
Kosteneffizienz
Fotochemisches Ätzen und Galvanoformen ermöglichen eine höhere Genauigkeit und engere Toleranzen. Je nach Produktdesign und Spezifikationen ist fotochemisches Ätzen kosteneffizienter als Galvanoformen, da der Prozess höhere Stückzahlen ermöglicht.
Durchlaufzeiten
Sowohl fotochemisches Ätzen als auch Galvanoformen bietet kürzere Durchlaufzeiten mit flexiblen Chargengrößen von Prototypen bis zur Großserie.
Designkomplexität
Fotochemisches Ätzen und Galvanoformen können beide hochkomplexe Designs mit hoher Genauigkeit herstellen. Galvanoformen ist durch die anwendbaren Materialien eingeschränkt, da vor allem Nickel und Kupfer galvanogeformt werden können. Fast jedes Metall kann fotochemisch geätzt werden, ohne dass die Härte der Materialien eine Einschränkung darstellt.
Qualität und Genauigkeit
Fotochemisches Ätzen bietet eine hohe Genauigkeit und Präzision. Zwar lässt sich beim Galvanoformen eine ähnlich hohe Genauigkeit und Präzision erzielen, doch eignet sich der Prozess nicht für spitze Winkel und tiefe oder enge Aussparungen.
Drahterodieren
Drahterodieren, auch Drahtschneiden genannt, ist ein Zerspanungsprozess, bei dem mithilfe elektrischer Funken Formen in Metall geschnitten werden. Aufgrund dieser Funken wird das Verfahren auch als funkenerosives Schneiden bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird die gewünschte Form aus dem Metall geschnitten, wenn sich Strom zwischen den beiden Elektroden entlädt. Dabei wird die gewünschte Form aus dem Blech gelöst.
Beim Elektroerodieren dient ein Draht als Elektrode. Der Draht ist auf zwei Spule aufgewickelt. Er ist ständig in Bewegung, sodass immer ein anderer Teil des Drahts in Kontakt mit dem Werkstück ist, sodass das Material des Drahts nicht selbst erodiert wird.
Fotochemisches Ätzen und Drahterodieren im Vergleich
Drahterodieren liefert Präzisionsbauteile mit guter Designfreiheit, doch die Vorteile von fotochemischem Ätzen machen dieses zum bevorzugten Verfahren.
Kosteneffizienz
Die Ausrüstungskosten beim Drahterodieren sind signifikant. Auch die Werkzeuge sind teuer. Diese Kosten fallen beim fotochemischen Ätzen nicht an, wodurch dieses ein deutlich kosteneffizienterer Zerspanungsprozess ist.
Durchlaufzeiten
Moderne Drahterodiermaschinen können zwar im Automatikbetrieb über Nacht arbeiten, doch die Langsamkeit des Verfahrens wird dadurch nicht völlig ausgeglichen. Im Vergleich dazu kann fotochemisches Ätzen Bauteilchargen in weniger als 24 Stunden fertigen.
Vielseitigkeit
Da beim Elektroerodieren das Material mit schnell aufeinanderfolgenden kontrollierten Strömen am Draht abgetragen wird, ist das Verfahren auf elektrisch leitfähige Metalle beschränkt. Beim fotochemischen Ätzen gibt es keine derartigen Beschränkungen und es kann so gut wie jedes Metall zerspant werden.
Qualität und Genauigkeit
Während mit Elektroerodieren kleine Teile aus leitfähigen Materialien hergestellt werden können, kann das Verfahren zu Problem beim Endprodukt führen. Da Wärme eingetragen wird, kann es zu Wärmeexpansion, Härten und Gefügeänderungen kommen, was die Präzision und Genauigkeit des Werkstücks beeinträchtigt. Beim Bearbeiten können zudem Grate entstehen.
Fotochemisches Ätzen: die bevorzugte Schneidmethode
Aus dieser Gegenüberstellung von fotochemischem Ätzen und herkömmlichen Schneidverfahren geht hervor, dass fotochemisches Ätzen abhängig von der Bauteilgeometrie klare Vorteile in Sachen Kosteneffizienz bietet, schnelle Durchlaufzeiten liefert, sich für komplexe Designs eignet und hochwertige und genaue Teile ermöglicht, bei denen keine Wärme eingetragen wird und es weder zu Graten noch zu Spannungen kommt.
Bei Precision Micro können Sie standardmäßig von Durchlaufzeiten von zwei bis drei Wochen beim fotochemischen Ätzen ausgehen. Durch die Flexibilität des Verfahrens sind aber auch dringendere Aufträge durchführbar. Dies kann nicht von herkömmlichen Schneidverfahren gesagt werden, bei denen Anpassungen deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen.
Ob Mikrofluidik-Platten, perforierte Metallbleche oder andere wichtige Bauteile – Precision Micro bietet die kosteneffiziente Metallverarbeitungstechnologie, die Sie benötigen, um die gewünschten Produkte mit herausragenden Eigenschaften fertigen zu können.
Kontaktieren Sie uns noch heute, um Ihr nächstes Projekt zu besprechen!
