Diez cosas que debes saber antes de utilizar el grabado fotoquímico

El grabado fotoquímico es una tecnología de mecanizado de metales sofisticada y versátil con la capacidad de fabricar en masa piezas y componentes metálicos complejos y ricos en funciones. El proceso utiliza fotorresistentes y grabadores para mecanizar químicamente áreas seleccionadas con precisión y se caracteriza por la retención de las propiedades del material, piezas sin rebabas y tensiones con perfiles limpios y sin zonas afectadas por el calor.

En esta sesión de preguntas y respuestas, el Dr. Ángel López, director de desarrollo empresarial de micrometal GmbH, uno de los principales especialistas en grabado de PCE de Europa, analiza qué consideraciones deben tener en cuenta los ingenieros de diseño cuando trabajan con PCE.

P.¿Cuáles considera que son los atributos clave del PCE?

ALABAMA. PCE es una tecnología que fabrica componentes metálicos extremadamente complejos sin rebabas y sin problemas relacionados con la tensión que son comunes en otras tecnologías de fabricación de metales. Esto se debe a la naturaleza del proceso que elimina selectivamente el material mediante grabado químico en lugar de estampado mecánico o corte por láser a alta temperatura. También es extraordinario porque funciona mediante el uso de herramientas digitales o de vidrio, económicas y de fácil diseño, lo que significa que no se requieren costosos cortes de herramientas de acero, ni largos plazos de entrega de herramientas, y agilidad y versatilidad en el proceso de herramientas que permite ajustes de diseño y nuevas iteraciones. casi sin costo alguno.

Sin embargo, cuando se trata de ingenieros de diseño y cómo adaptan su trabajo para aprovechar al máximo el PCE, los límites que traspasa el proceso son de importancia clave. Es justo decir que para muchas aplicaciones, PCE es la única tecnología que puede lograr los detalles finos y la repetibilidad que exigen cada vez más los OEM en todos los sectores industriales y, como tal, se puede decir que PCE estimula la innovación de productos. ¡Un gran lugar para cualquier tecnología!

P.¿Qué necesitan saber los ingenieros de diseño sobre los materiales con los que se puede utilizar PCE?

ALABAMA. El PCE se puede aplicar a una amplia gama de metales de diferentes grados, temples y anchos en espesores de 0,01 a 0,4 mm para grabado de bobina a bobina y hasta 2 mm de espesor para grabado en láminas. micrometal puede suministrar materiales especializados según la demanda del cliente caso por caso. Los metales incluyen acero y aceros inoxidables, níquel y aleaciones de níquel, cobre y aleaciones de cobre, aluminio y metales difíciles de mecanizar, incluidos materiales altamente resistentes a la corrosión como el titanio y sus aleaciones.

P.¿Qué puede lograr PCE al fabricar pequeños componentes metálicos?

ALABAMA. Muchas aplicaciones requieren que los componentes metálicos de precisión tengan características específicas que pueden incluir: precisión ultraalta; material muy fino; características físicas únicas; texturas superficiales únicas; características de identificación; consistencia extrema entre partes; facilidad de integración en el dispositivo final; y coste competitivo. A menudo es un desafío importante equilibrar la combinación de estas características manteniendo los costos y logrando los requisitos de volumen de producción. micrometal ha superado consistentemente estos desafíos mediante el uso de técnicas innovadoras (ver más abajo), capacidades de diseño integrales y la línea de grabado comercial de carrete a carrete más grande del mundo. El proceso de producción de bobina a bobina se caracteriza por una excelente reproducibilidad y el logro de tolerancias muy estrictas, produciendo las estructuras y contornos más finos a partir de finas láminas de metal. Por lo tanto, este proceso de grabado único garantiza soluciones individuales para el cliente a escala industrial.

Las tiras de metal, que pueden tener una longitud de hasta 800 metros en bobinas, son especialmente populares en industrias que ya cuentan con un alto grado de automatización en el procesamiento posterior. Por ejemplo, las piezas grabadas pueden recubrirse selectivamente o usarse mediante "pick & place" en el punto final de uso, procesos que son populares en la tecnología médica y las industrias automotrices.

Con un marcado, numeración o codificación adicional, los productos grabados pueden seguir procesándose de forma automatizada y sin problemas.

P.¿Qué tolerancias se pueden alcanzar?

ALABAMA. La variación única del proceso PCE del micrometal implica el uso de un fotoprotector líquido patentado muy delgado (de 2 a 8 micrones de espesor) y herramientas de fotomáscara de vidrio de alta resolución. Esta combinación proporciona un control extremadamente preciso del proceso de grabado, permitiendo configuraciones, características y tolerancias que no se pueden lograr con otros métodos como el estampado, el mecanizado láser o el PCE tradicional. Se pueden grabar características tridimensionales en el espesor del propio material y se pueden lograr tolerancias dimensionales tan bajas como +/-0,005 mm.

La empresa puede lograr tamaños de características extremadamente pequeños de 25 micrones, un diámetro de orificio mínimo del 80 % del espesor del material y tolerancias de micrones de un solo dígito de forma repetible. El PCE tradicional utiliza una película seca relativamente gruesa que compromete la máxima precisión de la pieza y las tolerancias disponibles, y solo es capaz de lograr el tamaño de característica más pequeño de 100 micrones, y el diámetro del orificio más pequeño es un factor de 1 a 2 en comparación con el espesor del material. .

P.¿No puede el corte por láser ofrecer tolerancias más exigentes que ésta?

ALABAMA. Si y no. El corte por láser puede reducirse a tolerancias del 5 % del espesor del metal, pero a menudo se limita a un tamaño de característica de 0,2 mm. Como el corte por láser es una tecnología de procesamiento de "un solo punto", también será desproporcionadamente costoso para piezas cada vez más complejas y no podrá alcanzar las características de profundidad necesarias para los dispositivos de microfluidos. En primer lugar, debe recordar que al utilizar PCE una mayor complejidad no significa un mayor costo.

P. Se habla mucho de que el PCE elimina las rebabas y las tensiones inherentes a otros procesos. ¿Por qué es esto?

ALABAMA. Bueno, pensemos en el estampado, que es probablemente la tecnología de mecanizado de chapa que más se acerca a poder fabricar piezas de producción tan exactas e intrincadas como las que podemos fabricar con PCE. El estampado fabrica piezas de metal estampándolas literalmente bajo presiones extremas, a menudo más de 100 toneladas de presión con máquinas modernas. Esto provoca cambios en el metal que se procesa y son comunes las rebabas alrededor de los bordes del metal estampado. Es necesario eliminar estas rebabas, lo que implica operaciones de posprocesamiento costosas y que requieren mucho tiempo. PCE es un proceso sustractivo que elimina el metal átomo por átomo mediante grabadores químicos, por lo que no se produce cizallamiento ni cambio térmico en el material, lo que significa que no hay rebabas ni zonas afectadas por el calor.

P. En cualquier proceso de fabricación, los plazos de entrega de las herramientas y el costo de las mismas son de gran importancia. ¿Es este el caso del PCE?

ALABAMA. Tiene razón: las herramientas para la mayoría de las tecnologías de mecanizado de metales requieren acero duro para herramientas, cuya producción es costosa y requiere mucho tiempo. Una vez más, el PCE tiene ventajas obvias y, en micrometal, utilizamos herramientas de fotomáscara de vidrio de alta resolución, económicas de fabricar y muy fáciles de adaptar.

El coste de las herramientas de vidrio no aumenta significativamente con la complejidad de las piezas, lo que, por supuesto, no se puede decir de las herramientas de acero. Además, las herramientas de vidrio no se desgastan, no provocan distorsiones ni tensiones en el metal que se procesa y producen piezas completamente planas. En muchos casos, a través del PCE se habrá fabricado una pieza en volumen antes de que el fabricante de la herramienta haya siquiera pulsado el botón de fabricación de una herramienta de acero, lo que puede tener un plazo de entrega de meses antes de su finalización.

P. Hoy en día, los fabricantes buscan eficiencia, pero también rentabilidad en la fabricación. ¿Cómo se compara el PCE a este respecto?

ALABAMA. Muchos fabricantes de equipos originales seleccionan PCE basándose únicamente en su rentabilidad como tecnología de producción o creación de prototipos. He mencionado que el proceso es independiente de la complejidad de la pieza, pero también considere que con PCE se paga por hoja y no por pieza, por lo que esto significa que se pueden procesar componentes con diferentes geometrías al mismo tiempo desde un conjunto de digital o vidrio. estampación. La capacidad de producir muchas piezas diferentes en una sola producción significa que el ahorro de costos es enorme. Si a esto le sumamos el hecho de que no hay necesidad de gastar en costosas herramientas de acero, los ahorros generales inherentes al sistema son claros.

P.¿Cuál es la clave del éxito al trabajar con especialistas en PCE?

ALABAMA. Esa es una buena pregunta y yo diría que, ante todo, la empresa de PCE que elija debe ser tratada como un socio de desarrollo de productos, no simplemente como una instalación subcontratada a la que subcontratar la fabricación. Hay tantas ventajas inherentes al proceso y aspectos del mismo que pueden utilizarse en beneficio de la fabricación de componentes, que contratar al especialista en PCE desde las primeras etapas de la etapa de diseño vale la pena. A partir de ahora, sin embargo, la clave es la experiencia.

La empresa ha sido pionera y activa en el uso de PCE durante más de una década y, como tal, ha desarrollado una base de conocimientos y una experiencia inigualables. Hemos hablado del hecho de que el PCE se puede utilizar en una gran variedad de metales, pero este no es el caso de todas las empresas de PCE y proviene de años de investigación y desarrollo en diferentes químicas de grabado y optimización de procesos en general. Gracias a esta dedicación, ahora podemos procesar metales blandos, duros y quebradizos, y materiales difíciles como el aluminio. También se han desarrollado procesos patentados, lo que significa que somos una de las únicas empresas del mundo que puede grabar titanio fotoquímicamente.

P. Usted menciona que los OEM y los ingenieros de diseño deberían asociarse con los especialistas en PCE que elijan. Danos un ejemplo de lo que dicha relación puede ofrecer para el desarrollo de productos.

ALABAMA. Bueno, veamos algo que es parte del proceso PCE que nadie sin un conocimiento profundo de la tecnología, como el micrometal, sabría. Una característica inherente a la forma en que funciona el PCE es que crea una “cúspide” de borde durante el proceso. La conciencia de esto y la capacidad del micrometal para controlarlo significa que podemos producir una variedad de perfiles que pueden usarse para mejorar las características del producto. Sin una estrecha consulta con su “socio” de PCE, tales posibilidades se perderían y el resultado podrían ser productos subóptimos.

Sustancias que tienen propiedades metálicas y están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Cobre que contiene cantidades específicas de elementos de aleación añadidos para obtener las propiedades físicas y mecánicas necesarias. Las aleaciones de cobre más comunes se dividen en seis grupos, y cada grupo contiene uno de los siguientes elementos de aleación principales: latones: el principal elemento de aleación es el zinc; bronces fosforados: el principal elemento de aleación es el estaño; bronces de aluminio: el principal elemento de aleación es el aluminio; bronces al silicio: el principal elemento de aleación es el silicio; cobre-níquel y alpaca; el principal elemento de aleación es el níquel; y aleaciones de cobre diluido o con alto contenido de cobre, que contienen pequeñas cantidades de diversos elementos como berilio, cadmio, cromo o hierro.

Superficie plana mecanizada en el vástago de una herramienta de corte para mejorar la sujeción de la herramienta.

Haces de luz pulsados ​​intensificados generados por láseres, generalmente dióxido de carbono o granate de itrio y aluminio dopado con neodio (Nd:YAG), que perforan, sueldan, graban, marcan, cortan y endurecen. Generalmente bajo CNC, a menudo a velocidades de corte altas (100 pulgadas lineales/seg.) y alta potencia (5 kW o más). Los láseres también se utilizan junto con sistemas de monitoreo de control de calidad durante el proceso, lo que permite mediciones con precisiones de 0,00001".

Cualquier proceso de fabricación en el que se procesa o mecaniza metal de manera que se le dé una nueva forma a la pieza de trabajo. En términos generales, el término incluye procesos tales como diseño y distribución, tratamiento térmico, manipulación de materiales e inspección.

Medida de longitud que equivale a la millonésima parte de un metro.

Los aceros inoxidables poseen alta resistencia al calor, excelente trabajabilidad y resistencia a la erosión. Se han desarrollado cuatro clases generales para cubrir una variedad de propiedades mecánicas y físicas para aplicaciones particulares. Las cuatro clases son: los tipos austeníticos de la serie 200 de cromo-níquel-manganeso y de la serie 300 de cromo-níquel; los tipos martensíticos de cromo, endurecibles serie 400; los tipos ferríticos de la serie 400, no endurecibles, de cromo; y el tipo de aleaciones de cromo-níquel que endurecen por precipitación con elementos adicionales que son endurecibles mediante tratamiento con solución y envejecimiento.