Geeignete Materialien für das fotochemische Ätzen: vielseitige Bearbeitung fast aller Metalle

Das fotochemische Ätzen ist ein Metallbearbeitungsverfahren, das traditionellen Bearbeitungstechniken in vielerlei Hinsicht überlegen ist. Zu den Vorteilen des Fotoätzens gehört die Möglichkeit, ein umfassendes Spektrum an Metallen und Legierungen zu bearbeiten – einschließlich solcher Materialien, die häufig als schwer oder unmöglich zu bearbeiten gelten.

Komplexe Teile, variable Stückzahlen

Fotochemisches Ätzen ist eine schnelle, effiziente und kostengünstige Methode, um unter Einsatz von Ätzstoffen Präzisionsmetallteile zu produzieren. Das Verfahren eignet sich hervorragend für die Entwicklung und Herstellung von Prototypen, wobei extrem schnell von kleinen auf große Produktionsmengen hochgefahren werden kann. Fotochemisch geätzte Teile sind grat- und spannungsfrei. Die Komplexität der Formen ist unbegrenzt: Da einfach anzupassende digitale Werkzeuge verwendet werden, besteht zu jedem Zeitpunkt die Möglichkeit, flexibel das Design zu ändern.

Dank dieser Eigenschaften ist das fotochemische Ätzen eine attraktive Option für die Herstellung eines breiten Spektrums an komplexen Teilen und Komponenten, von denen viele in sicherheitskritischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Das Fotoätzen zeichnet sich auch noch durch ein weiteres wichtiges Merkmal aus: Es eignet sich für die Bearbeitung fast aller Metalle. Das ist zum einen auf die inhärente Natur des Verfahrens zurückzuführen und zum anderen das Ergebnis jahrzehntelanger Forschungs- und Entwicklungstätigkeit mit Ätzstoffen. Precision Micro ist einer der wenigen produzierenden Spezialisten für Fotoätzen weltweit und zählt mit dem umfangreichen technischen Know-how zu den führenden Experten der Branche.

Eine Universallösung für alles?

Fotochemisches Ätzen ist kein Universalprozess „von der Stange“. Um für unterschiedlichste Branchen optimale Ergebnisse zu erzielen, arbeiten die Ätztechnikspezialisten von Precision Micro eng mit den Entwicklern und Konstrukteuren zusammen und setzen sich intensiv mit den konkreten Projekten auseinander. Die Prozessparameter und Ätzstoffe für die erfolgreiche Bearbeitung des jeweiligen Metalls werden dabei ständig optimiert. Dank über 50-jähriger Erfahrung mit dem Fotoätzen kann das Unternehmen inzwischen über 2.000 verschiedene Metallsorten bearbeiten.

Mit dem Ätzverfahren können praktisch alle Metalle behandelt werden. Natürlich sind auch hier einige Materialien wie Edelstahl, Kupfer und Nickel einfacher zu bearbeiten als andere wie Aluminium oder Titan. Die Nachfrage der Industrie nach Metallen, die fester, leichter und im Allgemeinen leistungsfähiger sind, aber trotzdem strenge Kostenparameter erfüllen, steigt. Häufig sind das Metalle, die schwieriger kosteneffizient zu bearbeiten sind.

Anspruchsvolle Metallbearbeitung: Stahl und Edelstähle

Precision Micro ätzt mehr als zwei Millionen Stahlteile pro Monat aus einer großen Auswahl an austenitischen (300er Serie) und martensitischen (400er Serie) Stählen sowie aus Spezialstählen wie Sandvik-Chromflex-Bandstählen, die sich durch hohe Dauerfestigkeit auszeichnen. Edelstahl kommt aufgrund seiner Vielseitigkeit bei einem breiten Spektrum an Produkten und Anwendungen zum Einsatz und ist aufgrund der verhältnismäßig geringen Kosten häufig das bevorzugte Material. Precision Micro ist Experte für die Produktion von Federn und Gelenken aus Edelstahl für sicherheitskritische Anwendungen wie Satelliten, ABS-Bremssysteme, Biosensoren und Kraftstoffeinspritzsysteme. Bei diesen Anwendungen müssen die Gelenke Millionen von Malen gebeugt werden. Fotoätzen gilt häufig als das ideale Verfahren, weil die Dauerfestigkeit, Stabilität und Flachheit von Edelstahl beim fotochemischen Ätzen nicht beeinträchtigt werden.

Das fotochemische Ätzen wird außerdem genutzt, um kundenspezifische Netze, Filter und Siebe aus Stahl herzustellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallbearbeitungsverfahren ermöglicht das Fotoätzen unbegrenzte Komplexität. Da die mechanische Oberflächenausführung des Edelstahls beim fotochemischen Ätzen unverändert bleibt, setzen auch viele Konstrukteure von Innenausstattungen in der Automobilbranche auf das Verfahren, um beispielsweise komplexe und sehr detailreiche hochwertige Lautsprechergitter herzustellen. Im Medizinbereich wird sehr harter chirurgischer Stahl geätzt, um verschiedene chirurgische Instrumente zu erzeugen. Precision Micro produziert jeden Monat Tausende von Sagittalsägen und oszillierenden Knochensägen. Im Gegensatz zum Stanzen, bei dem härtere Materialien zu Werkzeugverschleiß und anschließender Werkzeugaufbereitung führen, eignen sich Ätzstoffe gleichermaßen für die Bearbeitung von harten und weichen Materialien.

Korrosionsbeständige Schutzschicht: Nickel und Nickellegierungen

Nickel zeichnet sich durch hohe Wärme- und Korrosionsbeständigkeit aus und kommt häufig als äußere Schutzschicht für weichere Metalle zum Einsatz. Für die Medizinbranche werden verschiedene Nickelkomponenten geätzt, beispielsweise Kontakte für Hörgeräte oder Komponenten für den Einbau in Batteriekondensatoren für aktive Implantate. Nickel-Silber ist das kostengünstigste Material für Abschirmungen, da es gelötet werden kann, nicht oxidiert und keine zusätzliche Beschichtung erfordert. Digitale Werkzeuge ersetzen teure Formwerkzeuge und es können Biegelinien eingearbeitet werden, sodass die Teile von Hand geformt werden können.

Inconel ist eine Hochtemperatur-Legierung auf Nickelbasis, die sich nicht nur durch sehr gute Wärmebeständigkeit, sondern auch durch hervorragende Korrosions-, Druck- und Oxidationsbeständigkeit auszeichnet. Diese Eigenschaften sind der Grund dafür, dass Nickel schwer zu bearbeiten ist. Für schwer zu bearbeitende Metalle hat Precision Micro einen eigenen Prozess für das fotochemische Ätzen von Inconel entwickelt und stellt damit Brennstoffzellenplatten mit komplexen bipolar geätzten Kanälen und Strömungsscheiben her, die mit korrosiven Gasen in Kontakt kommen.

Leitfähig und langlebig: Kupfer und Kupferlegierungen

Kupfer kommt wegen seiner hohen thermischen und elektrischen Leitfähigkeit häufig bei elektronischen Anwendungen zum Einsatz. Seine Eigenschaften können wie bei anderen Metallsorten für spezifische Anwendungen verbessert werden, indem man Kupfer mit einem anderen Metall legiert. Eine Legierung mit Beryllium beispielsweise zeichnet sich durch höhere Festigkeit aus. Kupfer und Kupferlegierungen sind sehr langlebig, duktil und formbar und eignen sich damit hervorragend für das Formen und Beschichten nach dem Ätzen. Dreidimensionale elektrische Kontakte, Stifte, Klemme, EMV-Dichtungen, Abschirmungen, Leadframes und Steckverbinder für Anwendungen aus der Automobilindustrie, der Elektronik, der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik können mit der Ätztechnik unkompliziert und in hoher Stückzahl produziert werden.

Hohe Bioverträglichkeit: Titan und Titanlegierungen

Titan zeichnet sich durch seine Stabilität, sein geringes Gewicht, hohe Temperaturbeständigkeit und Bioverträglichkeit aus. Ätzen von Titan ist keine einfache Aufgabe, da Titan beim Kontakt mit Luft eine oxidierte Schutzschicht ausbildet; das bedeutet, dass das Material nicht mit standardmäßigen Ätzstoffen bearbeitet werden kann. Precision Micro verwendet zur Lösung dieses Problems bewährte Spezial-Ätzstoffe und ist so eines der wenigen Fotoätzunternehmen weltweit, die fotochemisches Ätzen von Titan im Produktionsmaßstab anbieten können.

Im Bereich Medizintechnik ist das Unternehmen auf das Ätzen von bioverträglichen kranialen und dentalen Implantaten sowie Netzen für die in Herzschrittmachern verwendeten Batterien spezialisiert. Der Produktion dieser komplexen und zum Teil ultradünnen Netze kommt zugute, dass beim Fotoätzen alle Öffnungen und Versenkungen gleichzeitig hergestellt werden, sodass das fotochemische Ätzen deutlich wirtschaftlicher ist als die Laserbearbeitung. Die Kombination von Fotoätzen und Diffusionsschweißen macht es außerdem möglich, komplexe Kühlkanäle in Wärmetauschern deutlich günstiger zu produzieren als mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden oder Laserbohren.

Günstige Alternative zu Titan: Aluminium und Aluminiumlegierungen

Aluminium teilt viele Eigenschaften von Titan – insbesondere das gute Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit und die natürliche Korrosionsbeständigkeit –, ist dabei aber kostengünstiger. Titan ist stabiler und korrosionsbeständiger als Aluminium, hat jedoch eine relativ geringe Dauerfestigkeit, sodass Aluminium sich hervorragend für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt eignet, bei denen es auf diese Eigenschaft besonders ankommt. Aluminium ist nicht einfach zu ätzen, da es während des Ätzens Wärme abgibt. Das führt dazu, dass eine raue, körnige Kante entsteht.

Eine von Precision Micro entwickelte proprietäre Methode für das Ätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen ermöglicht es, Kantenprofile zu erzeugen, die mit geätzten Kanten von Edelstahl vergleichbar sind. Das Unternehmen ist außerdem nach AS 9100 zertifiziert. Diese Norm regelt die Anforderungen, die erfüllt werden müssen, um die weltweit führenden Unternehmen der Luft- und Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie zu beliefern. Typische Anwendungen sind beispielsweise Luftansauggitter für Helikopter, die leicht sind und während der Fertigung die Materialeigenschaften bewahren sowie Heizplattenstapel, die in Luftentfeuchtern für Flugzeuge und Motoren verwendet werden. Diese Plattenstapel erfordern häufig multiple Designs, die beim Fotoätzen kostengünstig entwickelt werden können und glatte Kanäle für verbesserte Luftströmung umfassen.

Zusammenfassung

Fotochemisches Ätzen ist eine der sich am schnellsten weiterentwickelnden Metallbearbeitungstechnologien. Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten sowie die Kosteneffizienz sind dafür ausschlaggebend. Spezialisten wie das in Europa führende Unternehmen Precision Micro entwickeln ihre Ätztechniken ständig weiter. So können auch Teile aus sonst schwer zu bearbeitenden Metalle unter Einhaltung hoher Standards für Präzision und Wiederholbarkeit mit der Fotoätztechnik produziert warden.